2024年5月16日发(作者：潭一)
SNP分子标记及其在水稻研究中的应用
单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，
SNP），是指在基因组上单个核苷酸的变异，包括置换、颠换、
缺失和插入。目前SNP技术主要分为2大类，一类是以凝胶
电泳检测为基础的，一类是以高通量检测为基础的。针对不
同的研究工作，选用与之相适应的检测平台，将推进研究工
作的快速进展。SNP已经成为水稻研究领域的一个重要工具，
利用基因组中高密度分布的SNP分子标记，可以进行功能标
记的开发、遗传图谱的构建、分子标记辅助育种、图位克隆
和功能基因组学、等位基因、物种进化等方面的研究工作。
1 SNP分子标记的特点
SNP是Lander E 于 1996年首次提出的一种分子标记
[1]，作为第3代分子标记，它具备以下几个特点：二等位
多态性，即发生C-T，G-A的转换，或者C-A，G-T，C-G，A-T
的颠换，前者发生概率为2/3；高通量、自动化的实验流程，
包括芯片、测序等技术的应用；遗传稳定性高，SNP标记的
突变率低，且能够在生物体基因组中稳定遗传，其遗传的稳
定性高于SSR标记；在染色体上的覆盖率高，在人类基因组
中，每300～1000个碱基中即存在1个SNP；在水稻基因组
中，每154个碱基即存在1个SNP[2]；SNP位点在基因内区
域分布较多，有的位点可能与功能基因有关，可开发SNP功
能标记。传统的分子标记本身和基因功能没有关系，而SNP
功能标记和目标性状是完全连锁的，一旦遗传效应与功能序
列基序相对应，此基序衍生的功能标记就可以在不需要其它
测定的情况下在多个遗传背景中固定等位基因[3]。
2 SNP技术的介绍
近年来，随着分子生物技术的发展，SNP技术也迅猛发
展。从检测的通量上可分为，以凝胶电泳为基础的检测方法
和高通量、自动化程度较高的检测方法2大类，前者包括单
链构象多态性（SSCP）、变性梯度凝胶电泳（DDGE）、酶切扩
增多态性序列（CAPS）、等位基因特异性PCR（AS-PCR）等，
后者包括DNA测序、DNA芯片、变性高效液相色谱（DHPLC）、
飞行质谱仪检测、高分辨率溶解曲线（HRM）、TagMan实时荧
光法等[4]。高通量、自动化程度较高的方法也是目前比较
常用的，其中DNA测序和HRM也逐渐被芯片技术和基于PCR
基础上的技术所替代，各科研工作者可根据实际应用的不同
需求选择相应的检测平台。
例如，在分子育种工作中或者SNP位点开发中，需要的
是位点高通量的检测方法，那么芯片检测法则是最好的选择。
芯片检测法的一个代表为Affymetrix公司的GeneTitan
Multi-Channel平台，可适用于位点高通量的检测，该芯片
是激光微刻芯片，理论上100%将所有侯选SNP 位点都设计
到芯片上，结果准确可靠；所有操作均在Biomek FXp实现，
管理操作很简单，且一周可以扫描768arrays或者
3072arrays；另一个代表为Illumina公司的Infinium平台
和GoladenGate平台，该芯片是光纤维珠芯片，Infimium芯
片可用于位点更高通量的检测，而GoladenGate芯片的通量
适合于位点数小于3072的研究；在品种真实性鉴定工作中，
需要的是样品高通量的检测方法，那么英国LGC公司的KASP
平台、美国Douglas的Array Tape平台甚至是基于PCR技
术上的TagMan实时荧光法则比较适合。
3 SNP在水稻研究中的应用概述
3.1 水稻SNP功能标记的开发和应用
很多分子标记本身和基因功能没有关系，在杂交过程中
标记会和目标性状发生分离，特别是和目标性状遗传距离较
大的标记，而SNP功能标记能很好地解决这方面的问题。水
稻的基因组全序列测定已经完成，有丰富的功能基因组及生
物信息学方面的资源可以利用，使相关功能标记的开发更容
易进行。随着一些重要农艺性状基因被克隆，很多水稻SNP
功能标记也被开发，例如Pi-ta基因、Wx基因、Rc基因、
Xa-5基因、fgr基因、GS3基因、S5基因、S-a基因、Hd3a
等。这些基因由于SNP的改变，引起了氨基酸的变化，进而
引起基因功能的变化，那么就能利用引起变异的SNP位点设
计功能标记。这样，可以对材料进行快速筛查，分析具有目
标基因的材料，对分子设计育种奠定了基础。
3.2 SNP在图位克隆和功能基因组学中的应用
利用SNP构建水稻精密遗传图谱，对目标基因进行精细
定位，使目的基因定位在更窄的候选区间，甚至有些SNPs
位点就在目的基因的编码区内，为基因克隆、功能互补试验
带来许多方便。另外，在功能基因组学方面，1个SNP的改
变也可能引起基因功能的改变。例如，与水稻产量性状相关
的基因，GS3基因第2外显子中1个碱基C突变为A，使胱
氨酸（TGC）突变为终止密码子（TGA，）使得水稻从在表型
上从短粒变为长粒[5]。控制直粒穗形基因IPA1，由于第3
外显子的C突变为A，扰乱了OsmiR156 对IPA1的调控，IPA1
突变后，使得水稻分蘖减少、穗粒数和千粒重增加，同时茎
秆变得粗壮，抗倒伏能力增强，进而提高产量[5]。
3.3 SNP在水稻进化中的应用
水稻的驯化是一个漫长的过程，在其进化过程中，SNP
的改变也可能引起籼稻和粳稻的区分。例如，控制水稻籼粳
杂种育性的广亲和基因S5n，在编码区273处，亮氨酸突变
为苯丙氨酸，即A突变为C，导致粳稻突变为籼稻。控制水
稻抽穗期的基因Hd17，研究者利用73个亚洲栽培稻（籼稻
和粳稻）和37个野生稻测序，发现在第4外显子的一个SNP
的变化，从T突变为C，使得氨基酸从L变为S，引起基因
功能的变化，导致粳稻突变为籼稻。 3.4 SNP在水稻
等位基因中的应用
已克隆基因在不同的水稻材料中存在着不同的等位基
因，其表型也会有差异，即表型的效应也不一样。以水稻Wx
基因为例，由于第1内含子T/G差异，第2外显子的一处缺
失，第6外显子A/C差异，第9外显子T/C差异，第10外
显子C/T差异，这5处SNP或者INDEL的差异，实验证明都
引起了基因功能的变化，使得水稻材料的表型也分为5类[7]。
这些等位基因的区分，有助于基因的功能分析和新等位基因
的发现，也为水稻设计育种奠定了良好的基础。
4 结语
随着分子生物技术的不断发展，SNP技术也是日新月异，
从以凝胶电泳检测为基础发展到现在的高通量自动化的技
术，然而，SNP分子标记的开发和应用成本仍然比较高，随
着SNP技术的进一步成熟，期望它的成本将能够大大降低，
甚至比SSR标记的成本还低；在水稻育种研究工作中，SNP
与目标基因存在一定的关联性，1个SNP的改变可能引起基
因功能的改变，引起某些性状表型的变异，因此SNP发挥着
其它分子标记无法比拟的重要作用。随着功能基因组学的不
断进步，期望能更加快速发现水稻所有的SNP功能标记，加
速育种技术的革新，创立新型的育种理论和体系。
2024年5月16日发(作者：潭一)
SNP分子标记及其在水稻研究中的应用
单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，
SNP），是指在基因组上单个核苷酸的变异，包括置换、颠换、
缺失和插入。目前SNP技术主要分为2大类，一类是以凝胶
电泳检测为基础的，一类是以高通量检测为基础的。针对不
同的研究工作，选用与之相适应的检测平台，将推进研究工
作的快速进展。SNP已经成为水稻研究领域的一个重要工具，
利用基因组中高密度分布的SNP分子标记，可以进行功能标
记的开发、遗传图谱的构建、分子标记辅助育种、图位克隆
和功能基因组学、等位基因、物种进化等方面的研究工作。
1 SNP分子标记的特点
SNP是Lander E 于 1996年首次提出的一种分子标记
[1]，作为第3代分子标记，它具备以下几个特点：二等位
多态性，即发生C-T，G-A的转换，或者C-A，G-T，C-G，A-T
的颠换，前者发生概率为2/3；高通量、自动化的实验流程，
包括芯片、测序等技术的应用；遗传稳定性高，SNP标记的
突变率低，且能够在生物体基因组中稳定遗传，其遗传的稳
定性高于SSR标记；在染色体上的覆盖率高，在人类基因组
中，每300～1000个碱基中即存在1个SNP；在水稻基因组
中，每154个碱基即存在1个SNP[2]；SNP位点在基因内区
域分布较多，有的位点可能与功能基因有关，可开发SNP功
能标记。传统的分子标记本身和基因功能没有关系，而SNP
功能标记和目标性状是完全连锁的，一旦遗传效应与功能序
列基序相对应，此基序衍生的功能标记就可以在不需要其它
测定的情况下在多个遗传背景中固定等位基因[3]。
2 SNP技术的介绍
近年来，随着分子生物技术的发展，SNP技术也迅猛发
展。从检测的通量上可分为，以凝胶电泳为基础的检测方法
和高通量、自动化程度较高的检测方法2大类，前者包括单
链构象多态性（SSCP）、变性梯度凝胶电泳（DDGE）、酶切扩
增多态性序列（CAPS）、等位基因特异性PCR（AS-PCR）等，
后者包括DNA测序、DNA芯片、变性高效液相色谱（DHPLC）、
飞行质谱仪检测、高分辨率溶解曲线（HRM）、TagMan实时荧
光法等[4]。高通量、自动化程度较高的方法也是目前比较
常用的，其中DNA测序和HRM也逐渐被芯片技术和基于PCR
基础上的技术所替代，各科研工作者可根据实际应用的不同
需求选择相应的检测平台。
例如，在分子育种工作中或者SNP位点开发中，需要的
是位点高通量的检测方法，那么芯片检测法则是最好的选择。
芯片检测法的一个代表为Affymetrix公司的GeneTitan
Multi-Channel平台，可适用于位点高通量的检测，该芯片
是激光微刻芯片，理论上100%将所有侯选SNP 位点都设计
到芯片上，结果准确可靠；所有操作均在Biomek FXp实现，
管理操作很简单，且一周可以扫描768arrays或者
3072arrays；另一个代表为Illumina公司的Infinium平台
和GoladenGate平台，该芯片是光纤维珠芯片，Infimium芯
片可用于位点更高通量的检测，而GoladenGate芯片的通量
适合于位点数小于3072的研究；在品种真实性鉴定工作中，
需要的是样品高通量的检测方法，那么英国LGC公司的KASP
平台、美国Douglas的Array Tape平台甚至是基于PCR技
术上的TagMan实时荧光法则比较适合。
3 SNP在水稻研究中的应用概述
3.1 水稻SNP功能标记的开发和应用
很多分子标记本身和基因功能没有关系，在杂交过程中
标记会和目标性状发生分离，特别是和目标性状遗传距离较
大的标记，而SNP功能标记能很好地解决这方面的问题。水
稻的基因组全序列测定已经完成，有丰富的功能基因组及生
物信息学方面的资源可以利用，使相关功能标记的开发更容
易进行。随着一些重要农艺性状基因被克隆，很多水稻SNP
功能标记也被开发，例如Pi-ta基因、Wx基因、Rc基因、
Xa-5基因、fgr基因、GS3基因、S5基因、S-a基因、Hd3a
等。这些基因由于SNP的改变，引起了氨基酸的变化，进而
引起基因功能的变化，那么就能利用引起变异的SNP位点设
计功能标记。这样，可以对材料进行快速筛查，分析具有目
标基因的材料，对分子设计育种奠定了基础。
3.2 SNP在图位克隆和功能基因组学中的应用
利用SNP构建水稻精密遗传图谱，对目标基因进行精细
定位，使目的基因定位在更窄的候选区间，甚至有些SNPs
位点就在目的基因的编码区内，为基因克隆、功能互补试验
带来许多方便。另外，在功能基因组学方面，1个SNP的改
变也可能引起基因功能的改变。例如，与水稻产量性状相关
的基因，GS3基因第2外显子中1个碱基C突变为A，使胱
氨酸（TGC）突变为终止密码子（TGA，）使得水稻从在表型
上从短粒变为长粒[5]。控制直粒穗形基因IPA1，由于第3
外显子的C突变为A，扰乱了OsmiR156 对IPA1的调控，IPA1
突变后，使得水稻分蘖减少、穗粒数和千粒重增加，同时茎
秆变得粗壮，抗倒伏能力增强，进而提高产量[5]。
3.3 SNP在水稻进化中的应用
水稻的驯化是一个漫长的过程，在其进化过程中，SNP
的改变也可能引起籼稻和粳稻的区分。例如，控制水稻籼粳
杂种育性的广亲和基因S5n，在编码区273处，亮氨酸突变
为苯丙氨酸，即A突变为C，导致粳稻突变为籼稻。控制水
稻抽穗期的基因Hd17，研究者利用73个亚洲栽培稻（籼稻
和粳稻）和37个野生稻测序，发现在第4外显子的一个SNP
的变化，从T突变为C，使得氨基酸从L变为S，引起基因
功能的变化，导致粳稻突变为籼稻。 3.4 SNP在水稻
等位基因中的应用
已克隆基因在不同的水稻材料中存在着不同的等位基
因，其表型也会有差异，即表型的效应也不一样。以水稻Wx
基因为例，由于第1内含子T/G差异，第2外显子的一处缺
失，第6外显子A/C差异，第9外显子T/C差异，第10外
显子C/T差异，这5处SNP或者INDEL的差异，实验证明都
引起了基因功能的变化，使得水稻材料的表型也分为5类[7]。
这些等位基因的区分，有助于基因的功能分析和新等位基因
的发现，也为水稻设计育种奠定了良好的基础。
4 结语
随着分子生物技术的不断发展，SNP技术也是日新月异，
从以凝胶电泳检测为基础发展到现在的高通量自动化的技
术，然而，SNP分子标记的开发和应用成本仍然比较高，随
着SNP技术的进一步成熟，期望它的成本将能够大大降低，
甚至比SSR标记的成本还低；在水稻育种研究工作中，SNP
与目标基因存在一定的关联性，1个SNP的改变可能引起基
因功能的改变，引起某些性状表型的变异，因此SNP发挥着
其它分子标记无法比拟的重要作用。随着功能基因组学的不
断进步，期望能更加快速发现水稻所有的SNP功能标记，加
速育种技术的革新，创立新型的育种理论和体系。