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遗传多样性的分子检测

DNA的差异。
RAPD
局限性: ①它呈显性遗传标记(极少数共显性),不能有效区分杂合子 和纯合子。 ②易受反应条件的影响,某些情况下,重复性较差,可靠性较
低,对反应的微小变化十分敏感。如聚合酶的来源,DNA不同
提取方法,Mg2+离子浓度等都需要严格控制。
扩增片段长度多态性(AFLP)标记
AFLP是1993年荷兰科学家Zbaeau和Vos发展起来的一种检 测DNA多态性的新方法。
的变异称为多样性。随着孟德尔遗传定律的重新发现,摩 尔根染色体遗传学及后来发展的细胞遗传学的诞生为群体 遗传理论的发现奠定了基础并提供了科学的实验依据,充 分证实了自然界中确实存在大量的遗传变异。
随着生物学理论和技术的不断进步,以及实验条件和方
法的不断改进,检测遗传多样性的方法日益成熟和多样化,
可以从不同的角度和层次来揭示物种的变异。 遗传标记( genetic markers )的发展经历了形态学标记 ( morphological markers ) 、 细 胞 学 标 记 ( cytological markers )、生物化学标记( biochemical markers )和分 子标记(molecular markers)4各阶段。
DNA的质量影响酶切、连接扩增反应的顺利进行。
AFLP技术的应用:AFLP具有可靠性好,重复性强,可信度高
等优点,近年来广泛应用于遗传育种研究,在动物遗传育种、
动物基因组研究中有着广泛的应用前景,如: ① 构建遗传连锁图谱; ② 利用AFLP快速鉴别与目的基因紧密连锁的分子标记; ③ AFLP辅助的轮回选择育种;
EST作为表达基因所在区域的分子标签因编码DNA 序列高度
保守而具有自身的特殊性质,与来自非表达序列的标记(如AFLP、 RAPD、SSR 等) 相比更可能穿越家系与种的限制,因此EST标 记在亲缘关系较远的物种间比较基因组连锁图和比较质量性状信 息是特别有用。同样,对于一个DNA 序列缺乏的目标物种,来
随机扩增多态性DNA(RAPD)标记 RAPD技术是由Williams和Welsh领导的两个小组同 时提出的,Williams称之为RAPD,Welsh称之为APPCR。 它是利用一个随机序列的寡核苷酸引物,通常为10 个核苷酸,以基因组DNA作为模板进行PCR扩增反应, 经琼脂糖凝胶电泳来检测DNA序列的多态性。
根据重复单元的构成与分布,微卫星被分为3类:
① 单纯(pure)SSR:指由单一的重复单元所组成的序列,如
(AT) n;
② 复合(compound)SSR:是由2个或多个重复单元组成的
序列,如(GT)n(AT)m; ③ 间隔(interrupted)SSR:在重复序列中有其它核苷酸夹杂 其中,如(GT)nGG(GT)m。
EST构建的技术路线: ① 提取样品的总RNA或带有polyA的mRNA ② 构建cDNA,随机挑取大量克隆进行 ③ EST测序
④ 对测得的EST进行组装、拼接
⑤ 对网上已有的EST数据库进行同源性比较 ⑥ 确定EST代表的是已知基因还是未知基因 ⑦ 对基因进行定位、结构、功能检测分析
EST的应用:
单核苷酸多态性(SNP)标记
SNP全称Single Nucleotide Polymorphisms,是指在基因组
上单个核苷酸的变异形成的遗传标记,其数量很多,多态性
丰富。 从理论上来看每一个SNP 位点都可以有4 种不同的变异形式, 但实际上发生的只有两种,即转换和颠换,二者之比为1 :2。 SNP 在CG序列上出现最为频繁,而且多是C转换为T ,原因是
AFLP 是RFLP与PCR相结合的产物,其基本原理是先利用限
制性内切酶水解基因组DNA产生不同大小的DNA片段,再使双 链人工接头的酶切片段相边接,作为扩增反应的模板DNA,然 后以人工接头的互补链为引物进行预扩增,最后在接头互补链 的基础上添加1-3个选择性核苷酸作引物对模板DNA基因再进行
选择性扩增,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离检测获得的DNA扩
微卫星标记的基本原理:
根据微卫星序列两端互补序列设计引物,通过PCR反应扩增
微卫星片段,由于核心序列串联重复数目不同,因而能够用 PCR的方法扩增出不同长度的PCR产物,将扩增产物进行凝胶 电泳,根据分离片段的大小决定基因型并计算等位基因频率。
SSR标记
优点: ①一般检测到的是一个单一的多等位基因位点; ②微卫星呈共显性遗传,故可鉴别杂合子和纯合子; ③所需DNA量少。 缺点: ①微卫星引物的通用性还不够高,一个物种的特异微卫星引物
遗传多样性的表现层次 遗传多样性的表现形式是多层次的,可以从形 态特征、细胞学特征、生理特征、基因位点及 DNA序列等不同的方面来体现,其中DNA多样性 是遗传多样性的本质。
遗传多样性的研究
对遗传多样性的系统研究始于十九世纪,达尔文在《物 种起源》中用大量资料和证据揭示出生物中普遍存在的变
异现象,并发现大部分变异有遗传现象,他把这种可遗传
源于其他物种的EST也能用于该物种有益基因的遗传作图,加速
物种间相关信息的迅速转化。
EST作用具体表现在:
① 用于构建基因组的遗传图谱与物理图谱; ② 作为探针用于放射性杂交; ③ 用于定位克隆; ④ 借以寻找新的基因; ⑤ 作为分子标记; ⑥ 用于研究生物群体多态性;
⑦ 用于研究基因的功能;
⑧ 有助于药物的开发、品种的改良; ⑨ 促进基因芯片的发展等方面。
根据依赖的技术手段的不同,DNA分子标记可分为3大类:
第一类是以杂交技术为基础的分子标记,如限制性片段长度多
态性(RFLP)标记、数目可变串联重复多态性(VNTR)标记; 第二类是基于PCR技术为基础的分子标记,如随机扩增多态性 DNA(RAPD)标记、任意RCP(AP-PCR)标记、DNA指纹 (DAF)标记、序列特征化扩增区域(SCAR)标记、扩增片段
第三章 遗传多样性的分子检测
遗传多样性的概念
遗传多样性(genetic diversity)是生物多样性的重要组
成部分,是生态系统多样性和物种多样性的基础,任何物
种都有其独特的基因库或遗传组织形式。 广义的遗传多样性是指地球上所有生物携带的遗传信息 的总和,但通常所说的遗传多样性是指种内的遗传多样性, 即种内不同种群之间或一个种群内不同个体的遗传变异。
RFLP标记特点:呈孟德尔遗传,不受环境影响;RFLP标记等位
基因之间呈共显性;非等位的RFLP标记之间不存在上位效应及
其它形式的基因互作;结果稳定可靠,重复性好。 RFLP标记的缺点:分析程序复杂,技术难度大,费时,成本高, 需要适合的探针和放射性同位素,而且每次反应需要的DNA量较 大,多态性位点数目有限,所以应用受一定的限制。
分辨能力。
AFLP分子标记的特点
③ 可靠性好,重复性高。AFLP分析采用特定引物扩增,退火
温度高,使假阳性降低,可靠性增高。AFLP标记在后代中 的遗传和分离中遵守孟德尔定律;种群中的AFLP标记位点 遵循Hardy-Weinberg平衡。 ④ 对DNA模板质量要求高,对其浓度变化不敏感。AFLP反应 对模板浓度要求不高,在浓度相差1000倍的范围内仍可得到 基本一致的结果。但该反应对模板DNA的质量要求较为严格,
品种、品系乃至无性系间的差异。
DNA标记的优越性
①较高的可靠性,直接以DAN的形式表现,不受环境因素、取样 部位和发育阶段的影响,不存在基因表达与否的问题; ②数量多,遍及整个基因组; ③多态性高,自然存在着许多变异; ④表现为“中性”,不影响目的基因的表达,与不良性状无必然 的连锁; ⑤有许多分子标记表现为共显性,能够鉴别纯合基因型与杂合基 因型。
DNA分子标记
广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。 狭义的分子标记是指以DNA多态性为基础的遗传标记。 形态学标记、细胞学标记和同工酶标记都是基因表达的结果,
是对基因的间接反映,标记数目有限、多态性差。
DNA分子标记是以个体间核苷酸序列差异为基础的遗传标记,
是DNA水平上遗传变异的直接反映,能更准确的揭示种、变种、
RAPD
优点:
1)不需要了解研究对象基因组的任何序列,只需很少纯度不高的模板,就可
以检测出大量的信息。 2)无需专门设计反应引物,随机设计长度为8-10个碱基的核苷酸序列就可应
用。
3)操作简便,不涉及分子杂交、放射自显影等技术。 4)需要很少的DNA样本。
5)不受环境、发育、数量性状遗传等的影响,能够客观地提示供试材料之间
SNP的特性 ① SNP数量多,分布广泛 ② SNP适于快速、规模化筛查 ③ SNP等位基因的频率容易估计 ④ 易于基因分型
从对生物的遗传性状的影响上来看,cSNP又可分为2种: ① 同义cSNP(synonymous cSNP),即SNP所致的编码序列的改
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
突变碱基的含义相同;
② 同义cSNP(non-synonymous cSNP),指碱基序列的改变可使
以其为蓝本翻译的蛋白质序列发生改变,从而影响了蛋白质 的功能。这种改变常是导致生物性状改变的直接原因。 cSNP中约有一半为非同义cSNP。
④ 利用AFLP技术研究基因表达与调控;
⑤ 分类和进化研究; ⑥ 甲基化研究,等。
微卫星标记
微卫星标记(microsatellite),又称为短串联重复序列
(simple tandem repeats,STRs)或简单重复序列(simple
sequence repeats),是均匀分布于真核生物基因组中的简单 重复序列,由2~6个核苷酸的串联重复片段构成,由于重复单 位的重复次数在个体间呈高度变异性并且数量丰富,因此微卫 星标记的应用非常广泛。
CG中的C 常为甲基化的,自发地脱氨后即成为胸腺嘧啶。
一般而言,SNP 是指变异频率大于1 %的单核苷酸变异。
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