分子标记技术
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广义上，是指可遗传并可检测的 DNA序列或蛋白质 • 从狭义上，是指DNA标记，这个界现 在别广泛采纳 • 具有分辨率好和信息量大等优势的分 子遗传标记目前已广泛应用于生物基 因组研究以及生物遗传育种、进化起 源、分类等诸多方面。
1.2DNA分子标记的定义及特征
• 定义：指能反映生物个体或种群间基 因组中某种差异特征的DNA片段，它 直接反映基因组DNA间的差异 • 特征：不受环境和其他因素的影响； 多态性几乎遍布整个基因组；不受基 因表达与否的影响，具有数量丰富、 多态性强及操作简单等特点
• 基于单核苷酸多态性的DNA分子标记 • SNPs（Simple Nucleotide Polymorphisms,单核 苷酸多态性） • 同一位点的不同等位基因之间常常只有一个或几 个核苷酸的差异，从分子水平上单个核苷酸的差 异进行检测具有重要意义 • 检测SNPs方法a.随机扩增DNA（RAPD）法 b.DNA芯片（DNA-chip）检测法
3.3 遗传连锁图谱的构建
• 连锁图谱（linkage map），又称遗传图谱（ genetic map ） 或 遗 传 连 锁 图 谱 （ genetic linkage map），是指基因或DNA分子标记在 染色体上的相对位置 • 绘制遗传连锁图的方法有很多，但是 DNA多 态性技术未开发时，鉴定的连锁图很少，随 着 DNA 多态性的开发，使得可利用的遗传标 志数目迅速扩增
• AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism,扩增片段长度多态性） • AFLP基本原理：对DNA限制性酶切片段进 行选择性扩增 • AFLP指纹呈孟德尔式共显性和显隐性遗传 • AFLP兼具RAPD与RFLP优点，有较高的稳 定性
对PCR扩增片段的限制性酶切来 揭示扩增区段的多态性——CAPS
二 DNA分子标记技术及其应用
• • • • 第一代分子标记技术 第二代分子标记技术 第三代分子标记技术 几种新型分子标记技术
2.1第一代分子标记技术
• 以Southern杂交为核心的分子标记技术 • RFLP标记是最具代表性的一代分子标记技 术，也是最早应用的DNA分子标记技术 • 原理：用已知的限制性内切酶酶解样品 DNA，产生许多大小不等的DNA片段，电 泳分离、Southern印迹转移到硝酸纤维膜上 ，再经同位素或地高辛标记的探针与膜上的 酶切片段分子杂交，放射自显影，显示出不 同材料的多态性图谱
• CAPS（Cleaved Amplified Polymorphic Sequence,放大剪切序列多态性） • CAPS是在RAPD技术的基础上发展起来的 • CAPS标记为共显性遗传 • CAPS标记使用的引物长，因此可重复性高， 比其他利用随机引物的方法在基因定位和作图 中的应用要好
2.3 第三代分子标记技术
RAPD技术原理： 利用随机引物（ 8~10个碱基）通 过PCR反应非定 点地扩增DNA片 段，然后用凝胶 电泳分离扩增片 段来进行DNA多 态性研究
随机引物PCR标记
• ISSR（Inter simple Sequence Repeats,内 部简单重复序列） • ISSR基本原理利用人工合成的16~18个核 苷酸重复序列作为引物，对SSR之间的 DNA片段进行PCR扩增 • ISSR在引物设计上比SSR简单，无需知道 DNA序列就可用引物扩增，还比RFLP、 RAPD、SSR提供的遗传信息更多，但多 数情况下，不能区别一个位点扩增的DNA 片段
3.2 亲缘关系的研究
• 利用DNA分子标记位点的多态性，以 多个标记位点在一定群体中各等位基 因的频率为基础，计算父子关系相对 机会(RCP)来进行血缘鉴定和血缘控 制 • 例：微卫星标记可以应用于中国对虾 的家系鉴定（微卫星标记分析表明4个 微卫星标记可以鉴定95％的后裔，5个 微卫星座位的累积排除率可以达到96 ％以上）
特异引物PCR 标记
限制性酶切片 段的选择性扩 增来显示片段 长度的多态性
对PCR扩增片 段的限制性酶 切来揭示扩增 区段的多态性
RAPD
ISSR
SSR
STS
AFLP
CAPS
随机引物PCR标记
• RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA，DNA随机扩增多态性） • RAPD具有技术简单、检测迅速、灵敏度 高、特异性强、检测容易、DNA样品用量 少的优点，但RAPD为显性遗传，侧你在 共迁移问题，并且重复性较差
@WPS官方微博
@kingsoftwps
特异引物PCR标记
• STS（Sequence tagged Site，序列 标记位点） • STS是将RFLP的标记技术转化为基于 PCR的方法，通过设计一对长度约 20bp的特异引物，对基因组DNA进行 扩增 • STS标记技术，一旦获得引物，就和 RAPD一样简单迅速
限制性酶切片段的选择性扩增来显 示片段长度的多态性——AFLP
RFLP标记技术的特点
• RFLP标记呈现共显性遗传 • 缺点：步骤繁杂，工作量大，且DNA 的需要量大，在很大程度上限制了该 技术的应用
2.2 第二代分子标记技术
第二代分子标 记技术主要分 为两类
基于PCR的 DNA分子标记
基于PCR与限 制性酶切技术 结合的DNA标 记
随机引物PCR 标记
2.4几种新型分子标记
• RGAs标记（Resistance Gene Analogs,抗 病基因类似物） • RMAPD标记（random microsatellite amplify polymorphic DNA,随机微卫星扩增 多肽） • SRAP（Sequence Related Amplified Polymorphism,相关序列扩增多态性） • TRAP标记（Target Region Amplified Polymorphism,靶位区域扩增多态性）
分子标记技术及其应用
张莎莎
主要内容
分子标记相关概念 分子标记技术 分子标记技术的应用
一 分子标记
所谓分子标记是根据基因组DNA存 在丰富的多态性而发展起来的可直 接反映生物个体在DNA水平上的差 异的一类新型的遗传标记,它是继形 态学标记、细胞学标记、生化标记 之后发展起来的较为理想的一种遗 传标记。
3.4 分子标记辅助选育
• 分子标记辅助选育（Marker Assisted Selection，缩写为MAS）是将分子标 记应用于生物品种改良过程中进行选 择的一种辅助手段 • 形态学性状鉴定弊端很多（周期长、 环境影响）
谢谢
WPS Office
Make Presentation much more fun
特异引物PCR标记
• SSR（Simple Sequence Repeats,简 单重复序列） • SSR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
三 分子标记技术的应用
应用
遗传多样 性的分析
亲缘关系 的研究
遗传连锁 图谱的构 建
分子标记 辅助选育
3.1遗传多样性的分析
• 遗传多样性（genetic diversity）一般 指品种间及品种内个体在DNA水平上 的差异 • 通过对遗传多样性的评估，可以了解 品种的遗传结构及遗传关系 • 如：AFLP分析大黄鱼野生种群和养殖 群体；RAPD技术对3个中国花鲈群体 4个日本鲈鱼群体进行了遗传分化研究 ；微卫星技术对东南亚海区鲈鱼进行 分析，推翻了东亚地区只有1种鲈鱼的 说法
1.2DNA分子标记的定义及特征
• 定义：指能反映生物个体或种群间基 因组中某种差异特征的DNA片段，它 直接反映基因组DNA间的差异 • 特征：不受环境和其他因素的影响； 多态性几乎遍布整个基因组；不受基 因表达与否的影响，具有数量丰富、 多态性强及操作简单等特点
• 基于单核苷酸多态性的DNA分子标记 • SNPs（Simple Nucleotide Polymorphisms,单核 苷酸多态性） • 同一位点的不同等位基因之间常常只有一个或几 个核苷酸的差异，从分子水平上单个核苷酸的差 异进行检测具有重要意义 • 检测SNPs方法a.随机扩增DNA（RAPD）法 b.DNA芯片（DNA-chip）检测法
3.3 遗传连锁图谱的构建
• 连锁图谱（linkage map），又称遗传图谱（ genetic map ） 或 遗 传 连 锁 图 谱 （ genetic linkage map），是指基因或DNA分子标记在 染色体上的相对位置 • 绘制遗传连锁图的方法有很多，但是 DNA多 态性技术未开发时，鉴定的连锁图很少，随 着 DNA 多态性的开发，使得可利用的遗传标 志数目迅速扩增
• AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism,扩增片段长度多态性） • AFLP基本原理：对DNA限制性酶切片段进 行选择性扩增 • AFLP指纹呈孟德尔式共显性和显隐性遗传 • AFLP兼具RAPD与RFLP优点，有较高的稳 定性
对PCR扩增片段的限制性酶切来 揭示扩增区段的多态性——CAPS
二 DNA分子标记技术及其应用
• • • • 第一代分子标记技术 第二代分子标记技术 第三代分子标记技术 几种新型分子标记技术
2.1第一代分子标记技术
• 以Southern杂交为核心的分子标记技术 • RFLP标记是最具代表性的一代分子标记技 术，也是最早应用的DNA分子标记技术 • 原理：用已知的限制性内切酶酶解样品 DNA，产生许多大小不等的DNA片段，电 泳分离、Southern印迹转移到硝酸纤维膜上 ，再经同位素或地高辛标记的探针与膜上的 酶切片段分子杂交，放射自显影，显示出不 同材料的多态性图谱
• CAPS（Cleaved Amplified Polymorphic Sequence,放大剪切序列多态性） • CAPS是在RAPD技术的基础上发展起来的 • CAPS标记为共显性遗传 • CAPS标记使用的引物长，因此可重复性高， 比其他利用随机引物的方法在基因定位和作图 中的应用要好
2.3 第三代分子标记技术
RAPD技术原理： 利用随机引物（ 8~10个碱基）通 过PCR反应非定 点地扩增DNA片 段，然后用凝胶 电泳分离扩增片 段来进行DNA多 态性研究
随机引物PCR标记
• ISSR（Inter simple Sequence Repeats,内 部简单重复序列） • ISSR基本原理利用人工合成的16~18个核 苷酸重复序列作为引物，对SSR之间的 DNA片段进行PCR扩增 • ISSR在引物设计上比SSR简单，无需知道 DNA序列就可用引物扩增，还比RFLP、 RAPD、SSR提供的遗传信息更多，但多 数情况下，不能区别一个位点扩增的DNA 片段
3.2 亲缘关系的研究
• 利用DNA分子标记位点的多态性，以 多个标记位点在一定群体中各等位基 因的频率为基础，计算父子关系相对 机会(RCP)来进行血缘鉴定和血缘控 制 • 例：微卫星标记可以应用于中国对虾 的家系鉴定（微卫星标记分析表明4个 微卫星标记可以鉴定95％的后裔，5个 微卫星座位的累积排除率可以达到96 ％以上）
特异引物PCR 标记
限制性酶切片 段的选择性扩 增来显示片段 长度的多态性
对PCR扩增片 段的限制性酶 切来揭示扩增 区段的多态性
RAPD
ISSR
SSR
STS
AFLP
CAPS
随机引物PCR标记
• RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA，DNA随机扩增多态性） • RAPD具有技术简单、检测迅速、灵敏度 高、特异性强、检测容易、DNA样品用量 少的优点，但RAPD为显性遗传，侧你在 共迁移问题，并且重复性较差
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特异引物PCR标记
• STS（Sequence tagged Site，序列 标记位点） • STS是将RFLP的标记技术转化为基于 PCR的方法，通过设计一对长度约 20bp的特异引物，对基因组DNA进行 扩增 • STS标记技术，一旦获得引物，就和 RAPD一样简单迅速
限制性酶切片段的选择性扩增来显 示片段长度的多态性——AFLP
RFLP标记技术的特点
• RFLP标记呈现共显性遗传 • 缺点：步骤繁杂，工作量大，且DNA 的需要量大，在很大程度上限制了该 技术的应用
2.2 第二代分子标记技术
第二代分子标 记技术主要分 为两类
基于PCR的 DNA分子标记
基于PCR与限 制性酶切技术 结合的DNA标 记
随机引物PCR 标记
2.4几种新型分子标记
• RGAs标记（Resistance Gene Analogs,抗 病基因类似物） • RMAPD标记（random microsatellite amplify polymorphic DNA,随机微卫星扩增 多肽） • SRAP（Sequence Related Amplified Polymorphism,相关序列扩增多态性） • TRAP标记（Target Region Amplified Polymorphism,靶位区域扩增多态性）
分子标记技术及其应用
张莎莎
主要内容
分子标记相关概念 分子标记技术 分子标记技术的应用
一 分子标记
所谓分子标记是根据基因组DNA存 在丰富的多态性而发展起来的可直 接反映生物个体在DNA水平上的差 异的一类新型的遗传标记,它是继形 态学标记、细胞学标记、生化标记 之后发展起来的较为理想的一种遗 传标记。
3.4 分子标记辅助选育
• 分子标记辅助选育（Marker Assisted Selection，缩写为MAS）是将分子标 记应用于生物品种改良过程中进行选 择的一种辅助手段 • 形态学性状鉴定弊端很多（周期长、 环境影响）
谢谢
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特异引物PCR标记
• SSR（Simple Sequence Repeats,简 单重复序列） • SSR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
三 分子标记技术的应用
应用
遗传多样 性的分析
亲缘关系 的研究
遗传连锁 图谱的构 建
分子标记 辅助选育
3.1遗传多样性的分析
• 遗传多样性（genetic diversity）一般 指品种间及品种内个体在DNA水平上 的差异 • 通过对遗传多样性的评估，可以了解 品种的遗传结构及遗传关系 • 如：AFLP分析大黄鱼野生种群和养殖 群体；RAPD技术对3个中国花鲈群体 4个日本鲈鱼群体进行了遗传分化研究 ；微卫星技术对东南亚海区鲈鱼进行 分析，推翻了东亚地区只有1种鲈鱼的 说法