國人首創！新型高分辨率多聚SNP技術讓分子檢測不再昂貴

　　以DNA變異為基礎的分子檢測技術被廣泛應用于生物分子學、基因組學、遺傳學和育種等領域。在動植物遺傳育種方面，DNA變異被開發為SSR和SNP等不同類型的分子標記，用于遺傳圖譜構建、多樣性分析、標記-性狀關聯、圖位克隆、分子育種、指紋鑒定等方面。各種高通量檢測技術設備和高密度DNA芯片的開發，極大地滿足了動植物遺傳育種對于高通量和高密度分子檢測技術的需求。但芯片開發和制作難度大，且需要匹配昂貴的檢測設備。國際大型跨國種業公司通過構建高通量分子檢測平臺，為其全球范圍、多物種的應用研發提供支撐，大大提高了分子檢測效率并降低單個樣本的分析成本，從而推動了分子檢測技術在基礎和育種研發中的大規模應用，進而加強其在國際種業市場中的競爭優勢。然而，在發展中國家、中小種業公司或公共研究機構，無法建立起高效共享的檢測平臺，導致分子檢測成本高昂而難以得到普遍應用。

　　近日，中國農業科學院作物科學研究所徐云碧團隊聯合石家莊博瑞迪生物技術有限公司張嘉楠、佛山科學技術學院王蘊波等人，通過整合靶向測序和液相芯片技術，成功開發出一套高分辨率多聚SNP（multiple single-nucleotide-polymorphism cluster，mSNP；或multiple dispersed nucleotide polymorphism，MNP）檢測體系，該體系可取代依賴昂貴儀器設備的固相芯片和其他分子檢測技術，廣泛應用于動、植物遺傳育種等多個領域。相關研究成果于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為題在Plant Communications在線發表。

　　聯合研究小組基于靶向測序基因型檢測（genotyping by target sequencing, GBTS）技術，建立和完善了利用單一擴增子檢測多個SNP標記的mSNP技術體系，極大地提高了目標位點（擴增子）內變異的檢測效率。在玉米中通過篩選和優化，開發了包括40K目標位點的一套標記集（40K mSNP），平均每個位點（擴增子）可以檢測到6.6個SNP標記，而同一位點的多個SNP標記，又可構成多種單倍體形式。因此該標記集整體上包含了三類不同的標記，即40K mSNP、260K SNP/Indel和912K單倍型。由于這種mSNP位點和SNP標記檢測是通過測序來實現的，通過測序所能捕獲的標記位點數與測序深度成正比。因此，根據應用場景對標記密度的需求，通過控制測序深度就可以從同一標記集獲得多種不同的標記密度，包括從1K 到40K mSNP任意位點（擴增子）數以及由此衍生的、不同數量的SNP標記和單倍型。

　　高分辨率多聚SNP (mSNP) 檢測技術體系及其應用

　　與常規的測序式基因型檢測和固相芯片檢測相比，基于GBTS的mSNP技術具有平臺廣適性，不需要借助于特定的昂貴設備，可以采用各種可供利用的測序平臺。mSNP標記定制時沒有起始樣本量和標記數量的限制，測序與標記基因型檢測可在同一管內完成；使用時沒有單次檢測樣本量限制；可向體系中隨時加入新的引物或對已有引物進行調整；根據同一套高密度標記，可以通過調整測序深度來獲得不同數量的標記。所有檢測試劑均實現了本地化，從而大大降低了試劑成本，同時利用現有的測序設備降低了檢測設備的維護、管理和運營有關的成本。mSNP標記和基因型信息具有高度重復性和可靠性，便于將不同時間、地點和實驗所獲得的信息進行累加、比較和綜合分析。與固相芯片、全基因組重測序和隨機的簡化基因組測序等技術相比，基于GBTS的mSNP液相芯片檢測技術對于平臺和支撐系統的要求很低，不需要借助于額外的檢測技術或高度專業化的生物信息團隊。

　　基于GBTS的mSNP標記技術體系可廣泛應用于生物進化、遺傳圖譜構建、基因定位克隆、標記性狀關聯分析、后裔鑒定、基因漸滲、基因累加、品種權保護、產品質量監測、轉基因成分/基因編輯/伴生生物檢測等領域。聯合研究小組以玉米為例，采用288份熱帶/亞熱帶自交系、246份甜玉米自交系、333份來自中國、美國和CIMMYT的溫帶自交系，分別利用代表mSNP位點的標記、所有SNP標記、單倍型標記對這些材料的多樣性、群體結構、連鎖非平衡衰減進行了分析。同時以玉米軸色為例開展了全基因組關聯分析。研究證實，利用mSNP及其單倍型替代固相芯片中的單一SNP標記能夠獲得額外的檢測效率。基于GBTS 的mSNP液相芯片技術具有廣泛的物種適應性，可以用于所有動植物和微生物的分子檢測。目前已經在13種主要農作物、蔬菜以及部分動物和微生物中開發了基于GBTS的液相芯片50余套，并已在上述有關領域得到廣泛應用。

　　中國農業科學院作物科學研究所郭子鋒和佛山科學技術學院楊泉女為論文的第一作者，中國農業科學院作物科學研究所/CIMMYT—中國徐云碧、石家莊博瑞迪生物技術有限公司張嘉楠、佛山科學技術學院王蘊波為通訊作者，國際玉米小麥改良中心、上海市農業科學院、新疆農墾科學院、河北省農林科學院為論文合作單位。