DNA序列分析
• 是通过测定基因或基因片段DNA一级结构 中核苷酸序列组成来比较同源分子之间相 互关系的方法.
• 能够精确显示个体间DNA碱基差异. • 可以利用序列分析数据来解析物种进化历
史.一般来说,两个个体所共有的碱基突变越 多,它们之间的亲缘关系越近.
• 线粒体DNA和叶绿体DNA测序在生物进化 历史研究中使用比较普遍,因为是母系遗传, 缺乏重组,分子小,拷贝数高,易于操作并能够 较为容易地追拟个体间的系统发育关系.
基因流
• 是指由于配子或个体的扩散迁移等原因导 致一个种群的基因进入到另一个种群的基 因库,通常使接受这些基因的种群的基因频 率发生改变.基因通常在种内流动,但是,偶尔 会在种间流动,如转基因或种间杂交.
• 扩散或迁移先于基因流,但是不等于基因流, 到达一个新环境中的生物如果不能繁殖,就 不能产生基因流.
限制性片段长度多态性分析技术
(RFLP)
• 用限制性内切酶消化从生物中提取的模板DNA,使 其成为不同长度的DNA片段,再用琼脂糖电泳将这 些片段分离,并转移到硝酸纤维素或尼龙膜上.
• 用专一序列的标记DNA探针在膜上与膜板DNA杂 交,用自显影显色或发光显示与探针同源的DNA片 段.分析其种群内和种群间的差异.
同工酶技术
• 催化同一种反应而结构不同的一簇酶.如果 是等位基因决定的同工酶,又称等位酶.
• 由于同工酶的分子量和电荷有差异,可以利 用凝胶电泳技术将其分开,通过染色和扫描, 利用计算机分析软件进行差异分析.
• 可以根据酶带的变化判断种群内不同个体 间基因位点及等位基因的变异性,也可以比 较不同种群间遗传变异的差别.
• 小卫星DNA指纹技术可以有效检测个体间 亲缘关系.
• DNA序列中存在三种类型：单拷贝序列、 中等程度重复序列和高度重复序列。重复 序列就是一种序列在DNA分子中重复出现 几百次、几千次、几万次甚至百万次，它 们约占DNA总序列的3～4％(人类10%)。每 个重复序列在300个核苷酸长度之内，由于 高度重复序列经超离心后，以卫星带出现 在主要DNA带的邻近处，所以也被称为 “卫星DNA”。卫星DNA中的重复序列单元 则称为“小卫星DNA”。
生物对寒冷的分子水平适应
• 冷休克蛋白与抗冻蛋白:寒冷环境诱导原核生物产 生冷休克蛋白,保护生物不受伤害.诱导昆虫和植物 产生抗冻蛋白,使细胞不产生结晶,保护细胞不受伤 害.
• 膜磷脂的抗冷性:膜磷脂成分的变化可以有效抵抗 低温环境对生物的伤害.增加磷脂的不饱和脂肪酸 比例可以增加膜的流动性,脂肪去饱和酶起重要作 用,低温只是诱导该酶产量增加活性增强.
• 是新兴学科,上个世纪末才作为独立学科被认
可,1992年分子生态学杂志创刊.群体遗传学,生态 遗传学,进化遗传学这三个学科的发展为分子生态 学的建立奠定了基础.
主要依靠的分子生物学技术
• 同工酶电泳技术 • 限制性片段长度多态性分析技术 • 小卫星DNA指纹技术 • 随机扩增多态性DNA技术 • 微卫星DNA分析技术 • DNA序列分析技术
小哺乳动物适应低氧环境的 分子机制
• 低海拔地区的小哺乳动物在模拟高原环境 低氧时,可以诱导出许多低氧靶性基因的高 度表达,进而导致由它们编码的功能蛋白表 型的高度表达.这些蛋白具有血管增生、促 进红细胞生成、加强葡萄糖转运等功能,从 而增强对氧的运输能力和葡萄糖的供给能 力..
种群遗传多样性分析
区带遵循简单的孟德尔遗传方式。后代图
中的每一条带都可以在双亲之一的图中找 到，只有0.004的可能性，使子女中的一条 带不能在其父母中的图中找到(基因自发突 变的结果)。同一个体无病变的不同组织产 生的DNA指纹图完全相同，并能在培养的
细胞株中维持下去。需要说明的是，同卵 双胞胎的DNA指纹图完全相同。
DNA指纹的特点
1.多位点性: 高分辨率的DNA指纹图通常由 15～30 条带组成，看上去就像挂号信上的 条码签一样。DNA指纹区中的绝大多数区 带是独立遗传的。因此，一个DNA指纹探 针能同时检测基因组中数十个位点的变异 性。
2.简单的遗传方式: DNA指纹图中的区带是可 以遗传的，这不同于人的指纹。DNA指纹
• 由于环境在随时变化,种群也要保持丰富的 多样性才能适应这些变化,多样性低的种群 容易发生近交而降低个体和种群的适合度.
• 遗传多样性评估多以种群的基因频率或基 因型频率为基础,所选择的基因座位通常假 定是选择中性的(依据中村假说).
种群的遗传分化
• 组成生物种的各个种群的分化是生物进化的必要 途径.
酯酶同工酶扫描图谱
同工酶电泳技术的局限性
• 因为同工酶是基因表达的产物,受到生物在发育过 程中基因表达的时序控制,所以同一生物在不同发 育期可能表现出不同的同工酶酶谱,同种酶在同一 动物不同组织内的表达也可能不同,因此在研究中 要特别强调所取样本的一致性.
• 只能反映一小部分功能基因(外显子)的情况,而对 大部分功能基因和大量非功能基因无法表现,在比 较种群内或种群间遗传变异时往往多态性较低.
• 现在该方法已经有了明显改进 (扩增限制性 片段长度多态性分析技术).
扩增限制性片段长度多态性 分析技术(AFLP)
• 是PCR技术与限制性片段长度多态性分析 技术的结合,兼具前者的高效性与后者的可 靠性.其缺点仍然是烦琐与放射线标记,目前 也有各种改进办法来改进其缺点,(生物素标 记,酶联免疫方法显色或使用发光底物提高 灵敏度).
• 因为限制性内切酶识别专一的碱基序列,因此DNA 序列的变异会导致酶切位点的消失或增加,使限制 性片段的长度发生变化,从而显示多样性.
限制性片段长度多态性分析技术的 局限性
• 需要大量的实验材料来提取DNA,方能满足 酶切后得到明显谱带的要求.
• 探针用放射性同位素标记有危害,操作烦 琐,DNA多态性检出的灵敏度不高.
DNA指纹技术的应用
• 在刑事案件中的应用 • 在亲子鉴定中的应用 • 空难事故受难者残骸鉴定 • 人种、性别鉴定和人、兽的区分鉴定 • 鉴别双胞胎是异卵双生还是同卵双生
• 操作复杂,应用受限,逐渐被以PCR技术为基 础的分子标记分析技术所取代(随机扩增多 态性DNA技术).
微卫星DNA
• 微50～100bp，又称 为短串联重复序列。广泛分布于基因组中。 其中 富含A-T碱基对。
3.高度变异性: 不同的个体或群体有不同的 DNA指纹图。一般选用任何一种识别四个 碱基的内切酶，这种变异性就能表现出来。 英国遗传学家杰弗里斯对白种人研究表明， 两个随机个体具有完全相同的DNA指纹图 的概率，为三千亿分之一(即3×10-11)。两 个同胞个体具有相同图谱的概率也仅仅为 二百万分之一(即2×10-6)。
• 由于微卫星具有数量多、在基因组内分布均匀、 多态性信息丰富、易于检测等优点被作为优良的 遗传标记而得到广泛应用。
• 由于其突变率很高,不适合用来分析相对久远的进 化事件.
随机扩增多态性DNA技术
(RAPD)
• 是基于PCR技术的分子标记分析技术.
• 用一系列不同的单个人工合成的随机排列 碱基序列寡核苷酸单链(一般10bp)作引物, 对所研究的基因组DNA进行单引物扩增.每 个引物扩增可得到片段大小不等的产物,通 过琼脂糖凝胶电泳分离和放射自显影或酶 反应显色可得到许多不同的条带,从中选择 出特征性条带进行分析.
• PCR技术:聚合酶链反应技术.能快速特异地扩增所希望的目标基因或 DNA片段,使微微克水平的起始物迅速达到微克水平的量,实现了可以 用很微量的DNA进行遗传分析.
小卫星DNA指纹技术
• 同工酶技术和限制性片段长度多态性分析 技术可以较好地检测种群间的遗传差异,但 其表达的多态性较低,难以用于个体识别.在 亲缘关系检测中效果不好.
• 一个种的不同亚种群之间遗传组成产生差异,即在 等位基因频率上产生差异的过程,称为种群的遗传 分化.
• 种群分化的后果是导致新亚种或新物种的形成,物 种形成是生物从量变到质变的关键点.
• 揭示物种分化的基础是了解处于不同小生境的各 个亚种群之间在遗传组成上的差异.
• 许多因素可以促进种群分化,如自然屏障引起的隔 离,距离隔离,交配制度,自然选择,突变,遗传漂变等.
概念与诞生背景
• 分子生态学:分子生物学与生态学的结合,利用分子 生物学技术研究生态学问题.因为生态学范围很广, 因此,分子生态学研究的范围也很广.
• 研究遗传多样性时空变化模式与机制,辨认物种,探 讨物种间亲缘关系,追踪物种扩散历史,了解种群内 个体间亲缘关系和近交程度等等,都属于分子生态 学研究领域.
生物对高温的分子水平适应
• 高温环境可刺激细胞合成一系列进化上高 度保守的蛋白质,称为热休克蛋白.因为缺氧、 缺血、寒冷、饥饿、创伤、感染、中毒等 也能诱导生成该类蛋白,又称应激蛋白.
• 一般认为诱导植物合成应激蛋白的最适温 度比正常生长温度高出10度左右.
植物抗干旱的分子水平适应
• 植物对干旱的抗性是多基因控制的.这些基 因可分为两类:一类是转录因子基因,调控抗 旱基因表达和信号转录,是早期表达基因.另 一类是抗旱功能基因,是晚期表达基因,如脱 水响应基因、水通道蛋白基因、渗透调节 蛋白基因等.
• 技术原理:用特定引物PCR扩增目的DNA序 列, 用不同染剂标记碱基,根据染剂发出的波 长不同,在仪器上读取碱基序列.
单核苷酸多态性分析技术(SNP)
• 单核苷酸多态性是指基因组序列中由于单 个核苷酸的替换而引起的多态性.
• 是检测点突变的分析技术. • 比序列分析简单,费用低,耗时少. • 目前还不成熟的技术,但是发展前景非常好.
• “小卫星DNA”具有高度的可变性，不同个体 彼此不同。但“小卫星DNA”中有一小段序 列则在所有个体中都一样，称为“核心序 列”。如果把核心序列串联起来作为分子 探针，与不同个体的DNA进行分子杂交， 就会呈现出各自特有的杂交图谱，它们与 人的指纹一样，具有专一性和特征性，因 人而异，因此被称作“DNA指纹”.