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零基础初步掌握SNP实验技术

01

SNP简介

SNP:主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。

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具体地说,SNP指的是基因组序列中单核苷酸(A、T、C和G)改变时所发生的DNA序列的多态性变化,即基因组内特定的核苷酸区间上存在2种或更多不同的碱基,其中最少一种在群体中的频率不低于1%。

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02

SNP发生的类型

 

转换(transition)指在碱基中一个嘌呤被另一个嘌呤,或者是一个嘧啶被另一个嘧啶替代。
 

颠换(transversion)指在碱基置换中嘌呤与嘧啶之间的替代。

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实际上发生SNP就是指单个核苷酸在二等位基因上的变异,即转换和颠换,二者之比为1:2。
 
转换[一种能量形式变成另外一种能量形式]主要发生在CG序列,即常常发生的转化是CtoT。

03

SNP发生的区间

遗传标志:SNP成为第三代遗传标志,人体许多表型差异、对药物或疾病的易感性等等都可能与SNP有关。

变异位置:SNP可能会发生在基因组DNA中的任何位置上,任何碱基均有可能发生变异。

 

其中pSNP和iSNP在种系亲缘关系分析和基因定位中发挥了重要作用,是重要的分子标记实验对象。

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由于cSNP处于基因编码区这一敏感区间上,其变异很可能直接影响蛋白质的结构、序列和功能,因此受到的关注也更多。
如果发生在基因非编码区或基因间区,可能会影响转录因子与DNA结合、影响非编码RNA序列、影响基因的剪接、mRNA的降解等。
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密码子简并性(氨基酸对应三联密码子),所以发生SNP不一定会引起编码氨基酸的改变,这就引入了Synonymous SNP(同义突变,不引起任何变化) 和Non-Synonymous SNP(非同义突变,大家关注的焦点)概念。
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错义突变:编码的某种氨基酸的密码子变成另一种氨基酸密码子,从而多肽链的氨基酸种类和序列发生改变,错义突变通常会使多肽链丧失原有功能。
无义突变:编码某一氨基酸的密码子变成UAA、UGA或UAG(终止密码子),导致多肽链翻译的中止,从而形成一条不完整的多肽链。
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04

SNP与孟德尔遗传病

 

孟德尔遗传病也叫单基因遗传病(Monogenic disease),由一对等位基因控制的疾病或临床病理表现,按照孟德尔方式传递。

人群中单基因病有7000多种,虽然某一单基因病的发病率可能很低,但单基因病总体发病率在新生儿较高(3.6/1000),目前致病基因已知的单基因遗传病已有3000多种。

常见单基因病:地中海贫血(Mediterranean Anemia)、亨廷顿氏病(Huntington’s Disease ) 、苯丙酮尿症(Phenylketonuria)等。

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较早对于孟德尔遗传病的诊断是从家系的发现,通过临床表现来进行确诊。随着基因组计划和测序技术的发展,致病SNP位点的筛查以更为快速有效的方式出现,为疾病的筛查诊断提供了较大帮助。

由于单基因病符合孟德尔遗传定律,所以并且对于隐性遗传携带者的筛查具有重大意义,广泛应用于产前诊断也对后代的优生优育提供了帮助。一般可在临床症状出现之前做出诊断,不依赖临床表型。

 

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05

SNP多基因遗传病

易感性:发病风险的高低

易患性:个体是否易于发病

阈值:当一个个体的易患性到达一定限度时就发病,这个限度成为阈值。在一定条件下,阈值指示了易感基因的数量。

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常见疾病:高血压、糖尿病、老年痴呆、中风、冠心病、癌症等。

 

多基因病的发生有一定的遗传基础,且有家族倾向,患者同胞的发病率低于单基因病,普通的家系连锁分析只能检出对表型或疾病影响很强的基因,效能较低且容易受到干扰因素的影响:如疾病的严重程度和发病年龄等。

 

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常涉及到多条染色体的多个基因,关联到的SNP位点也更为广泛,且常常是多个位点共同影响着疾病的发生发展。

疾病的产生是基因与外界因素共同作用的结果,所以基因突变并不一定导致疾病。可以通过基因检测了解等位基因突变的情况,调节外界因素(生活环境、习惯、饮食等),来延缓或避免疾病,及早治疗。

研究较多的与疾病发生相关的功能SNPs更多的集中的基因组的调控区域或编码区域(回顾到SNP 1 中的相关内容,同义突变,非同义突变)。

只研究某一基因的单个SNP无法起到评价作用,检测所有SNP又会提高成本,所有引入了单体型和Tag SNP。零基础初步掌握SNP实验技术

研究遗传致病基因突变不仅可以进行诊断性检测,还可以在产前诊断、携带者筛查等方面应用,同时促进致病机理的研究。

 

由于单基因病中常常只包括单个基因的一个或多个SNP位点,所以这些SNP位点中在单基因病中可作为遗传标记,对已知疾病的SNP位点,可进行产前诊断筛查,尽早预防。

 

对疾病的未知SNP位点进行筛查,可研究SNP位点与疾病的风险/致病性之间的关联。如SNP与肿瘤易感性、心血管疾病的风险、糖尿病等疾病的关联研究。

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06

Tag SNP

标签SNP在高度连锁不平衡的基因组区域中具有代表性的SNP,对此区域的单体型情况具有标签意义。

单体型同一条染色体上的多个相邻的等位基因组合成一个整体,称为单体型,一起遗传给下一代。

 

单体型可提现多个位点的联合作用,大多数染色体区域只有少数几个常见的单体型(<5%),同时使用Tag SNP 简化了分析过程。

通过生物信息学软件可以预测Tag SNP的潜在生物学功能,根据研究目的来进行位点的选择。

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多个数据库相互补充使用,不同方法结合筛选,选择最优。

Tag snp 选择方法:

  • Haploview (人为设定 MAF, r2  值,自由的较高,但由于标准不同,Tag SNP的筛选存在差异性)

  • Hapmap (数据库在线使用,要注意数据库的版本号)

数据库:

  • NCBI中的dbSNP

  • Haplotype map(Hapmap) 

  • The SNP consortium

  • The Human Genome Variation(HGV base)

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总结一下,遗传病包括单基因病,多基因病,染色体异常疾病。两种基因疾病与SNP的关系如图:

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致病SNP位点的检测在遗传性疾病的发生发展过程中都有着重要的指导意义。由此可见,SNP的检测对于遗传病的研究有着重要作用,下节课将具体介绍SNP检测的实验技术。

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