单核苷酸变异

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单核苷酸变异(Single Nucleotide Variant,SNV)是基因组中最基本、最常见的变异形式,指在基因组特定位置上发生的单个核苷酸(A、T、C、G)的替换。与结构变异 (SV) 这种“地壳运动”般的大尺度重排不同,SNV 类似于书写中的“拼写错误”。
虽然单个 SNV 的影响可能微乎其微,但它们是人类遗传多样性(如肤色、血型)的主要来源,也是许多遗传病(如镰刀型贫血)和癌症(如 EGFR 突变)的直接致病原因。在生物信息学分析中,SNV 的检测通常依赖于高准确度的二代测序 (NGS) 技术(如 Illumina)。

单核苷酸变异
SNV (点击展开)
基因组的“拼写错误”
变异特征
变异尺度 1 bp
化学分类 转换 (Ti), 颠换 (Tv)
功能影响 错义, 无义, 同义
检测金标准 二代测序 (Illumina)
相关概念
群体概念 SNP (>1% 频率)
体细胞 Somatic Mutation
质量指标 Ti/Tv Ratio (~2.0)
数据库 dbSNP, COSMIC

变异类型:转换与颠换

从化学结构的角度,碱基分为嘌呤(A, G)和嘧啶(C, T)。据此,SNV 被分为两类,其发生频率和生物学意义各不相同。

  • 转换 (Transition, Ti): 同类碱基之间的替换。即 嘌呤$\leftrightarrow$嘌呤 (A$\leftrightarrow$G) 或 嘧啶$\leftrightarrow$嘧啶 (C$\leftrightarrow$T)。由于分子结构变化较小,转换发生的概率通常是颠换的 2 倍。
  • 颠换 (Transversion, Tv): 不同类碱基之间的替换。即 嘌呤$\leftrightarrow$嘧啶 (如 A$\leftrightarrow$C, G$\leftrightarrow$T)。
  • Ti/Tv 比值: 在全基因组测序中,Ti/Tv 比值通常约为 2.0-2.1;在全外显子组中约为 3.0。这不仅是进化特征,也是评估测序数据质量的重要 QC 指标

概念辨析:SNV vs SNP

这两个术语常被混用,但在严格的遗传学语境下有明确界限:

术语 全称 定义标准
SNV Single Nucleotide Variant 广义术语。指任何单碱基的改变,无论其在群体中是否常见。包括罕见的体细胞突变(如癌症中的特有突变)。
SNP Single Nucleotide Polymorphism 狭义术语。指在群体中出现频率 > 1% 的 SNV。通常被认为是“正常”的遗传多态性,常用于 GWAS 研究。

功能影响:从沉默到致死

发生在编码区(Exon)的 SNV 根据其对蛋白质翻译的影响,分为三种主要后果:
同义突变 (Synonymous): 碱基改变但氨基酸不变(密码子简并性)。通常认为是“沉默”的,但有时影响 mRNA 稳定性。
错义突变 (Missense): 碱基改变导致氨基酸改变(如 镰刀型贫血中的 A$\rightarrow$T 导致谷氨酸$\rightarrow$缬氨酸)。这是许多显性遗传病的主因。
无义突变 (Nonsense): 碱基改变提前产生终止密码子 (Stop Codon)。导致蛋白截断(Truncation),通常会导致蛋白功能完全丧失(LOF)。

       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Sherry ST, et al. (2001). dbSNP: the NCBI database of genetic variation. Nucleic Acids Research.
[点评]:介绍了全球最权威的 SNV/SNP 数据库 dbSNP,奠定了变异注释的基础(rsID)。

[2] The 1000 Genomes Project Consortium. (2015). A global reference for human genetic variation. Nature.
[点评]:里程碑项目。通过对 2500 多人的全基因组测序,系统性地鉴定了人类基因组中超过 8000 万个 SNV。

[3] Tate JG, et al. (2019). COSMIC: the Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer. Nucleic Acids Research.
[点评]:专注于癌症体细胞突变(Somatic SNV)的数据库,是肿瘤精准医疗的重要参考。

           基因变异分类 · 知识图谱
变异尺度 SNV (1bp) • Indel (<50bp) • 结构变异 (>50bp)
检测技术 WES (全外显子) • WGS (全基因组) • 基因芯片 (SNP Array)
临床应用 靶向治疗 (如 EGFR) • 遗传病诊断 • 药物基因组