SNP检测的原理及应用解析

创业   2024-12-17 08:01   上海  

文章来源于分子诊断实验室,作者研发小智


SNP的概念和特点




单核苷酸多态性(SNP)是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异引起的DNA序列多态性。


SNP是在人类基因组中最常见的遗传变异,占所有已知遗传变异的90%以上。每300到1000个碱基对中就有一个SNP,估计总数可达300万甚至更多。此类多态性包括单个碱基的转换、颠换、插入和缺失,但通常不包括后两种情况。

SNP的概念和特点可以详细分为以下几个方面:

1. 高密度性:SNP在人类基因组中平均每1000个碱基对出现一次,总数可能超过300万,遍布整个基因组。其密度高于微卫星标记,提供更精细的基因定位。
2. 二态性:SNP通常是二等位多态性,即只有两种碱基变化,这种非此即彼的特性便于发展自动化检测技术。
3. 功能影响性:位于编码区的SNP(cSNP)可以直接影响蛋白质的结构和功能。这些SNP可分为同义cSNP(不改变氨基酸序列)和非同义cSNP(改变氨基酸序列)。
4. 遗传稳定性:与微卫星等重复序列相比,SNP具有更高的遗传稳定性,不易被遗传因素影响,从而保证了遗传学分析的准确性。
5. 易于基因分型:SNP的二态性简化了基因分型过程,只需分析“有或无”的等位基因,适合大规模自动化分析。
6. 分布广泛性:SNP不仅存在于基因编码区,还广泛分布在非编码区,如基因周边和基因间区域,使其在整体基因组研究中具有重要意义。
7. 应用广泛性:SNP广泛应用于疾病关联研究、遗传解剖、群体遗传学、个性化医疗等领域。通过与特定疾病的关联分析,可以为临床诊断和治疗提供重要信息。



SNP的应用领域




单核苷酸多态性(SNP)作为分子生物学中的一个重要概念,已经成为疾病诊断和治疗、个性化医疗等领域的关键工具。下面将详细介绍SNP在几个主要领域的应用情况:

1. 肿瘤伴随诊断
   - EGFR基因突变检测:在肺癌治疗中,EGFR基因的突变状态是决定使用特定靶向药物的重要依据。
   - HER2阳性乳腺癌:HER2基因的扩增或过表达可以指导乳腺癌患者接受特定的抗体治疗,如曲妥珠单抗。
2. 药物基因组学
   - 个体化用药:通过分析患者的基因型,预测其对特定药物的反应,从而实现个性化的药物治疗方案。
   - 药物副作用预测:例如,基于VKORC1基因的多态性,可以预测患者对华法林的敏感性,从而调整剂量以减少出血风险。
3. 遗传病检测
   - 囊性纤维化:通过检测CFTR基因的SNP,可以诊断囊性纤维化并对患者的病情进行监测[^2^]。
   - 遗传性心脏病:利用SNP分析技术,可以识别导致遗传性心脏病的基因变异,为早期干预提供可能。
4. 个体识别和亲权鉴定
   - 法医学应用:SNP的高密度分布使其在法医学个体识别和亲子鉴定中得到广泛应用。
   - 祖先追溯:通过分析Y染色体上的SNP,可以追溯人类的迁徙和种群历史。
5. 农业育种
   - 作物育种:通过分析与作物产量、抗病性相关的SNP,可以辅助选育优良品种。
   - 畜牧业改良:利用SNP标记,可以改善家畜的生长速度、肉质等经济性状。





SNP的检测方法




SNP检测方法主要包括测序法、TaqMan探针法、ARMS-PCR法、分子信标法、高分辨率熔解曲线法(HRM)和CAPS法等多种技术。每种技术都有其独特的原理和特点,适用于不同的研究需求和应用场景。以下对这些方法的特点进行解析:


1. 测序法
   - 原理:通过PCR扩增含有SNP位点的靶标序列,再利用Sanger测序获取目标区域的核酸序列,并对SNP位点进行比对,由此确定是否存在变异位点。
   - 特点:直接获取核酸序列信息,是最准确的方法之一,可以发现未知的SNP位点,确定SNP的突变类型和位置。这种方法适用于需要高精度检测和发现新的变异位点的研究。
2. TaqMan探针法
   - 原理:使用双标记、自淬灭的水解探针,5’端标记荧光基团,3’端标记淬灭基团。在PCR过程中,完全匹配的探针与靶标结合后被Taq酶水解,释放荧光信号,通过实时监测荧光信号的变化来检测SNP位点。
   - 特点:实时性强,无需后续处理即可完成检测,适合高通量分析。由于探针合成成本较高,主要用于已知SNP位点的检测。
3. ARMS-PCR法
   - 原理:基于Taq DNA聚合酶无法修复引物3’末端单个碱基错配的特性,设计特异性引物进行PCR扩增。只有当引物3’末端碱基与SNP位点的等位基因互补配对时,才能正常延伸扩增,从而区分SNP类型。
   - 特点:高度特异性,适用于已知SNP位点的检测。改良的四引物Tetra-primer ARMS-PCR方法可提高检测效率,并通过凝胶电泳或荧光PCR分析确定基因型。
4. 分子信标法
   - 原理:使用双标记的茎环结构探针,当探针与模板完全匹配时,形成伸展状态,导致荧光信号增强。通过荧光信号的变化检测SNP位点。
   - 特点:灵敏度高,特异性强,适用于实时监测SNP位点。与TaqMan探针法类似,但采用茎环结构探针。
5. 高分辨率熔解曲线法
   - 原理:利用特定染料与扩增产物的熔解峰进行分析,通过熔解曲线的差异确定SNP位点。该方法使用的饱和荧光染料具有更强的DNA结合能力,不影响PCR扩增。
   - 特点:分辨精度高,可达单个碱基差异的水平,不需要额外的探针或标记物。适合对大量样本进行低成本、高通量的SNP筛查。
6. CAPS法
   - 原理:将PCR技术与RFLP技术相结合,使用限制性内切酶酶切PCR扩增产物,根据电泳图谱确定SNP位点。
   - 特点:简单易行,适用于检测位于酶切位点处的SNP。对于不能直接用CAPS检测的SNP位点,可采用dCAPS方法,在引物上引入错配碱基创造酶切位点。
7. SNaPshot法
   - 原理:基于荧光标记的单碱基延伸原理,通过小测序反应检测SNP位点。
   - 特点:适合同时对多个SNP位点进行分型,操作简便,数据易于自动化分析。广泛应用于基因组学研究和临床诊断。


文章来源于分子诊断实验室,作者研发小智

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