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什麽是分子標記?

分子標記是繼形態標記、細胞標記和生化標記之後發展起來的壹種理想的遺傳標記形式。它是基於蛋白質和核酸分子的突變來檢測生物的遺傳結構及其變異。分子標記技術本質上是通過檢測生物個體的基因或基因型的變異來反映生物個體之間的差異。每種分子標記都有自己的特點和具體的應用範圍,但總的來說,與形態學標記和生化標記相比,DNA分子標記有許多獨特的優勢:①不受組織類型和發育階段的影響。植物的任何組織都可以用於任何發育階段的分析。②不受環境影響。因為環境只影響基因表達(轉錄和翻譯),而不改變基因結構,也就是DNA的核苷酸序列。③標記數量多,覆蓋全基因組。④多態性高,自然等位變異多。⑤許多標記是* * *顯性的,可以區分純合基因型和雜合基因型,提供完整的遺傳信息。⑥DNA分子標記技術簡單、快速、易於自動化。⑦提取的DNA樣本在合適的條件下可以長期保存,非常有利於溯源或仲裁鑒定。因此,DNA分子標記可以彌補和克服形態鑒定、同工酶和蛋白質電泳鑒定中的許多缺陷和問題,從而在品種鑒定中顯示出廣闊的應用前景。

1.1 ?1代分子標記

1.1.1 ?RFLP標簽技術。

Botesin在1980提出的限制性片段長度多態性(RFLP)可作為遺傳標記,開創了DNA多態性直接應用的新階段,是最早的分子標記技術。RFLP是檢測限制性內切酶消化後形成的特定DNA片段的大小,反映DNA分子上不同限制性位點的分布。因此,DNA序列的微小變化,甚至是65,438+0個核苷酸的變化,也能引起限制性內切酶切割位點的丟失或產生,導致限制性內切酶片段長度的變化。

優點:RFLP標記的等位基因具有* * *顯性的特點,結果穩定可靠,重復性好,特別適合構建遺傳連鎖圖譜。

缺點:在RFLP分析中,需要該位點的DNA片段作為探針,放射性同位素和核酸雜交技術既不安全也不容易自動化。此外,RFLP對DNA多態性檢測不敏感,在RFLP連鎖圖上有許多大的空間區域。

1.1.2 ?RAPD標記技術。

為了克服RFLP技術的缺點,Williams在1990建立了隨機擴增多態性DNA (RAPD)技術。由於其獨特的檢測DNA多態性的方式,RAPD技術迅速滲透到基因研究的各個領域。RAPD是壹種基於PCR的分子標記技術。基本原理是用壹個隨機引物(8 ~ 10堿基)通過PCR反應隨機擴增DNA片段,然後用凝膠電泳分離擴增片段,研究DNA多態性。對於任何特定的引物,在基因組DNA序列中都有其特定的結合位點。壹旦基因組在這些區域有DNA片段插入、缺失或堿基突變,這些特異性結合位點的分布就可能發生變化,從而導致擴增產物的數量和大小發生變化,表現出多態性。

優點:與RFLP相比,RAPD技術簡單,檢測快速,DNA消耗少,實驗設備簡單,無需DNA探針,設計引物時無需預克隆、標記或序列分析,不受物種特異性和基因組結構的影響。壹套合成的引物可用於不同生物的基因組分析,壹條引物可擴增多個片段,不需要同位素,安全性好。

缺點:當然RAPD技術受多種因素影響,實驗的穩定性和重復性較差。首先是顯性遺傳,不能識別雜合子位點,使得遺傳分析相對復雜。在基因作圖和連鎖遺傳作圖中,由於顯性覆蓋,計算基因座間遺傳距離的準確性屬於特異性和基因組結構。壹套引物可以用於不同生物的基因組分析,壹條引物可以擴增多個片段,而且不需要同位素,安全。當然,RAPD技術受多種因素影響,實驗的穩定性和可重復性較差。首先是顯性遺傳,不能識別雜合子位點,使得遺傳分析相對復雜。在進行基因作圖和連鎖遺傳作圖時,由於顯性覆蓋,計算基因座間遺傳距離的準確性會降低。其次,RAPD對反應條件非常敏感,包括模板濃度和Mg2+濃度,因此實驗的可重復性較差。

1.3 ?AFLP標記技術

?擴增片段長度多態性(AFLP)又稱選擇性限制性片段擴增2 (SRFA),由荷蘭KEYGENE公司的Zabean和Vos於1993年發明,並已申請專利。AFLP是近年來發展迅速的壹種分子標記技術。它將基因組DNA經成對限制性內切酶消化後的片段與壹個接頭(與限制性位點互補)連接起來,通過5’端與接頭互補的半特異性引物擴增大量DNA片段,從而形成指紋的分子標記技術。AFLP指紋是孟德爾顯性和隱性遺傳。

優點:兼有RAPD和RFLP的優點,穩定性高。用少量的選擇性引物可以在短時間內檢測到大量的基因座,每對引物檢測到的許多基因座或多或少隨機分布在多條染色體上。每條染色體上AFLP標記的數量與染色體長度呈正相關(r = 0。501),而壹對引物涉及的染色體數與標記數呈正相關(r = 0。因此,可以通過少量高效的引物組合獲得覆蓋全基因組的AFLP標記。目前,AFLP作為壹種高效的指紋技術,在遺傳育種研究中發揮了其優勢。

缺點:但也有研究認為AFLP對基因組純度和反應條件要求較高。此外,當用於遺傳作圖時,少數標記與圖譜的緊密度不同。此外,基於RAPD和RFLP技術,建立了scar(序列表征擴增區)、caps(裂解擴增多態性序列)和daf (DNA am 2擴增指紋)。這些技術的出現,進壹步豐富和完善了1代分子標記技術,增加了人們對DNA多態性的研究手段。

1.2 ?第二代分子標記

2.1 ?SSR標記技術。

真核生物基因組中存在許多非編碼重復序列,如重復單元長度為15 ~ 65個核苷酸的微衛星DNA(重復單元長度為2 ~ 6個核苷酸的小衛星DNA。微衛星和微衛星DNA分布在全基因組的不同位點。由於重復單元的大小和順序不同,拷貝數也不同,構成了豐富的長度多態性。摩爾在1991年結合PCR技術創立了SSR(簡單序列重復)標記技術。SSR又稱微衛星DNA,是壹種由若幹個模體(多為1 ~ 5)串聯重復組成的DNA序列,其中最常見的是二核苷酸重復序列,即(CA) n和(TG) N,每個微衛星DNA的核心序列結構相同,重復單元數為10 ~ 60,其高度多態性主要來源於串聯的數目。不同遺傳物質的重復次數不同導致SSR長度的高度變異性,這是SSR標記的基礎。SSR標記的基本原理:根據微衛星重復序列兩端的特定短序列設計引物,通過PCR反應擴增微衛星片段。由於核心序列重復次數不同,擴增出不同長度的PCR產物,是檢測DNA多態性的有效方法。微衛星序列具有高度多態性,在群體中具有* * *顯性,是壹種很好的分子標記。目前,微衛星標記已被用於構建人類、小鼠、大鼠、水稻、小麥、玉米等物種的染色體遺傳圖譜。

優點:這些微衛星標記已廣泛應用於基因定位與克隆、疾病診斷、遺傳分析或品種鑒定、作物育種、進化研究等領域。此外,SSR標記不僅可以鑒別純合子和雜合子,而且結果更加可靠,方法簡單,省時省力。

2.2 ?ISSR標記技術。

ISSR是壹種新的分子標記技術。1994年,Zietkiewicz發展了SSR技術,建立了錨定微衛星寡核苷酸技術。他們使用錨定的微衛星寡核苷酸作為引物,即在SSR的5’端或3’端添加2 ~ 4個隨機選擇的核苷酸,可以引起特定位點的退火,從而導致與錨定引物互補的重復序列之間基因組片段的PCR擴增。這種標記也被稱為ISSR

序列重復)、assr(錨定簡單序列重復)或AMP2PCR。在使用的雙翼引物中,壹個可以是ASSR引物,另壹個可以是隨機引物。如果壹個是5’端有錨的ASSR引物,另壹個是隨機引物,稱為RAMP技術[19]。ISSR2PCR擴增使用的引物通常是16 ~ 18堿基序列,由1 ~ 4堿基串聯重復序列和幾個非重復錨定堿基組成,從而保證引物與基因組DNA中SSR的5’或3’末端結合,通過PCR反應擴增SSR之間的DNA片段。

優點:SSR在真核生物中的分布非常普遍,進化和突變的速度非常快,所以錨定引物的ISSR2PCR可以檢測基因組中很多位點的差異。與SSR-2 PCR相比,ISSR-2 PCR使用的引物不需要事先進行DNA測序,這也是為什麽有些ISSR引物在特定的基因組DNA中可能沒有配對區域,沒有擴增產物,通常是顯性標記,孟德爾遺傳,具有良好的穩定性和多態性。

1.3 ?第三代分子標記

3.1 ?SNP標記技術。

單核苷酸多態性(單核苷酸?多態性,SNP)被稱為第三代DNA分子標記,是指同壹位點不同等位基因之間單個核苷酸的差異,包括單個堿基的缺失或插入,更常見的是單個核苷酸的取代,常發生在嘌呤堿基(A和G)和嘧啶堿基(C和T)之間。SNP標記可以幫助區分兩個個體之間遺傳物質的差異,被認為是最有前途的遺傳標記。目前,已經在人類染色體上定位了2 000多個標記,在擬南芥中開發了236個SNP標記。大約30%的SNP標記含有限制性位點的多態性。

優點:檢測SNP最好的方法是DNA芯片技術。最新報道的微芯片電泳可以高速檢測臨床樣本中的SNP,比毛細管電泳和平板電泳分別快10和50倍。SNP與1代的RFLP和2代的SSR有兩方面的不同:壹是SNP不再以DNA片段的長度變化作為檢測手段,而是直接以序列變異作為標記;其次,SNP標記分析完全拋棄了經典的凝膠電泳,取而代之的是最新的DNA芯片技術。

3.2 ?EST標記技術。

表達序列標簽(EST)是由美國國立衛生研究院(NIH)的生物學家Venter在1991中提出的。隨著人類基因組計劃的開展,EST技術被廣泛應用於發現新的人類基因、繪制人類基因組圖譜和識別基因組序列編碼區等研究領域,進而被廣泛應用於植物基因組研究。EST是指在不同組織的cDNA文庫中隨機克隆測序,獲得部分cDNA序列。壹個EST對應於某個mRNA的cDNA克隆序列,長度壹般為150 ~ 500 bp,只包含基因編碼區。

優點:EST可以代表壹個生物體在某壹時刻的壹個表達基因,因此被稱為“表達序列鑒定”;然而,ESTs的數量顯示了它所代表的基因的拷貝數。壹個基因表達的次數越多,它的cDNA克隆就越多。因此,通過對cDNA克隆進行測序和分析,可以知道基因的表達豐度。目前壹般采用試劑盒來構建cDNA文庫,DNA測序技術的快速發展使得進壹步降低大規模DNA測序的成本成為可能。

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