• 自 孟德尔 首次建立基因遗传概念和基因型-表现型关联以来,科学家们一直试图了解并定位人类和一系列其他物种中的遗传变异。基因分型有多种方法,包括分析单核苷酸多态性 (SNP)、长或短串联重复序列的变异以及其他 DNA 指纹图谱分析方法。我们已积累了大型数据库来记录和共享基因分型信息,并且继续努力将变异与特定性状或疾病状态的存在最终关联起来。然而,在许多情况下,表现型和后续遗传被证明要更加复杂。然而,基因分型信息仍然是其中一个有用的部分,无论这种信息是通过 PCR、实时 PCR 还是测序方法获得,Bioline 都有合适的工具来支持您的研究。

    基因分型 - 途径和方法

    表征特定性状或疾病状态的遗传定子需要对群体、家族或受影响个体组中的现存多态性进行评估。

    到目前为止,人类基因组中存在的信息最丰富的多态性为 SNP,其以 1000 个碱基对中约 1 个的频率出现在编码区和非编码区。自人类基因组计划推出以来,全基因组测序应用激增,由美国国家生物技术信息中心 (NCBI) 维护的主要 SNP 数据库 (dbSNP) 已快速累积超过 55 种生物体的 SNP 信息。

    典型的 SNP 基因分型方案从目标扩增(使用 PCR 或实时 PCR)开始,然后是产物的等位基因鉴别检测。等位基因鉴别机制可以包括使用用于 SNP 的限制性内切酶和凝胶电泳,以产生限制性片段长度多态性 (RFLP)。如果使用实时 PCR 方法,序列特异性探针可以区分不同的 SNP,或者使用相互对比染料后进行熔解可以产生特定的谱,例如采用高分辨率熔解 (HRM) 分析。焦磷酸测序或 NGS 也可用于鉴定、区分或分类目标区域内的新 SNP。dbSNP 数据库中有数以亿计的提交 SNP 旨在协助 SNP 基因分型的研究和应用。尽管下一代测序 (NGS)、微阵列和其他高通量技术的使用不断增加,并且相应的数据激增,但仍难以确定一般群体中许多报告 SNP 的真实频率,并且在大多数情况下仍在尝试了解与疾病状态或表现型的明确关联。

    还有其他方法可以确定遗传差异,通过这些遗传差异可以检查可变串联重复序列,即两个或多个 DNA 碱基对在特定基因位点重复达数百次,可能是高度多样性的位点。微卫星是一种短串联重复序列 (STR),常用于连锁图谱和关联研究以及生物体鉴定。其他用于 DNA 指纹图谱分析和多态性鉴别的方法包括扩增片段长度多态性 (AFLP) 分析,这种方法可以快速从全基因组分析中产生遗传标记,无需事先了解基因组序列。拷贝数变异 (CNV) 分析是另一种方法;CNV 是一种结构变异,由影响一个或多个基因位点的重复或缺失事件引起,它在人类基因组中广泛存在并且经常导致功能性后果。从样品制备到扩增和检测,Bioline 提供了一整套分子工具,用来协助范围广泛的基因分型方法。

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    基因分型 – 在人类历史和疾病中的应用

    尽管 DNA 修复机制的效率很高,但人群中存在变异,大约每 1000 bp 发现一个普通 SNP(定义为一般群体中等位基因频率大于 20%)。

    SNP 的生命周期可以分为四个阶段:

    新的变体通过随机突变出现
    变体在早期世代中以较高的几率生存(在前 10 代中变体丢失的基本概率为 94%)
    经历群体波动后以很大的频率继续生存
    固定

    有一种强烈的假设认为,物种之间的差异是物种内部变异的延伸,无论如何,现存 SNP 是过去突变的产物,可以提供关于人类历史的线索。基因分型或 DNA 指纹图谱分析也用于法医学和亲子鉴定,通过检查特定的 SNP 或 STR 来确定身份或关系。

    将遗传差异与表现型相关联对于遵循孟德尔遗传(一个基因影响一个性状)的特征相当简单。然而在实践中,人群中的大多数性状和疾病状态是许多影响多个性状的基因的结果,因此寻找一种模式变成了复杂的联动调查,需将等位基因映射到基因位点并寻找与目标性状相关的非随机关联。或者,关联研究从目标性状开始,并测定相关的未受影响个体的基因组,以试图找到相关的差异。

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    基因分型 – 其他应用

    在人类生物学以外的其他多个领域中,基因分型是一个宝贵的工具。评估共同基因的遗传变异让科学家们能够建立所有生物体之间的系统发育关系。

    遗传变异数据库将继续扩大代表生物体的数量,基因分型仍将是突出的应用。

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    细菌分型和抗性筛选

    微生物学领域采用基因分型技术来定期分类不容易在培养中生长的生物体。

    除了物种检测和鉴别之外,亚型分型或菌株分类对于流行病学研究非常有价值,例如在研究传染病爆发时。基因分型方法还可提供有关是否存在特定特征(例如毒力或抗生素抗性)的信息,而分子方法可以提供快速信息来协助医生治疗由微生物引起的疾病。

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    植物和动物育种与农业

    植物和动物育种的一个最基本的方面是正确选择具有所需特征的个体。

    如果基因型/表现型关联已知,那么基因分型是快速准确地选择合适后代的宝贵方法,而无需等待形态特征发展。随着农民和科学家共同努力确保持续的粮食生产来满足不断增长的人口,所需性状的遗传标记不断被研究并应用于育种计划。

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    保护遗传学

    群体中的遗传变异性直接影响该群体的生存能力,这一认识是一个强调保护遗传学(一种基于危机的生物多样性管理方法)的概念。

    基因分型方法有助于估计特定群体中的遗传变异,当与育种特征、世代长度和其他变量相结合时,可以确立风险并采用适当的管理策略来支持相关群体的延续。

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