单核苷酸多态性理论及应用
SNP的原理以及应用原理
SNP的原理以及应用原理SNP(单核苷酸多态性)的定义SNP (Single Nucleotide Polymorphism)，即单核苷酸多态性，是指基因组中存在的单个核苷酸的位置变异。
这种变异可能是由于单个碱基的替换、插入或删除引起的。
SNP是遗传变异中最常见的形式，也是人类基因组中最常见的遗传变异类型之一。
SNP的原理1.比对参考基因组：首先，SNP的测序团队会将被测个体的DNA样本与一个参考基因组进行比对。
参考基因组是一个代表人类基因组的模型序列。
2.寻找变异位点：接下来，比对结果会被分析软件使用，并寻找与参考基因组不同的位点，即潜在的SNP位点。
3.重测序：对于潜在的SNP位点，需要进行一个额外的步骤来确认该变异是否真的存在。
这个步骤被称为重测序，即对该位点进行多次测序，以保证准确性和可靠性。
4.鉴别基因型：在确认SNP位点后，就需要确定该位点的基因型。
基因型指的是一个SNP位点上两个等位基因的组合方式。
在人类中，一个等位基因可以来自父亲，另一个等位基因可以来自母亲。
5.数据分析：最后，SNP数据需要经过严格的分析以确定每个个体具体的基因型。
这种数据分析需要运用一系列统计学、计算机科学和生物学的方法。
SNP的应用原理SNP作为一种常见的遗传变异类型，具有广泛的应用。
以下是SNP在医学和生物研究中的应用原理的一些例子：1. 疾病相关性研究SNP在疾病的发病机制研究中发挥了重要作用。
通过比较在患病和正常人群中SNP的频率和分布情况，可以找到与某种疾病相关的SNP位点。
这种位点的发现有助于揭示疾病的遗传风险因素，并且为疾病的早期预测、诊断和治疗提供了基础。
2. 药物反应个体化SNP也可以帮助确定特定个体对药物的反应。
通过分析某些药物代谢酶基因上的SNP位点，可以预测一个人对某种药物的敏感性和药代动力学。
这使得医生能够根据个体的基因型来优化药物治疗，从而提高疗效和减少不良反应。
3. 种群遗传学研究SNP可以用于研究不同种群之间的遗传差异。
SNP技术及发展和应用
谢
谢！
基本步骤
第1步：1个特异性的测序引物和单链DNA模板 结合，然后加入酶混合物（包括DNA Polymerase、ATP Sulfurylase、Luciferase 和Apyrase）和底物混合物（包括APS和 Luciferin）。
• 第2步：向反应体系中加入1种dNTP, 如果它刚好能和DNA模板的下一个碱 基配对，则会在DNA 聚合酶的作用 下，添加到测序引物的3‘末端，同 时释放出一个分子的焦磷（PPi）。
HRM的主要原理是根据DNA序列的长度，GC 含量以及碱基互补性差异，应用高分辨率的熔 解曲线对样品进行分析，极高的温度均一性和 温度分辨率使分辨精度达到对单个碱基差异的 区分 序列比对---引物设计--- DNA提取---荧光染料 （EvaGreen 或LC green）PCR ---结果分析。
• 第3步：在ATP硫酸化酶的作用下，生成 的PPi可以和APS结合形成ATP;在荧光 素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧 光素结合形成氧化荧光素，同时产生可 见光。通过CCD光学系统即可获得一个 特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配 的碱基数成正比。
• 第4步：反应体系中剩余的dNTP和残留的 少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。
SNP与耐药性
随着抗生素的广泛应用，耐药现象普遍发生， 院内感染发生率高，这为临床抗感染治疗带来 了极大的困惑，比如结核菌耐药现象、由于细 菌产生超广谱p．内酰胺酶(EsBLs)而对第三代 p内酰胺类抗生素的耐药现象。通过SNP方法， 可筛选到耐药基因，然后进行针对性的用药， 并由此开发出相应的新药，这对于提高疗效和 控制其耐药性的发展有重要意义。
焦磷酸测序法 (Pyrosequencinq )
SNP分子标记的原理及应用解读
检测出来。
等位基因特异核苷酸片段分析( ASO) ，基因芯片和动态等 位基因特异性杂交( DASH) 等。
SNP 的应用
种族遗传学 T a n g 等研究了来自世界五个地区(中国、马来、高加 索、印度和非洲) 人群的MDR1 基因的单倍体和连锁不
平衡特征,发现具有e12/ 1236T2e21/ 2677T2e26/ 3435T
亚型的单倍型m h 5 在非洲人群以外的四种人群中高度
表达,而具有e12/ 1236C2e21/ 2677G2e26/ 3435C 亚型的
特点：由于该方法简单快速，因而被广泛运用于未知 基因突变的检测。这种方法的弊端在于不能确定突 变类型和具体位置。
1.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
原理：是利用长度相同的双链 DNA片段解链温度 不同的原理,通过梯度变性胶将 DNA片段分开的电 泳技术。
2. 等位基因特异 PCR ( AS-PCR)
AB——New Master Mix
定量分析 高灵敏
TaqMan® Gene Expression MasteTaqMan® Genotyping Master Mix
4. 等位基因特异性杂交
等位基因特异性杂(Allele specific hybridization ,ASH) 根据核苷酸探针和互补的目的片段进行杂交，完全匹配和 有错配两种情况下杂交复合体稳定性的不同而将 SNP 位点
单倍型mh7 在非洲人群中占了1/ 3 以上,进一步证明了 种族间的表形差异。
疾病易感性研究 原理：SNPs 被认为是一种稳定遗传的早期突变,与疾病有 着稳定的相关性。当一个遗传标记的频率在患者明显超过 非患者时 ,即表明该标记与疾病关联 ,通过比较分析两者的 单倍型和研究连锁不平衡性 , 可将基因组中任何未知的致 病基因定位。 Horikawa 等应用 SNPs作为遗传标记通过基于连锁不平衡 的相关分析 , 在墨西哥裔美国人群和北欧人群中发现了一 个 DM 易感基因 , 该基因第三个内含子上的 A/ G 多态性 (SNP43) 同2 型糖尿病(2 型DM) 连锁,该位点为纯合子G的 个体患2 型DM 的风险增加,这是目前为止所发现的第一个 与2 型DM 相关的SNP ,预示了SNP 在DM 相关基因研究中 的重要作用。
Y染色体单核苷酸多态性及其在刑事侦查中的应用价值
Ｙ 色体 遗传 标记 的遗传 特点 与 常染色 体遗 染 传 标记有 本质 的区别 。常染 色体 遗传标记 间不存 在 连锁关 系 。 同遗 传 标记 的等 位基 因 间不存 在 不
关联， 在应用 于个 人识别 时 ， 常染 色体 的总 匹配概 率 是各遗 传标 记 的 匹配 概 率 的乘 积 ， 即在 法 医学
方法 可直接从基 因组 Ｄ Ａ中进行Ｓ Ｐ 型。高 效 Ｎ Ｎ 分 荧光 偏 振 法 （ Ｅ Ｐ 、ａ ｍ ｎ 纤 维 光 学 （ｂ ｒｐ Ｈ Ｆ ）Ｔ ｑ ａ 、 ｉ ｆ ｅｏ
实践 中 。 于可 以通 过概 率 累乘 来 计算 常染 色体 由 的总 匹配概率 ． 不需 要无 限地增 加遗传 标记 ， 一定 数量 的遗传 标 记就 可 以满 足 法 医学 检测 的要 求 。
碱基 是 多态 的话 。 么人类 ３ 亿 碱 基 中 当有约 三 那 ０
百万 个Ｓ Ｐ 点 。由此可 见 ，Ｎ 数 比微 卫 星标 记 Ｎ 位 Ｓ Ｐ
特 的 。 同时 ， 这些遗 传标记重组也被 限定在 同一家 系 中 ， 用这 些 复等 位基 因 ， 利 我们 可 以用 来分 析Ｙ
数要 高 出几 个数 量级 。
其次， 以单倍 型存在 的Ｙ 色体基 因组 。 有效 群 染 其 体大小远小于常染 色体 。 易产生人群特异性 的单倍
型
虽然 现 在对 Ｙ 色 体 中的Ｓ Ｐ 究 和报 道 都 染 Ｎ 研
二 、 色 体 单 核 苷 酸 多 态 性 Ｙ染 在 刑 事 侦 查 中 的应 用 ： 泛 性 广
２ １年 第 １ ０１ 期
（ 第 １６ ） 总 １期
吉 林公 安高 等 专 科 学 校 学 报
SNP分子标记的原理及应用解读
SNP分子标记的原理及应用解读SNP（Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多态性）是指个体间在DNA序列中存在的单个碱基差异。
SNP是最常见的遗传变异形式，它在基因组中广泛存在，可以用来研究个体之间的遗传差异。
SNP分子标记技术通过检测SNP位点上的碱基差异，可以用来研究生物个体的遗传相关性、种群结构、物种起源、适应性以及疾病的遗传风险等。
SNP分子标记的原理是基于PCR（聚合酶链反应）技术，在PCR反应中引入荧光标记的引物来扩增感兴趣的SNP位点。
SNP位点上的碱基差异会导致引物与模板DNA序列的匹配性不同，从而影响PCR反应的效率和产物的数量。
这种差异可以通过凝胶电泳或者高通量测序等方法来检测。
1.遗传研究：SNP是人类基因组中最常见的遗传变异形式，可以用来研究个体之间的遗传差异。
通过分析SNP位点上的碱基差异，可以确定个体之间的亲缘关系、种群的遗传结构以及物种的起源演化等。
2.遗传性疾病的研究：SNP位点与许多遗传性疾病之间存在关联。
通过分析SNP位点上的碱基差异，可以确定个体对一些疾病的易感性风险，进而进行早期预防和干预。
3.个体化药物治疗：个体的基因差异可以影响药物的代谢和疗效。
通过分析SNP位点上的碱基差异，可以预测个体对一些药物的反应，进而实现个体化的药物治疗。
4.农业育种：SNP分子标记可用于农作物和家畜等的品种鉴定、个体选择和育种进展的监测等。
通过分析SNP位点上的碱基差异，可以选择具有优良特性的个体进行育种，提高农作物和家畜的产量和品质。
除了以上几个应用领域，SNP分子标记还可以应用于环境研究、种群遗传分析、疾病的诊断和预后、区域起源和扩散等方面。
由于其高度可重复性、高通量性和成本效益等特点，SNP分子标记已成为现代生命科学研究的重要工具之一、随着高通量测序技术的不断发展，SNP分子标记技术还将进一步发展和应用。
snp芯片的原理及应用
SNP芯片的原理及应用1. 引言单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）是基因组中最常见的变异形式，它在人类疾病的研究中起着重要的作用。
SNP芯片是一种高通量基因分型技术，可以用来检测个体基因组中的上万个SNP位点。
本文将介绍SNP芯片的原理以及其在各个领域的应用。
2. SNP芯片的原理SNP芯片是一种将DNA序列多态性引入到DNA芯片上的高通量基因分型工具。
其基本原理如下：1.选择SNP位点：根据研究目的和基因组数据库的数据，选择与感兴趣的生物学过程或疾病相关的SNP位点。
2.设计引物：根据选择的SNP位点序列设计引物，通常采用探针杂交的方式。
引物的设计需要考虑SNP的位点和碱基对应情况。
3.制备芯片：将设计好的引物固定在芯片表面上，并将每个SNP位点的引物排列成阵列状，以便同时检测多个SNP位点。
4.样品准备：从被检测的个体中提取DNA样品，并使用PCR扩增目标SNP位点的DNA片段。
5.杂交：将扩增好的DNA样品加入到芯片上，利用引物与样品中相应DNA片段的互补序列形成特异性的杂交。
6.洗涤：通过洗涤过程去除未结合的DNA片段，使只有与芯片上相应引物杂交的DNA片段留在芯片上。
7.形成芯片图像：利用特定的扫描仪扫描芯片，根据芯片上不同位置的荧光信号强度来分析每个SNP位点上的基因型。
3. SNP芯片的应用SNP芯片在各个领域的应用非常广泛，下面列举了几个典型的应用示例：3.1. 人类遗传疾病研究SNP芯片在人类遗传疾病研究中发挥着重要作用。
通过比较病例组和对照组的SNP芯片数据，可以发现与疾病相关的SNP位点，进而研究疾病的致病机制和发展规律。
例如，在癌症研究中，SNP芯片常用于寻找与癌症发生和进展相关的遗传变异。
3.2. 农业育种SNP芯片在农业育种中的应用越来越广泛。
农业科学家可以利用SNP芯片分析大量的植物或动物个体，筛选出具有优良基因型的品种或个体，从而加快优质农产品的培育速度。
基于SNP的连锁不平衡分析
D’=0, r2=0
药物基因组学教研室
D’=1, r2=1
药物基因组学教研室
D’=0, r2=0.33
药物基因组学教研室
（二）影响LD的因素 （二）影响LD的因素
6 遗传漂变：群体较小，导致群体中基因频率随机波动 的现象称为遗传漂变。 一般认为：群体越小，漂变效应越大→ LD程度↑。 6 “奠基者效应”：是一种剧烈的漂变；指一个小群体从 一个大群体中分离出来，并逐渐发展壮大的现象。 “奠基者效应” → LD程度↑ 6 人口增长：人口增长会降低遗传漂变，LD强度减弱。 群体的增长→LD程度↓； 群体的再分→LD程度↑（“奠基者效应”）。
AC、AT、GC、GT
药物基因组学教研室
LD存在，实际上只存在少数几个常见的单体型：
6 例如，在一段含有6个SNPs区域中，理论上应有26=64 种单体型, 实际上只有3种常见的单体型(频率90%)。 6 对1和2: 4种单体型中实际只有AC和GT是常见的。
1 2 3 4 5 6 …A…C…A…T…G…T …A…C…C…G…C…T …G…T…C…G…G…A … 其 他 …
1. 基于LD 的关联分析原理
比较遗传标记差异：
患者-正常人
致病基因-遗传标记 强 LD
致病基因在疾病 发生中相对危险度
药物基因组学教研室
基于SNP的LD分析原理
SNP1(A/G) 强 LD
当SNP1A与 疾病易患性有关 观察到 SNP2C频率 患病群体高于对照群体
SNP2(C/T)
等位基因A: 与该疾病相关 单体型AC: 确定了与疾病相关的风险因子
药物基因组学教研室
3. SNPs的基因型
5 人体除性染色体外，每个染色体都有两份，个体所 拥有的一对等位基因的类型称作基因型。 5 例如，一SNPs(A/G)，则个体在该位点的基因型则：
SNP检测原理和应用
SNP的应用
1. 确定基因多态性和疾病的关系 2. 解释个体间的表型差异对疾病的易感程度 3. 对未来疾病做出诊断 4. 研究不同基因型个体对药物反应的差异，指导药物开 发及临床合理用药 5. 个体间SNP千差万别，通过SNP检测等技术进行法医 鉴定及个体识别
基因组制“物理图”、“序列图”和“转录图” 将SNPs 与人类基因组序列、物理和遗传图谱结合起来以 期在序列变异、疾病关联基因、种族遗传和基因组扫描等 方面作出进一步研究。 1998年，SNPs图谱，2227 个SNPs 定位和作图。 2001年，124万个SNPs的图谱。 目前超过500万个SNP位点，图谱未知。
疾病易感性研究中的应用
原理：SNPs被认为是一种稳定遗传的早期突变，与疾病 有着稳定的相关性。当一个遗传标记的频率在患者明显超 过非患者时，即表明该标记与疾病关联，通过比较分析两 者的单倍型和研究连锁不平衡性，可将基因组中任何未知 的致病基因定位。
Horikawa 等，应用SNPs作为遗传标记通过基于连锁不 平衡的相关分析，在墨西哥裔美国人群和北欧人群中发现 了一个糖尿病易感基因———钙离子中性蛋白酶基因 (CAPN10基因)，该基因第三个内含子上的A/G多态性 (SNP43) 同2型糖尿病(2型DM) 连锁,该位点为纯合子G 的个体患2型DM 的风险增加，这是目前为止所发现的第 一个与2型DM相关的SNP，预示了SNP在DM相关基因研 究中的重要作用。
连锁不平衡性分析
原理：首先确定一批按一定间隔存在、覆盖整个基因组的 SNP标记，然后在特定群体中寻找这些SNP 标记与待研 究特征之间的关系，即确定与特征相关的SNP基因型，从 而确定导致生物出现特定性状的基因组区域。
Martin 等，为阿尔茨海默症(Alzheimer disease，AD) 的候选基因ApoE附近的SNP制图，在ApoE周围1.5Mb 的区域内为60个SNP分型，并通过家系连锁分析，在 ApoE基因两侧各40kb的区域内13个SNP中发现有7个连 锁，已有有力证据表明这7个SNP以及ApoE基因周围 16kb内另外两个SNP与AD连锁。
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• To understand the process of dog diversification better, we conducted an extensive genome-wide survey of more than 48,000 single nucleotide polymorphisms in dogs and their wild progenitor, the grey wolf. Here we show that dog breeds share a higher proportion of multi-locus haplotypes unique to grey wolves from the Middle East, indicating that they are a dominant source of genetic diversity for dogs rather than wolves from east Asia, as suggested by mitochondrial DNA sequence data. Furthermore, we find a surprising correspondence between genetic and phenotypic/functional breed groupings but there are exceptions that suggest phenotypic diversification depended in part on the repeated crossing of individuals with novel phenotypes. Our results show that Middle Eastern wolves were a critical source of genome diversity, although interbreeding with local wolf populations clearly occurred elsewhere in the early history of specific lineages. More recently, the evolution of modern dog breeds seems to have been an iterative process that drew on a limited genetic toolkit to create remarkable phenotypic diversity.
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分子信标技术
• 分子信标是一种新型的发卡结构的 寡核苷酸探针,是在样品PCR过程中 因和样品DNA 杂交后而使自身荧光 构象改变从而实现对SNP的检测。
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焦磷酸测序法
• 四种酶催化同一反应体系中的酶级联 反应，包括DNA 聚合酶、ATP 硫酸 化酶(ATP sulfurylase) 、荧光素酶 (luciferase) 和三磷酸腺苷双磷酸酶 ( apyrase) 。 • 原理：DNA 聚合酶在一种dNTP的存 在下进行引物延伸反应,而引物的成 功延伸将伴随焦磷酸的释放,焦磷酸 在荧光素酶的存在下能引一种发化学 发光反应,通过发光计的实时监测来 达到检测的目的。
单核苷酸多态性 SNP 理 论 及 应 用
1
Contents
• 1. • 2. • 3. • 4. • 5. SNP概述 常用SNP检测技术 SNP的应用 科研进展 存在的问题
2
SNP概述
有的人吸烟喝酒却长寿，也有人自幼就病痛缠身；同 一种治疗肿瘤的药物对一些人非常有效，对另一些人则 完全无效。这是为什么？答案是他们基因组中存在的差 异。这种差异很多表现为单个碱基上的变异，也就是单 核苷酸的多态性（SNP）。
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基因芯片技术
• 基因芯片技术是 在固相支持介质 上进行分子杂交 和原位荧光检测 的一种高通量 SNP分析方法。
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Taqman技术
• 这种方法也称为核酸外切 酶法(5’-nuclease assay) ,是在PCR过程中 实现等位特异性杂交,而不 需以往等位特异性杂交中 样品PCR后分离及洗涤等步 骤。
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单倍型(Haplotype)
• 在描述SNP时，当前的一致意见是用术 语“ haplotype”（ 单倍型）代替术语 “allele”（ 等位基因）。 • 单倍型的定义为在给定的一条染色体的 紧密连锁的位点上多个等位基因的集合， 通常3-4个相邻等位基因彼此靠近而构成 的单倍型可作为一个整体而遗传（ 称为 单倍型块，haploblock）（ Edwards et al.,2001;Rafaski,2002），见表1。
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SNP概述
SNP的发展历史
通常，基因组DNA序列存在三种类型的天 • 生命世界存在着极其丰富的多样性， 然变异：单个核苷酸替换、一段核苷酸的 这是人类早就认识到但迄今仍在试图 插入或缺失以及卫星 解释的现象。 DNA重复次数的差异 。1994 年，单核苷酸多态性（ Single • 如今，随着分子生物学的不断发展， Nucleotide Polymorphisms简称SNP） 来自分子水平的信息，尤其是海量的 DNA序列数据为人们进一步认识和解 这个术语第一次出现在人类分子遗传杂志 释生命多样性提供了前所未有的机会。 上，随后 Lander(1996)第一次正式提出 SNPs为新一代分子标记。1998-2002年 ，每年召开一次“ “SNPs与复杂基因组 ”国际会议，其宗旨是探讨SNPs在复杂 基因组研究中应用的可能性，其内容包括 方法、应用与伦理。
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什么是SNP
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从理论上来看每一个SNP 位 点都可以有 4 种不同的变异 SNP全称Single Nucleotide 形式 ,但实际上发生的只有两 Polymorphisms ，是指在基 种 ,即转换(为主)：以一种嘧 因组上单个核苷酸的变异 ,包 啶置换另一种嘧啶 CT 或 括置换、颠换、缺失和插入。 一种嘌呤置换另一种嘌呤 一般而言,SNP 是指变异频 A G 和颠换：嘌呤与嘧啶 率大于 1 %的单核苷酸变异。 互换 CG,CG,A1000 T。 在人类基因组中大概每 SNP 在CG序列上出现最为 个碱基就有一个 SNP ,人类 频繁 ,而且多是 C转换为 T ,原 基因组上的 SNP 总量大概是 因是 中的 3 ×CG 106 个C 。 常为甲基化的, 自发地脱氨后即成为胸腺嘧 啶。
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SNP的应用
SNP的应用
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遗传图谱的构建
• Cereon Ginomics公司（2001）公开 的信息指出，在拟南芥的两个生态型序 列中，平均每3.3kb有1个SNP，对这个 拥有130Mb的基因组而言，这种碱基转 换的变异大约为40,000 个SNPs。Cho et al.（1999）用一种抗真菌病基因 Eds16 序列中的237个SNPs 标记在拟 南芥中构建了分辨率为3.5cm 的二等位 基因遗传图谱。这是第一次在二倍体植 物中构建的二等位基因标记的遗传图谱， 它所确立的一系列方法也可用于其他植 物的SNPs遗传图谱构建。在F2代收获 以后，这个二等位基因图谱构建的整个 过程花了不到两天的时间，而要用 ONF8 标记得到同样的结果须花几个月 时间。
SNP的分类
• 根据SNP在基因组中的分布位置可将其分为基因 编码区SNP(cSNP)，基因调控区SNP(pSNP)，基 因间随机非编码区SNP(rSNP)等三类。因为编码 区内的变异率仅占周围序列的1/5，SNP的总量 显著小于其他两类SNP。 • 从对生物遗传性状影响上看，cSNP又可以分为2 种，一种是同义cSNP(synonymous cSNP)，即 SNP所导致的编码序列改变并不影响其所翻译的 蛋白质的氨基酸序列，突变碱基与未突变碱基 含义相同；另一种是非同义cSNP(nonsynonymous cSNP)，指碱基序列的改变可使以 其为蓝本翻译的但标准序列发生改变，从而影 响蛋白质的功能。这种改变通常是导致生物性 状发生改变的直接原因。 • 位于基因调控区的SNP则会影响基因表达量的多 少。
• 通过在南洋楹上采用多路复用的单核苷酸引物延伸技术开发 SNP标记和DNA分型。 • We developed SNPs in Paraserianthes falcataria and arranged them for multiplexed DNA typing using single nucleotide primer extension (SNuPE). Seventeen sequence characterized amplified regions (SCARs) were developed from random amplified polymorphic DNA (RAPD). In 12 SCARs of them, a SNP which possessed high heterozygosity was selected, and three sets of multiplexed SNuPE analysis system with 4 SNPs were constructed. Estimating the discrimination power (DP) revealed that set A had the highest DP (0.968), followed by set B and set C. The ability to discriminate could be almost 100% (1.000 of DP) when all sets were used. This SNuPE system provides a practicable method for individual identification of this forest tree species.
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DNA指纹的确立