第三代分子标记SNP在不同领域的应用

基因检测的目的是鉴定在基因组上对疾病或复杂性状起作用的特殊因子，这种因子通常属于碱基水平的变异，同时能稳定遗传给下一代，久而久之成为了不同人群的“遗传标志物”。在基因组学中，这种标志物被称为“DNA分子标记”，它们在人类基因组中数量频密且功能特异。SNP作为第三代分子标记，被广泛应用于疾病诊断和治疗、法医物证检验以及动植物育种等众多领域。上一篇文章（不同SNP检测技术的原理—ARMS、KASP、TaqMan、分子信标及HRM）我们介绍了SNP分型检测的几种常用方法及其原理，今天我们就来了解一下SNP的特点及基因分型在不同领域的应用情况吧！

SNP的特点

01

分布广、数量多

SNP是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。平均每五百到一千个碱基对就存在一个SNP位点，估计其总数可达300万个甚至更多。

02

富有代表性

当SNP发生在基因编码区或基因的调节区域时，有可能直接影响蛋白结构或者基因表达，它们可能是疾病遗传机理中的某些作用因素，且遗传稳定性高。

03

易于分析

SNP所表现的多态性只涉及到单个碱基的变异，这种变异可由单个碱基的转换或颠换所引起，也可由碱基的插入或缺失所致，所以一般认为SNP是二态性，从而有利于其进行基因分型，而且可实现自动化。

SNP应用领域

1、肿瘤伴随诊断

伴随诊断（CDx）主要通过检测人体内特异性蛋白或变异基因，结合药物对在人体内的代谢特点或作用靶点，帮助医生评估某种药物对患者的功效和安全性，对症下药，根据肿瘤患者特质，使用靶向药进行精准治疗。

肿瘤伴随诊断作为伴随诊断领域最热门的细分赛道之一，新产品及新技术层出不穷。肿瘤的根源可以归结为肿瘤细胞的持续生长，相比正常细胞，其最重要的不同是产生了驱使肿瘤发生的突变基因。国内目前常见的肿瘤伴随诊断相关的基因有12个：ALK、EGFR、KRAS、BRAF、PIK3CA、ROS1、HER2、MET、NRAS、RET、BRCA1、BRCA2，共计130＋款获证产品。主要集中在肺癌、结直肠癌、乳腺癌等大癌种领域，以肺癌为例，EGFR基因突变是最常见的，EGFR 的热点敏感突变包括 19 号外显子缺失突变（19del）及 21号外显子 L858R点突变 ，其他如 20 号外显子 S768I 点突变亦为已知敏感突变。

从技术角度分析，CDx可采用分子诊断、免疫组学、核磁共振等技术，其中分子诊断是CDx的核心技术，目前已获证试剂盒情况来看，主要检测方法为荧光PCR法、荧光原位杂交、测序法等。

2、药物基因组学

药物基因组学通过研究与药物反应相关的基因变异、RNA及蛋白质特征，寻找与药物反应个体差异相关的基因多态性，阐明决定药物反应个体差异的根本机制，为临床基因导向个体化治疗提供理论依据，实现个性化用药。如维生素k氧化还原酶是抗凝药物华法林的作用靶点。维生素K环氧化物还原酶复合物 1的编码基因VKORC1的遗传变异可通过影响VKORC1表达，从而影响华法林的敏感性。位于该基因启动子区（-1639 G>A）的单核苷酸突变 rs9923231可影响VKORC1的表达，是导致华法林用药剂量个体差异的主要原因之一。

《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南》里面推荐的检测方法包括PCR-直接测序法、PCR-焦磷酸测序法、荧光定量PCR法、 PCR-基因芯片法、PCR-电泳分析、PCR-高分辨率熔解曲线法、等位基因特异性PCR法、 PCR-限制性片段长度多态性方法、原位杂交（FISH）等多种方法。从目前已获证试剂盒情况来看，主流检测方法为PCR荧光探针法、荧光PCR熔解曲线法等。

3、遗传病检测

许多遗传病是由点突变或者碱基片段插入缺失导致。研究数据表明，我国目前出生缺陷率为5.6%，约有22.2%的出生缺陷患儿是由单基因遗传病导致，综合发病率高达1/100，如临床中常见的地中海贫血、先天性耳聋、白化病、苯丙酮尿症、家族性遗传性肾炎、色盲、血友病等。

现有的出生缺陷防控体系可通过超声等影像学手段筛查胎儿结构畸形、通过NIPT等技术筛查染色体异常。但是单基因遗传病由于在胎儿发育期常常不表现出结构畸形，影像学检查亦不易发现。因此，在孕早期或是备孕期进行常见的单基因遗传病调控基因的检查，进而实施有效的妊娠风险评估与产前诊断，具有重要意义。

以地中海贫血为例，地中海贫血是一种单基因隐性遗传病，是最常见的家族遗传性疾病之一，轻型表现为贫血、脾大等，重型可导致妊娠妇女胎儿死亡、出生后死亡等。根据血红蛋白中珠蛋白肽链受损的不同，地贫主要分为α地贫和β地贫两类。目前地中海贫血基因检测已获证试剂盒30+个，以PCR技术为主，主流检测方法为Gap-PCR法、PCR+导流杂交法、荧光PCR溶解曲线法、PCR-荧光探针法等。

4、法医SNP分型

SNP由于其分布密度高、稳定遗传等特点，适用于人类起源、进化、迁移的研究，也非常适用于法医个体识别和亲权鉴定，通过检测这些遗传标记可以获得更多的物证信息，为侦破案件提供帮助。

司法鉴定技术规范SF/Z JD0105003-2005《法医SNP分型与应用规范》指出SNP分型结果可用于补充个人识别鉴定及辅助亲缘关系鉴定。由于STR片段长度相对较短，片段的退火温度较为相似，便于实现多位点多重扩增，并可实现全自动化，当前的大型DNA数据库都是采用STR技术建立起来的，所以STR检测技术仍是目前法医DNA检测应用最为广泛的技术，SNP分型结果主要作为STR结果的补充。

5、动物方向的应用

我国畜禽品种资源非常丰富，但本土种质资源的开发利用率一直偏低。因此，开展遗传资源基因组水平上的开发和利用是现代畜禽遗传改良的重要方向之一。基于单核苷酸多态性（SNP）的基因分型应用，在商业化家畜繁育中的重要性正在日益突显，其在功能基因的检测、分子标记辅助选择及遗传多样性分析等方面发挥着重大作用。

由于过低的SNP密度会影响性状关联标记的挖掘效率，所以目前在畜禽育种领域，50K以上的中高密度SNP基因芯片应用较为广泛，主要由Illumina公司的Infinium芯片技术平台和Thermo Fisher公司的Axiom芯片技术平台定制生产。同时国内也涌现出了一批院企联合开发的芯片成果，如牧医所与康普森等企业联合开发的国内首款自主研发的肉鸡基因组育种芯片“京芯一号”，打破了国外垄断，推动国内首批自主培育白羽肉鸡品种之一“广明2号”的诞生。

随着测序技术的迅猛发展和测序成本的超摩尔速度降低，基于二代测序的SNP分型技术在畜禽分子育种领域应用与日俱增。如简化基因组测序分型技术已经广泛应用于牛、猪、羊、鸡、鸭等畜禽物种研究中，其中GBS (genotyping by sequencing)分型技术已经被广东温氏公司应用于杜洛克猪群体的基因组选择育种研究，并取得了较为显著的遗传进展。

在动物方向的应用，涉及到的样本量大、SNP密度高，育种专家主要是借助基因组单核苷酸标记（SNP）芯片，通过全基因组关联研究（GWAS），进而识别与复杂性状和常见疾病关联的遗传标记，促进畜禽遗传改良。

6、作物方向的应用

随着时代的发展，丰富的分子标记不断被发现，先后出现了以RFLP，SSR，SNP为代表的三代DNA分子标记。其中简单重复序列（SSR，也被称为微卫星）和单核苷酸多态性（SNPs）已成为用于研究生物群体中的遗传变异最常用的分子标记，被广泛应用于种质资源遗传多样性分析、目标性状基因的标记与定位、抗性育种、作物品种纯度鉴定及品质鉴定等方面。

像玉米、小麦、稻等主要经济作物都有相关国标推荐的标记物检测方法，如GB/T 39914-2021《主要农作物品种真实性和纯度SSR分子标记检测 玉米》，目前国内植物育种技术，电泳检测仍然为主流技术。

SNP作为新一代分子标记物，在作物领域的应用也日渐增加。由于测序成本的大幅降低，基因芯片结合基因测序应用也越来越广泛，生物育种基因芯片利用国际前沿的功能基因组研究成果，挖掘水稻、油菜里海量的全基因组序列，在几百万个遗传标记中筛选出与抗病、抗虫、抗旱、高肥效、优质、高产等密切相关的分子标记，经过反复研究和验证决选出有代表性的、能够精准检测的单碱基多态性（SNP）标记，助力分子育种。这些少量的SNP可以在大量样本中进行检测，通常采用的技术如英国LGC（政府化学家实验室）公司的KASP技术，由于其高性价比及可搭配成套自动化设备，在作物育种领域发挥着越来越重要的作用。

目前也有一些国内厂家在开发相应的基因分型自动化设备，如瀚辰光翼的GeneMatrix系统是目前国内第一款拥有自主知识产权的高通量基因分型系统，四川杰莱美自主开发的QX 基因分型系统适用于KASP扩增等。这些自动化设备的出现，也必将使得SNP分型在作物领域的应用越来越广泛。

SNP分型原料分享

翌圣生物作为上游原料企业，在分子酶领域深耕多年，目前已开发了ARMS-PCR法及TaqMan探针法的SNP分型检测通用原料，已被下游厂家应用于肿瘤伴随诊断、药物基因组学、遗传病检测、疾病易感性研究等多个领域。

原料选择指南

产品名称

货号

备注

2×Hieff Unicon® TaqMan SNP Genotyping Master Mix

13152ES

TaqMan探针法

2×Hieff® Blood Direct TaqMan qPCR Master Mix(Low ROX)

13095ES

2×Hieff Unicon® Multiplex ARMS qPCR Mix

13755ES

ARMS-PCR法

2×Hieff Unicon® Multiplex ARMS qPCR Kit

13229ES

Hieff UNICON® HotStart Super Specific Taq DNA Polymerase

14318ES

单酶

10×Taq PCR Buffer(with MgCl2)

11373ES

通用Buffer