MaizeSNP50 BeadChip

21 世紀初物種的定序計畫陸續發表，為生物研究立下重要的里程碑。然而 單以參考序列的資訊不能滿足研究者對於分子生物或遺傳學研究的需求，在其研 究上必須實際獲取基因型才可進行基因功能或遺傳的分析，因此需要高可靠性、

有效率、大規模且符合經濟效益的方式偵測個體的基因型（Sapolsky et al.

1999）。基因晶片為因應此需求而發展出的產品，以微陣列（microarray）的方式 將一組欲檢測之分子標記設計於晶片上，並借由螢光與影像技術，進而同步獲取 多個基因型資料。其晶片設計的方式，早期為利用互補 DNA（Complementary deoxyribonucleic acid, cDNA），從 cDNA 基因庫選出目標的序列經 PCR 擴增後 固定於晶片上，進行雜合。其後發展出利用寡核苷酸（oligonucletide）的策略，

省去 cDNA 資源的需求與 PCR 擴增的時間，並且可以更精準的設計目標片 段。Affymetrix 公司以原位合成（in situ synthesised）的方式將寡核苷酸直接製作 於晶片上（Schulze and Downward. 2001）。Illumina 公司則發展出 Bead array 技 術，可在每個小於 3 微米的微圓珠 (bead)上接合數十萬個寡核苷酸序列，形成 一個檢測單一分子標記基因型的信號點，再將微圓珠置於具有微孔的載體上製作

成晶片，提高製程上的彈性（Shen et al. 2005），同時一次實驗所能檢測的總 SNP rate 與 100％ 的再現率（Steemers and Gunderson. 2005）。MaizeSNP50 BeadChip 即為 Illumina 公司在 Bead array 平台上利用 Infinium assay 的產品。 同遺傳資訊的現象。依據 Ganal 等人（2011）的研究報告，MaizeSNP50

BeadChip 的 SNP 位點組成上即符合這兩個要素，其來源分為五個部分：（1）

Panzea 機構所提出玉米第一代單倍型圖譜（First-generation haplotype map of maize）；（2）Syngenta 公司提出由 B73 與 Mo17 品系雜交族群所探勘之 SNP 分子標記，其代表硬稈（Stiff stalk）與非硬稈雜種優勢群的差異；（3）法國農業 研究院（Institut National de la Recherche Agronomique, INRA）比較 B73 與 F2 ESTs 的差異所得之 SNPs；（4）TraitGenetics 公司比較 14 個歐洲與北美玉米品 系桑格定序的資料所得之 SNPs；（5）已公開之玉米 SNPs，蒐集共 839,350 個

SNPs，最後篩選至 56,110 個 SNPs。MaizeSNP50 BeadChip 組成最主要的來源 為 Panzea 的玉米第一代單倍型圖譜，為 Gore 等人（2009）所建立，其利用 NAM（Nested Association Mapping）族群的親本，分別經三組限制酶切後，以 sequencing-by-synthesis （SBS）的方式取得 SNPs，再經連鎖失衡評估建立單倍 型，定義標籤 SNPs（tag SNPs）而得。研究報告中的 NAM 族群為 Yu 等人

（2008）為了提升連鎖分析與關聯性分析效益所建構之雜交族群，其親本包含 16 個熱帶玉米品系與 10 個溫帶玉米品系，具有廣大的遺傳多樣性。而

MaizeSNP50 在降低連鎖失衡的部分，除了單倍型圖譜的 SNP 本身即具有低連 鎖失衡的特性之外，其篩選過程包括除去重複或具有相同毗鄰序列（flanking sequence）的 SNPs，以及轉換成 Infinium assay 平台後的品質篩選。此外，

MaizeSNP50 單倍型圖譜 SNP 篩選過程也比對 Schnable 等人（2009）整理的 filtered gene set ，並除去在基因位置上有重疊 SNPs，在 SNPs 的取捨上以嘌呤 與嘧啶轉換的突變為優先保留。MaizeSNP50 BeadChip 最後的 SNPs 密度約為每 40 Kb 到 50 Kb 有一個分子標記，相比 Remington 等人（2001）以 102 個玉米 自交系評估出連鎖失衡距離約 1 Kb 的實驗結果，此基因晶片應具有較低的連鎖 失衡現象。MaizeSNP50 的實驗團隊以 274 個玉米蒐集系測試此晶片，56,110 個位點中有 49,585 個位點可正常讀取並符合品質標準。在可正常讀取基因型的 49,585 位點中，B73 的 call rate 為 0.9987，而大芻草（teosinte）的 call rate 也 達到 0.9187。表示 MaizeSNP50 晶片應用於大部分的玉米品系時都應至少可得到 約 45,000 個高品質的 SNP 基因型讀值。