打破分子检测昂贵的现状 新型高分辨率多聚SNP技术

    以DNA变异为基础的分子检测技术被广泛应用于生物分子学、基因组学、遗传学和育种等领域。在动植物遗传育种方面，DNA变异被开发为SSR和SNP等不同类型的分子标记，用于遗传图谱构建、多样性分析、标记-性状关联、图位克隆、分子育种、指纹鉴定等方面。各种高通量检测技术设备和高密度DNA芯片的开发，极大地满足了动植物遗传育种对于高通量和高密度分子检测技术的需求。但芯片开发和制作难度大，且需要匹配昂贵的检测设备。国际大型跨国种业公司通过构建高通量分子检测平台，为其全球范围、多物种的应用研发提供支撑，大大提高了分子检测效率并降低单个样本的分析成本，从而推动了分子检测技术在基础和育种研发中的大规模应用，进而加强其在国际种业市场中的竞争优势。然而，在发展中国家、中小种业公司或公共研究机构，无法建立起高效共享的检测平台，导致分子检测成本高昂而难以得到普遍应用。

　　近日，中国农业科学院作物科学研究所徐云碧团队联合石家庄博瑞迪生物技术有限公司张嘉楠、佛山科学技术学院王蕴波等人，通过整合靶向测序和液相芯片技术，成功开发出一套高分辨率多聚SNP（multiple single-nucleotide-polymorphism cluster，mSNP；或multiple dispersed nucleotide polymorphism，MNP）检测体系，该体系可取代依赖昂贵仪器设备的固相芯片和其他分子检测技术，广泛应用于动、植物遗传育种等多个领域。相关研究成果于8月9日以Development of high-resolution multiple-SNP arrays for genetic analyses and molecular breeding through genotyping by target sequencing and liquid chip为题在Plant Communications在线发表。

    联合研究小组基于靶向测序基因型检测（genotyping by target sequencing, GBTS）技术，建立和完善了利用单一扩增子检测多个SNP标记的mSNP技术体系，极大地提高了目标位点（扩增子）内变异的检测效率。在玉米中通过筛选和优化，开发了包括40K目标位点的一套标记集（40K mSNP），平均每个位点（扩增子）可以检测到6.6个SNP标记，而同一位点的多个SNP标记，又可构成多种单倍体形式。因此该标记集整体上包含了三类不同的标记，即40K mSNP、260K SNP/Indel和912K单倍型。由于这种mSNP位点和SNP标记检测是通过测序来实现的，通过测序所能捕获的标记位点数与测序深度成正比。因此，根据应用场景对标记密度的需求，通过控制测序深度就可以从同一标记集获得多种不同的标记密度，包括从1K 到40K mSNP任意位点（扩增子）数以及由此衍生的、不同数量的SNP标记和单倍型。

    与常规的测序式基因型检测和固相芯片检测相比，基于GBTS的mSNP技术具有平台广适性，不需要借助于特定的昂贵设备，可以采用各种可供利用的测序平台。mSNP标记定制时没有起始样本量和标记数量的限制，测序与标记基因型检测可在同一管内完成；使用时没有单次检测样本量限制；可向体系中随时加入新的引物或对已有引物进行调整；根据同一套高密度标记，可以通过调整测序深度来获得不同数量的标记。所有检测试剂均实现了本地化，从而大大降低了试剂成本，同时利用现有的测序设备降低了检测设备的维护、管理和运营有关的成本。mSNP标记和基因型信息具有高度重复性和可靠性，便于将不同时间、地点和实验所获得的信息进行累加、比较和综合分析。与固相芯片、全基因组重测序和随机的简化基因组测序等技术相比，基于GBTS的mSNP液相芯片检测技术对于平台和支撑系统的要求很低，不需要借助于额外的检测技术或高度专业化的生物信息团队。

　　基于GBTS的mSNP标记技术体系可广泛应用于生物进化、遗传图谱构建、基因定位克隆、标记性状关联分析、后裔鉴定、基因渐渗、基因累加、品种权保护、产品质量监测、转基因成分/基因编辑/伴生生物检测等领域。联合研究小组以玉米为例，采用288份热带/亚热带自交系、246份甜玉米自交系、333份来自中国、美国和CIMMYT的温带自交系，分别利用代表mSNP位点的标记、所有SNP标记、单倍型标记对这些材料的多样性、群体结构、连锁非平衡衰减进行了分析。同时以玉米轴色为例开展了全基因组关联分析。研究证实，利用mSNP及其单倍型替代固相芯片中的单一SNP标记能够获得额外的检测效率。基于GBTS 的mSNP液相芯片技术具有广泛的物种适应性，可以用于所有动植物和微生物的分子检测。目前已经在13种主要农作物、蔬菜以及部分动物和微生物中开发了基于GBTS的液相芯片50余套，并已在上述有关领域得到广泛应用。

　　中国农业科学院作物科学研究所郭子锋和佛山科学技术学院杨泉女为论文的第一作者，中国农业科学院作物科学研究所/CIMMYT—中国徐云碧、石家庄博瑞迪生物技术有限公司张嘉楠、佛山科学技术学院王蕴波为通讯作者，国际玉米小麦改良中心、上海市农业科学院、新疆农垦科学院、河北省农林科学院为论文合作单位。