发布时间:2020-07-06 20:56 原文链接: 新一代Fluidigm微流体芯片PCR技术在农业中的应用

通过对单核苷酸多态性(SNP)的筛查,对育种分类,鉴定,改良,及进行动植物管理, 为现代农业带来巨大改变。但采用有关方法前, 需要对物种进行大规模的筛选研究。市场上Affymetrix公司提供的芯片可扫描500,000到900,000个SNPs位点而Illumina公司 的BeadChips可扫描300,000到2,500,000 个SNPs位点等,但此等芯片,在高通量样本下成本将变得非常昂贵。遗传学家需要一个高通量,高精确度但成本划算的筛查方法 -Fluidigm公司的微流体芯片应用PCR 原理,进行于鉴别基因变异——单核苷酸多态性(SNP)筛查, 特别适合SNPs位点(约50-300)的快速的大规模样本(样本量达数千以上)的筛选。

我所欲也

美国阿拉斯加渔业局研究主管Jim Seeb和他的妻子Lisa 在大约20年前就采用SNPs作为遗传标记来鉴定三文鱼群体并以此管理捕捞业。在2008年1年中,阿拉斯加基因实验室采用Applied Biosystem的384孔PCR系统对大约30,000条三文鱼进行基因分型。如能对45个SNPs位点进行鉴定,但也产生1,350,000个数据点 (45x30,000), 如使用传统384孔板及单通道PCR, 45块384孔板只能处理384个样本,所有样本需要 78x45块共3516块板和大量试剂!但当他们发现了 Fluidigm 公司的BioMark 系统后,他们可一次检测96个SNP点,将实验质量大大提升,使用极小量试剂和一块BioMark Dynamic Array可一次同时分析96个不同样本的96个SNPs位点(9216个数据)。“这是一种更简易和更少出错的工作流程”Seeb说。现在,该实验室每天在9台Fluidigm的PCR仪上进行16块芯片的实验,每周4天,并计划在2011年对200,000条三文鱼进行基因分型。“没有此项技术,我们根本无法完成这样的任务”渔业局首席遗传学专家Bill Templin说。

- 我所欲也,鱼与牛皆可得也!

2009年的春天, 美国农业部的一位遗传学专家Curt Van Tassell正在寻找一种方法来对世界上每一头奶牛进行基因分型。在过去的10年中,Curt已经研究了数百头重要的奶牛的SNPs,希望找出其对生长速度、产奶产量、奶牛健康、寿命等关系。Curt与美国Illumina公司合作在2007年研发出一种有54,000个SNPs位点的3μm微球芯片,并很快应用该技术于奶牛公牛的筛选。然而,采用该项技术,每头公牛的鉴定成本大约需要150-200美元,须然如此昂贵,但很多的公牛也会接受分子育种检测, 帮助农民估计公牛的价值。为了要把技术推广到每一头奶牛、每个小规模农场甚至是非洲等第三世界国家,该费用还需要大大降低。于是,在2009年春天,当Curt 从一家三文鱼公司和种子基因分型公司那里知道Fluidigm公司基因分型平台后,马上接触Fluidigm公司。然而,Curt要求的是一个足够便宜的工具能用于类似非洲等世界上最穷的农场, 成本需要比Fluidigm公司已有平台更低才可以!为了达到把成本下降到“现在每个数据成本的1/3到1/5”,Fluidigm 公司经过将近1年的努力,终于在2010年7月初,推出世界上第一个可重复使用的微流体芯片。使用可重复使用的芯片,每个数据点的花费大约为<0.02美元。离Fluidigm公司的目标1便士1个数据点的愿望,或许在第二代可重复使用芯片诞生时即可实现。

种子农友的成功基础!

全球首屈一指的农用优质蔬菜种子供应商Enza Zaden公司选用Fluidigm的BioMark™系统和新款96.96动态阵列(Dynamic Array)来确保其种子供应的质量。在全球粮食供应方面,对高产和抗病作物的需求越来越大,因此,市场仍然迫切需要各类优质种子,用来种植味美又营养的蔬菜。不同的土壤特性和气候带会影响作物的生长,我们的地球不再是同一类种子能满足每个人需求的地方了。面对这样的情况,Enza Zaden公司采用基于遗传的标记物辅助筛选技术来选种,并对几十万的种子进行检查,以确保能长出恰好符合人们口味的作物产品,并对合适的品种进行育种,满足每个人的需求。

人类与疾病?

自人类基因组计划在2001年发布后,科学家们尝试通过GWAS研究将SNPs与人类特征与疾病关联起来。尽管花费了大量的经费和时间,然而很多的GWAS研究并不能很好揭示它们之间有紧密的联系。因此,科学家急切需要一种工具去验证某种疾病与SNPs的关联,需要的是一种能快速验证及重复性良好的工具。“如果你正在做大规模的验证实验,你需要最便宜、高质量的结果”,牛津大学维康信托基金会人类遗传中心 (Wellcome Trust Centre for Human Genetics at the University of Oxford) 基因组首席基因组学专家Jiannis Ragoussis说。一些研究机构已经开始使用Fluidigm的芯片进行该项研究,包括美国国家癌症研究所(NCI),他们在进行60个SNP位点、15,000个样本的前列腺癌GWAS后续研究。“该芯片或许能够在更广阔的领域发挥其作用”,Ragoussis补充道。如果研究者们证明了近百个SNP位点,如50-100个,可以为医生提供有用的信息,那么,也许有一天,将会有癌症芯片、糖尿病芯片、心脏病芯片……