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用基因芯片检测单核苷酸多态性反应原理* 中国生物工程杂志China Biotechnology, 2005, 25(11):52～56 张小燕1**左明雪1张占军2王忠3李瑶4 (1 北京师范大学生命科学院北京1008752 北京中医药大学临床医学院北京100086) (3 中国中医研究院西苑医院北京1000914 复旦大学生命科学院上海200032） 摘要基因芯片技术因其高通量、高效率的特点被用于第三代遗传标记单核苷酸多态性位点的筛选。近几年SNP芯片研究在反应原理方面取得了重大进展，其中包括基于核酸杂交反应的芯片、基于单碱基延伸反应的芯片、基于等位基因特异性引物延伸反应的芯片、基于“一步法”反应的芯片、基于引物连接反应的芯片、基于限制性内切酶反应的芯片、基于蛋白DNA结合反应的芯片，及基于荧光分子DNA结合反应的芯片。比较了上述各种芯片技术方法的优劣，为进一步科研工作的开展提供了参照，并综述了SNP芯片在疾病基因组学、药物遗传学和个体识别等科研领域的应用，且对其今后的发展方向进行了阐述。 关键词基因芯片单核苷酸多态性疾病基因组学 收稿日期：20050125修回日期：20050901 *国家自然科学基金资助项目 ** 电子信箱：dodderdodder@随着2001年人类基因组研究的完成,涌现出大量可利用且亟待分析筛选的基因组数据,这就要求有大规模、迅速的检测方法与技术来完成大量候选基因中的遗传标记的筛选。单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）与基因芯片（microarray）相结合的战略正是应这一需求脱颖而出,成为生命科学界关注的新焦点。 1SNP芯片技术简介单核苷酸多态性是由基因组核苷酸水平上的变异引起的DNA序列多态性,包括单个碱基的转换、颠换以及单个碱基的缺失和插入。其中最少的一种等位基因在群体中的频率不小于1%。作为第三代遗传标记的SNP在人类基因组中约每1 000个碱基就出现一个，并具有如下特点：(1)数量多,分布广泛；(2)遗传稳定；(3)易于基因分型；(4)适于快速、高通量检出。SNP自身的特性决定了它比其他两类遗传标记更适合于对复杂性状的遗传解析以及基于群体基因识别等方面的研究,促使人们不断地寻找新的SNP标记和革新SNP检测技术。 目前已有多种方法可用于SNP检测,传统的SNP检测方法是采用一些已有的成熟技术,如DNA测序、限制性酶切片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism, RFLP)、单链构象多态性(single strand conformational polymorphism ,SSCP)、变性高效液相色谱(denaturing high performance liquid chromatography, DHPLC)等。这些技术虽在某种程度上能完成对SNP的检测,但距快速、高效、自动化的目标还相差甚远。DNA芯片技术是近年来新开发的一种DNA序列变异检测工具。其原理是利用目标DNA与支持物上所固定的密集的寡核苷酸探针阵列进行等位基因特异性反应,根据反应后信号的有无和强弱确定SNP位点。近年来随着复杂性疾病研究的深入，以及可利用的基因组数据的增加, 基于各种原理的SNP芯片被开发出来，以适应不同目的、规模和条件的基因分型。 2SNP芯片反应原理的研究进展2.1基于核酸杂交反应原理的SNP芯片 等位基因特异性寡核苷酸杂交反应(allele-specific oligonucleotide hybridization, ASO)是利用固定在芯片上的寡核苷酸与标记DNA靶标的序列特异性杂交，其分辨原理基于单碱基错配对DNA双螺旋结构稳定性的影响，因此分辨率依赖于反应中SNP位点前后的寡核苷酸序列和杂交反应条件。该反应很早已经被广泛使用，其优点是原理简单、操作方便，缺点是由于非特异性杂交导致分辨率不高，易产生假阳性［1］。 2005, 25(11)张小燕 等：用基因芯片检测单核苷酸多态性反应原理 中国生物工程杂志 China Biotechnology Vol.25 No.11 2005 2.2基于单碱基延伸反应原理的SNP芯片 单碱基延伸反应(single base extension，SBE)，又名微测序法(minisequencing),其原理如图1所示，根据待检测样品的SNP位点5′端序列设计引物（不包括SNP位点）并将其直接固定在芯片上，以待测样品的PCR产物作为模板，加以用各色荧光或者其他标记物标记的4种ddNTP，在适当的条件下，在DNA多聚酶的催化下与PCR产物配对的引物直接在芯片上进行固相单碱基延伸反应，根据样本序列中特异的碱基（SNP）加入特异的