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分子标记(SNP,SSR)分型检测技术大起底

【2018-11-06】
传统的植物遗传育种对农业的发展起到了很大的推动作用,但存在育种周期长、遗传改良实践效率偏低的缺陷。基于分子生物学、基因组学、生物信息学等技术的分子设计育种具有常规育种无可比拟的优点,可快速将功能基因组学的研究成果转变成大田作物品种,从而创造巨大的经济效益,保障农业可持续发展。

分子标记(Molecular Markers)在育种中是一个非常重要的概念,是DNA水平遗传多态性的直接反映,已经被广泛应用于遗传育种、基因定位、物种亲缘关系鉴定等多方面。下表中总结出了分子标记技术的分类。

表1:分子标记的分类

SSR和SNP两种标记技术各自具有优缺点,并且优势互补。

SSR(又称STR)作为第二代分子标记技术,成本低、检测结果准确且开发并应用的较早。很多基于SSR检测物种品种的方法已经被试验流程化、标准化,在全国各检测机构被广泛应用,例如通过使用40对核心引物就可以鉴定玉米品种。但面对现阶段鉴定样品量急剧增加的现状,单一的SSR分子标记检测手段由于标记密度较低、检测方法单一等缺点,已不足以满足育种的要求。

与SSR相比,SNP则具有其独特的优势:SNP在全基因组中密度高、代表性强、遗传稳定性好;SNP标记是二等位基因,代表基因组中最小的遗传变异单元,数据统计简单、准确;SNP的检测方法灵活多样,易实现自动化。

众多研究表明,在现阶段的分子育种中,应继续发挥SSR 技术优势,同时积极推进结合SNP检测技术,在不同检测项目发挥更积极的作用。



接下来为各位看官着重介绍SNP和SSR这两种分子标记的的研究与检测方法:


 单核苷酸多态性(SNP)检测技术 

SNP主要是指由于单个核苷酸的变异和累积而引起基因组水平上的DNA 序列多态性,被广泛应用于生物、农学、医学、生物进化等众多领域。下表中罗列了常见的SNP检测技术方法和适用性。

表2: SNP检测技术与适用范围

上述提到的多种技术当中,很多技术都可以适用于大量样本的检测。一般来说,面对科研老师短期的基因分型需求,我们会使用SNaPshot完成,而对于具有长期、固定或大量需求的检测,我们推荐ARMS-PCR技术,可将多个位点通过引物设计和多重扩增,在同一管反应中完成,结合一代测序仪的片段分析功能,在3小时可完成上百个样本分型结果提供。大幅的减少了试剂和人力成本。

阅微基因许多临床试剂盒便是基于AMRS-PCR技术开发的。

 简单重复序列(SSR)检测技术 

简单重复序列(SSR),又称微卫星DNA(Microstatellite),指基因组中由1-6个核苷酸组成的串联重复序列,广泛分布在各种真核生物基因组中,SSR基因片段长度的多态性可用作分子标记。SSR 检测主要采用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和荧光毛细管电泳两种检测平台,由于荧光毛细管电泳(CE)检测平台具有自动化程度高、检测通量高、省时省力、数据读取精确等优势,因而被认为是主流检测平台。

通常来说,物种的SSR分子标记检测可以分为引物开发、引物筛选和样本批量检测三个步骤:

(1) SSR引物开发

很多物种并没有完成全基因组测序,导致基因组信息缺失。进行SSR研究时需要进行引物开发,所选取的SSR位点要求必须是多态性高、长度适中的基因区域。随着二代测序成本的不断降低和适用性的提升,已经替代传统的磁珠富集方法成为SSR引物开发关键的方法。基于二代测序基因序列的数据,可以筛选到合适的SSR区域并设计引物。
 
(2) 引物筛选

对于已经具有大量SSR引物或SSR位点信息的客户来说,不必做引物开发,可以进行引物筛选与优化。引物筛选,即多态性引物筛选,是从大量SSR引物中筛选出多态性好、长短适中、扩增表现好的引物的方法。进行大量引物筛选是一项繁重的工作。

图1:开发出的引物在4个样本中可以扩出4种不同长度的SSR,说明此位点多态性高,引物合格。

图2:只能扩增出同一种长度的SSR,表示多态性差,引物不合格。

(3) 单重与多重样本扩增检测

在进行引物开发和引物筛选与优化之后可以对筛选出的SSR位点进行扩增检验。阅微基因具有多款基于SSR检测的法医案件或建库试剂盒,拥有丰富的多重扩增体系建立经验,可以根据客户需求提供多重SSR扩增体系。

图3:多位点SSR检测结果图

注:迄今为止,阅微基因已经完成SSR检测的物种有:扁豆、苹果、葡萄、甘蔗、桃子、榕树、草莓、兰花、枸杞、豇豆、棘豆、高粱、玉米、棉花、燕麦、小麦、菊花、石榴、牡丹、茶叶、芍药、杏子、猕猴桃、紫鹃、茶花、枣、樱桃、蝴蝶兰、梨、重楼、、柳树、飞机草等。

有点傲娇的说,阅微基因可提供上述提到SNP和SSR任意一种检测方法,并且根据您的具体需求和成本预算,个性化定制服务内容。




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中国科技与经济融合论坛 | 分子设计育种发展与未来

随着分子生物学、基因组学、系统生物学、合成生物学等学科的发展和生物技术的不断进步,多学科联合催生了设计育种技术的革新。通过互联网和大数据技术,构建一个推进我国种子研究不断创新的现代化平台,实现种子设计工程工程化、生产标准化、管理网络化,对于实现育种技术跨越发展具有重要意义。

在此态势下, “分子设计育种发展与未来”学术论坛特此召开。

论坛报告将分为三大专题:

(1)分子设计育种理论研究进展:研讨重要农艺性状调控网络研究的新进展、新的分子设计育种理论与未来发展;

(2)现代生物技术发展及其应用:研讨基因组学技术、基因组编辑技术、生物信息技术、人工智能技术、大数据等在分子设计育种研究中的应用;

(3)种业需求与品种分子设计:研讨我国未来种业需求、分子设计育种最新进展以及未来的发展方向。

通过交流和研讨,对分子设计育种的发展与未来形成预判,促进产、学、研形成共识,从而促使科学技术与经济发展有机融合,提出未来育种主要方向,为我国种业发展和农业现代化发挥智库作用。本次论坛将采取报告和讨论相结合的形式,报告环节为一天半,讨论环节半天。


会议地址:北京香山饭店
会议时间:2018年11月7日-9日
会议主办方:中国科学技术协会、中国遗传学会、中国科学院遗传与发育生物学研究所

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