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關鍵詞： 單核苷酸多態(tài)性；遺傳標記；基因研究
摘 要 單核苷酸多態(tài)性(SNP)是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的一種DNA序列多態(tài)性。SNP現(xiàn)象在人類基因組中廣泛存在，并具有很高的信息含量。目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)萬個SNP標記，且有多個生物醫(yī)學網(wǎng)站開辟了專頁對其加以介紹。隨著對SNP檢測和分析技術(shù)的進一步發(fā)展，尤其是與DNA芯片等技術(shù)的結(jié)合，它已成為第三代遺傳標記，初步滿足對疾病相關基因定位研究的需要，尤其是對多基因遺傳病高精度基因定位的要求，并將最終取代目前最常用的微衛(wèi)星標記技術(shù)進入基因應用研究的領域。
SNP 單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP),主要是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。它是人類可遺傳的變異中最常見的一種。占所有已知多態(tài)性的90%以上。SNP在人類基因組中廣泛存在，平均每500～1000個堿基對中就有1個，估計其總數(shù)可達300萬個甚至更多。
SNP所表現(xiàn)的多態(tài)性只涉及到單個堿基的變異，這種變異可由單個堿基的轉(zhuǎn)換(transition)或顛換(transversion)所引起，也可由堿基的插入或缺失所致。但通常所說的SNP并不包括后兩種情況。
理論上講，SNP既可能是二等位多態(tài)性，也可能是3個或4個等位多態(tài)性，但實際上，后兩者非常少見，幾乎可以忽略。因此，通常所說的SNP都是二等位多態(tài)性的。這種變異可能是轉(zhuǎn)換(CT，在其互補鏈上則為GA)，也可能是顛換(CA，GT，CG，AT)。轉(zhuǎn)換的發(fā)生率總是明顯高于其它幾種變異，具有轉(zhuǎn)換型變異的SNP約占2/3，其它幾種變異的發(fā)生幾率相似。Wang等［1］的研究也證明了這一點。轉(zhuǎn)換的幾率之所以高，可能是因為CpG二核苷酸上的胞嘧啶殘基是人類基因組中最易發(fā)生突變的位點，其中大多數(shù)是甲基化的，可自發(fā)地脫去氨基而形成胸腺嘧啶。
在基因組DNA中，任何堿基均有可能發(fā)生變異，因此SNP既有可能在基因序列內(nèi)，也有可能在基因以外的非編碼序列上。總的來說，位于編碼區(qū)內(nèi)的SNP(coding sNP,cSNP)比較少，因為在外顯子內(nèi)，其變異率僅及周圍序列的1/5［2，3］。但它在遺傳性疾病研究中卻具有重要意義，因此cSNP的研究更受關注。
從對生物的遺傳性狀的影響上來看，cSNP又可分為2種：一種是同義cSNP(synonymous cSNP),即SNP所致的編碼序列的改變并不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，突變堿基與未突變堿基的含義相同；另一種是非同義cSNP(non-synonymous cSNP),指堿基序列的改變可使以其為藍本翻譯的蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變，從而影響了蛋白質(zhì)的功能。這種改變常是導致生物性狀改變的直接原因。cSNP中約有一半為非同義cSNP。
先形成的SNP在人群中常有更高的頻率，后形成的SNP所占的比率較低。各地各民族人群中特定SNP并非一定都存在，其所占比率也不盡相同，但大約有85%應是共通的［4］。
SNP檢測方法 目前已有多種方法可用于SNP檢測，如根據(jù)DNA列陣的微測序法、動態(tài)等位基因特異的雜交、寡聚核苷酸特異的連接、DNA芯片以及TaqMan系統(tǒng)等。但不管哪一種方法，首先必須進行靶序列的擴增，然后才能進行其它檢測。
傳統(tǒng)的SNP檢測方法是采用一些已有的成熟技術(shù)，如DNA測序、限制性酶切片段長度多態(tài)性(RFLP)、單鏈構(gòu)象多態(tài)性(SSCP)、等位基因特異的寡聚核苷酸雜交(ASO)等。這些技術(shù)雖在某種程度上能完成對SNP的檢測，但由于它們必須通過凝膠電泳進行檢測，因此，距快速、高效、自動化的目標還相差甚遠。傳統(tǒng)的RFLP只能檢測到SNP的一部分，測序技術(shù)既費時費力，又不易實現(xiàn)自動化，而且DNA鏈的二級結(jié)構(gòu)還容易造成人工假相，使測序結(jié)果出現(xiàn)偏差，不適宜于SNP的檢測；SSCP則很難滿足自動化的需要，難以大規(guī)模開展工作。因此，這些方法均未被廣泛采用。
DNA芯片技術(shù)是近年來新開發(fā)的一種DNA序列變異檢測工具。DNA芯片(DNA chip),也稱生物芯片(biochip),其大小與計算機上的CPU芯片相似，約1 cm2或更大些，以玻璃、硅、聚丙烯等作為載體基片，芯片上鋪了一層肉眼看不見的DNA纖維“地毯”，即具有特定堿基序列的探針。待測基因經(jīng)提取后，被切成長短不一的片段，經(jīng)熒光化學物質(zhì)標記后，注射到嵌有芯片的載片上。由于DNA和探針雜交的程度與熒光強度相關，因此通過激光掃描，即可根據(jù)熒光強弱測出被檢測序列的變異。
目前已有多家公司開展了對芯片的研究，例如美國的Affymetrix公司、NEN生命科學公司等。前者曾開發(fā)出BRCA1(乳癌基因1號)芯片、p53芯片等，后者則在1張玻璃芯片上集成了多達2400個已知基因。此外，Research Genetics公司新近開發(fā)了1個集成有1500個SNP的DNA芯片，它涵蓋了人類基因組全部24條染色體，所提供的信息量至少等于或優(yōu)于目前常用的300～400個微衛(wèi)星標記的圖譜，檢測時只需0.5μg的DNA樣品就可進行1次全基因組的掃描。
SNP 研究進展和信息搜尋 SNP研究是目前人類基因組研究的又一個熱點，1998年Wang等［1］首先報道了根據(jù)SNP技術(shù)建立的人類遺傳圖譜，其獲得的SNP平均距離為2 cM(centimorgan);Cho等［5］則在模式生物擬南芥(Arabidopsis thaliana)上作了全基因組的SNP圖譜定位，該圖譜中SNP平均距離為3.5 cM。所有這些SNP數(shù)據(jù)均可為公眾免費獲取。目前，不僅在人類染色體上，而且在其它生物的基因組上也已建立了SNP圖譜。美國、西歐及日本等國的政府、科研機構(gòu)及部分私人公司斥巨資研究開發(fā)的SNP圖譜也將向公眾免費提供。
近年來，儲存在公共數(shù)據(jù)庫里的SNP數(shù)量正在以幾何級數(shù)迅速增長。1999年4月，總共才分析了7000個SNP，其中cSNP占半數(shù)；而到了當年12月16日，僅美國的國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)的SNP數(shù)據(jù)庫就已存放了21172條SNP至1999年10月10日德國的HGBASE網(wǎng)站也已存放了6 503條SNP。
目前已有許多生物醫(yī)學網(wǎng)站開辟了專門的SNP網(wǎng)頁，人們可以很方便地在這些網(wǎng)站上查閱有關的SNP信息。國際上較重要的網(wǎng)站有：(1) dbSNP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/):該網(wǎng)站是由美國的NCBI主辦的。它除了可接受各地發(fā)來的SNP申請注冊外，也向公眾免費提供對SNP的查詢。(2) hGBASE(http://hgbase.interactiva.de):該網(wǎng)站建在德國，收集基因內(nèi)SNP，研究者可通過檢測出的序列查詢SNP。(3) mIT SNP數(shù)據(jù)庫(http://www-genome.wi.mit.edu/SNP/human/index.html):該網(wǎng)站是由美國麻省理工學院建立的。它包括數(shù)千條已經(jīng)定位的SNP，可以通過指定染色體的某一區(qū)域查詢SNP。
其它的SNP站點還有：華盛頓大學，網(wǎng)址是：http://www.ibc.wustl.edu/SNP;CHLC,網(wǎng)址是：http://www.chlc.org/cgap/nature-genetics-snps.html;美國人類基因組研究所，網(wǎng)址是：http://www.nhgri.nih.gov/About- nHGRI/Der/variat.htm。
SNP 的優(yōu)點及其應用 由于SNP在任一特定位點上只有2個等位基因，因此，與簡單序列長度多態(tài)性(SSLP)相比，其所涵蓋的信息量很有限，似乎很難滿足疾病易感基因精確定位的要求。但這個不足可通過加大分布密度來彌補，而且，這個目標并不是難以實現(xiàn)的，因為完整的SNP圖譜完成之后，可以提供遠高于此要求的密度。有研究認為，1個二核苷酸重復多態(tài)性標記的信息量大約是SNP的2.25～2.5倍，也就是說，1個有900～1000個均勻分布的SNP的圖譜在進行基因組掃描時，其所能提供的信息量就足以和目前最常用的有400個標記位點的多態(tài)性圖譜的信息量相當［6］。所用SNP數(shù)量雖多，但因檢測速度快，故它將能最終取代SSLP，用于復雜性狀的多基因遺傳病研究。
人類的遺傳連鎖圖譜至今已發(fā)展到了第三代。第一代是限制性酶切片段長度多態(tài)性(RFLP)圖譜，第二代是微衛(wèi)星標記圖譜，第三代圖譜就是SNP圖譜。
SNP用作遺傳標記具有以下優(yōu)點：(1) SNP在人群中是二等位基因性的，在任何人群中其等位基因頻率都可估計出來。(2)它在基因組中的分布較微衛(wèi)星標記廣泛得多。(3)與串聯(lián)重復的微衛(wèi)星位點相比，SNP是高度穩(wěn)定的，尤其是處于編碼區(qū)的SNP(cSNP),而前者的高突變率容易引起對人群的遺傳分析出現(xiàn)困難。(4)部分位于基因內(nèi)部的SNP可能會直接影響產(chǎn)物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或基因表達水平，因此，它們本身可能就是疾病遺傳機制的候選改變位點。(5)易于進行自動化分析，縮短了研究時間。
由于SNP具有以上優(yōu)點，所以其應用范圍較微衛(wèi)星標記更加寬廣，它對群體遺傳學、制藥業(yè)、法醫(yī)學、癌癥及遺傳性疾病甚至進化的研究都將產(chǎn)生不可估量的影響。
預計今后SNP將在下列領域發(fā)揮重要作用：(1)進行簡單和復雜疾病的遺傳連鎖分析(linkage analysis)及關聯(lián)分析(association analysis),用于疾病易感基因定位；而且其定位的精度將比微衛(wèi)星標記精細得多，可直接用于指導易感基因克隆。(2)在“藥物基因組學”(pharmacogenomics)研究中，可通過檢測SNP的遺傳多態(tài)性標記揭示人群中不同個體對不同藥物的敏感性差異的根本原因。(3)也可用于法醫(yī)研究的罪犯身份的鑒別、親子鑒定等，此外在器官移植中供體和受體間的配對選擇及物種進化的研究中都將具有重要意義。
為了有效地利用連鎖不平衡的效力，一個覆蓋全基因組的數(shù)量至少為10萬個SNP的圖譜將是有效發(fā)揮其作用的前提。有人甚至認為，1個具有50萬個SNP的圖譜是不可缺少的［17］。但是，目前距此目標還相差甚遠。
總之，SNP研究將是二十一世紀生命科學的熱點。它與人類基因組計劃一起，必將對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可估量的影響。
參考文獻
1，Wang DG,Fan JB,Siao CJ,et al.Large-scale identification,mapping,and genotyping of single-nucleotide polymorphisms in the human genome.Science,1998,280:1077-1082
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3，Nickerson DA,Taylor SL,Weiss KM,et al.DNA sequence diversity in a 9.7 kb region of the human lipoprotein lipase gene.Nature Genetics,1998,19:233-240
4，Barbujani G,Magagni A,Minch E,et al.An apportionment of human DNA diversity.Proc Natl Acad Sci USA,1997,94:4516-4519
5，Cho RJ,Mindrinos M,Richards DR,et al.Genome-wide mapping with biallelic markers in Arabidopsis thaliana.Nature Genetics,1999,23:203-207
6，Kruglyak L.Prospects for whole-genome linkage disequilibrium mapping of common disease genes.Nature Genetics,1999,22:139-144
7，Kruglyak L.The use of a genetic map of biallelic marker in linkage studies.Nature genetics,1997,17:21-24
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