保护生物学 - 05遗传多样性及保护

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遗传多样性分析与评价
遗传多样性的来源
1.突变： 染色体变异，有缺失、重复、倒位、易位、等结构变异和染色体整倍体 变异、非整倍体变异等数目变异。 基因突变：自发突变和诱发突变；有碱基替换、移码突变、缺失突变。 2. 遗传重组：遗传物质重排，形成新的变异。类型有同源重组、位点专 一重组、转座重组、异常重组（复制重组）。 3. 选择压力：增加有利基因对环境的适应性进化，如存活力、抗病力、 生理耐受力、取食能力、生殖力、交配陈功率、竞争和种群行为等因素。 4. 基因流：个体在种群间移动，使两种群的基因库内的各等位基因的相 对频率改变。 5. 遗传漂变：有限群体内，群体中基因频率出现时代传递的随机性波动。
遗传多样性及其保护
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什么是遗传多样性？
广义的遗传多样性是生物 所携带遗传信息的总和， 包括种间和种内遗传变异。 狭义的遗传多样性是种内的遗传多样性，包括种内和不同 个体间的遗传变异总和。 遗传多样性与生存能力、竞争力和适应能力有关， 遗传多样性反应进化潜力，是生态系统多样性和物种多样 性的基础和核心。 遗传多样性起因于DNA分子水平，但会从转录、翻译水平 影响形态和生理特征从细胞、器官等水平表现出来。
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转基因技术
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基因克隆技术
基因克隆技术：通过无性繁殖产生与原来 生物遗传结构完全相同个体的过程。 1997年，克隆羊Dolly。 前景：器官移植供体、拯救珍稀濒危物种。 克隆技术的负面作用？ 造成物种基因单一，降低种群的遗传多样 性，干扰自然进化历史，加速物种灭绝。
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基因克隆羊-Dolly
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遗传多样性的评价指标
多态位点百分率：种群中等位基因所占的比例。 杂合度：杂合体出现的频率评价遗传多样性。
h= Pi为某一第i个等位基因频率， k为该座位上等位基因的数目， r为所检测的座位数， h为群体中某座位的杂合度， H为群体平均杂合度。
i
多态信息含量（PIC）：直接翻译遗传标记中所包含或所能 提供的遗传信息容量。它是一个亲本为杂合子，另一亲本为不 同基因型的概率。
生物技术与遗传多样性保护
转基因技术 克隆技术
低温冷藏技术
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转基因技术
转基因技术：利用重组DNA技术将优良目的基因 导入生物细胞或组织，并在其中进行表达，从而 获得原物种不具有的形状、功能或者丧失某种原 有特性的方法和手段。 转基因利用基因重组技术打破了物种的种间隔 离，实现种间遗传物质的交换，为形状的遗传改 良提供了新方法。 转基因生物：高产、抗逆、优质、医药领域。 转基因技术的负面作用？ 环境、人类健康领域、遗传多样性影响。
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遗传多样性的意义
追溯物种的进化历史、探索物种进化的潜能
生物群体中的变异大小与其进化速率成正比，结合地球历
史事件分析当今局势，预测将来发展趋势。 制定生物多样性保护措施 遗传变异性高-对环境适应能力强-进化潜力大 遗传变异性低弱小
是保护生物多样性和采取保护措施的基础。
生物资源的保持与利用 保存群体所具有的基因种类及特有的基因组合体系。
PIC =
Pi 、Pj为某一第i和j个等位基因频率， k为等位基因的数目。
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遗传多样性的检测方法
形态学水平
生化水平
染色体水平 线粒体DNA水平
核基因组DNA水平
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遗传多样性的检测方法：形态学水平
形态学或表型性状检测是最古老、最简便的方法
外部形态性状，如毛色、体型、外形、生理特性、
遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
核基因组DNA的检测方法：
单核苷酸多态性（SNP） SNP的检测方法 1.未知单核苷酸突变的检测
单链构象多态性技术 变性高效液相色谱技术 基因芯片 DNA测序 基于生物信息学的SNP筛选
2.已知单核苷酸突变的检测
PCR-RFLP、分子信标法、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、等位基因特 24 异寡核苷酸片段分析（ASO）、突变错配扩增检测（MAMA）等。
核基因组DNA的检测方法：
扩增片段多态性（ALFP）：酶切基因组DNA，形成随机片段，以人工
合成的特异性片段为模板，根据位点设计引物，进行PCR扩增，电泳分离，检 测多态性 优点：多态性丰富；所需DNA 模板量少，效率高；引物在 不同物种间通用；不受环境影响 灵敏度高，稳定性强。 应用：遗传连锁图谱构建、 遗传多样性分析、 群体遗传结构和多样性分析、 物种亲缘关系分析、 19 种质资源鉴定和基因定位等。
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遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
核基因组DNA的检测方法：
微卫星DNA的优点
多态信息含量高，分布广泛且均匀：广泛分布在真核生物基因组中，约占 5%，在内含子、编码区均存在，序列重复多表明多态性高。 呈共显性遗传：能稳定遗传到后代，能区分纯合子和杂合子 保守性高：微卫星DNA侧翼序列在物种间具有一定保守性。 所需DNA量少，易鉴别。 微卫星DNA的应用 个体间亲缘关系、种群遗传分析、遗传病诊断、基因定位等领域。
常见的同工酶：乳酸脱氢酶（EST）、苹果酸脱氢酶
（MDH）、异柠檬酸脱氢酶（IDHP）、超氧化物歧化酶（SOD）等
同工酶方法的优缺点： 优点：遵循孟德尔规律； 呈共显性表达； 操作易行 缺点：蛋白水平的分析； 具时间和发育特异性 非功能基因无法表现。
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遗传多样性的检测方法：染色体水平
体现在染色体数目的丧失
1.奠基者效应：群体基因库来自最初建群的少数个体，初始群体的基因 频率对后代种群的影响较大（新建种群 < 源种群）。 2.瓶颈效应：一个群体的大小骤然减少时，某些基因从基因库中消失， 后来的少数个体发展为大群体。 3.近交：亲缘个体间的交配，使杂合子数量降低，纯合子数量增加，有 害的隐性基因表达，导致近交衰退。 4.杂交：遗传上有明显分化的个体间的 交配：杂交衰退、遗传同化、渐渗杂交。
核外遗传物质 动物细胞：双链环状分子，14-26kb 编码区：22个tRNA, 2个rRNA， 13个参与呼吸链关键复合酶基因 控制区：非编码区，序列和长度变异 最大的区域：突变高，进化快。 母系遗传：母本mtDNA具有同序性 mtDNA排列顺序、tRNA和rRNA进化慢。
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基因组DNA
引物
酶切片段
接头 产物
DNA模板 AFLP检测技术中DNA模板与PCR扩增
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遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
核基因组DNA的检测方法：
微卫星DNA（简单序列重复，SSR）：头尾相连的串联重复序列 检测，如（CA)n(CGA)n、(CACG)n。 分为完全重复型、不完全重复型、复合型 完全重复： CACACACACACACACACA 不完全重复：CACATTCACACATTCATTCA 复合重复： CACACACACAGAGAGAGAGA 因遗传物质复制中DNA滑动或在分裂期染色体不对等交换。 微卫星序列通过改变DNA结构或通过与特异性蛋白质结合发挥 基因调控的作用。
染色体核型：某种生物中染色体的数目、染色体形态特征， 如大小、着丝粒的位置、臂比值，有无随体等，用于区分不同种。 染色体带型：用染料显带技术使染色体显现出的深浅不同的 带纹，用于种间和种下水平亲缘关系的检测。
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遗传多样性的检测方法：线粒体DNA水平
线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）：
线粒体DNA的应用：
应用于物种起源与进化。种群识别物种保护、种内种间亲缘关 系、群体遗传结构及基因流动等方面
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遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
核基因组DNA的检测方法：
限制性片段长度多态性（RFLP）：运用限制性内切酶识别特异 性DNA序列，切割DNA，使片段长度发生变化，进行电泳检测。
抗病性等 表型性状（单主基因决定）和数量性状（多主基 因决定）
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表型可塑性
Flexibility (plasticity) in phenotype based on environmental conditions.
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遗传多样性的检测方法：生化水平
同工酶分析：分析蛋白多态性
同工酶：机体产生的催化同一反应但具不同分子形式的酶。
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遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
核基因组DNA的检测方法：
随机扩增多态性DNA（RAPD）：利用一系列短的寡核苷酸作为 引物，对基因组DNA进行扩增，再进行染色和条带显色，确定DNA 多态性。 应用：物种鉴定、亲缘关系 和系统发育研究等。
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RAPD原理示意图
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遗传多样性的检测方法：核基因组DNA水平
遗传多样性的检测方法：线粒体DNA水平
线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）：
异质mtDNA: 同个体内不同类型的mtDNA 长度异质性：D环区的串联重复-中性选择 位点异质性：核苷酸位点上mtDNA不同-碱基转换、插入或缺失 产生原因： 体细胞中缺乏组蛋白的保护，易突变。 父系渗入现象 mtDNA重组现象
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遗传多样性的检测方法：线粒体DNA水平
线粒体DNA的检测方法：
直接测序法：测定mtDNA的全序列或部分序列，比较差异。如 D-loop区，rRNA、tRNA及蛋白编码基因。 限制性片段长度多态性（RFLP）：运用限制性内切酶识别特异 性DNA序列，切割DNA，使片段长度发生变化，进行电泳检测。 PCR-RFLP：先对mtDNA进行体外扩增，再RFLP检测。
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低温冷藏技术
低温冷藏技术：低温冷冻植物种子、动物精卵、 胚胎和活体组织材料保存物种遗传资源的手段。 超低温条件：液氮，-196度，细胞代谢近乎停止。 国外已经建立野生动物组织、 细胞的深低温保存库: 圣地亚哥、昆明动物所等 建立“冷冻动物园”