分子标记技术简介样本

分子标记技术简介

分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记, 是DNA水平遗传多态性的直接的反映。与其它几种遗传标记——形态学标记、生物化学标记、细胞学标记相比, DNA分子标记具有的优越性有: 大多数分子标记为共显性, 对隐性的性状的选择十分便利; 基因组变异极其丰富, 分子标记的数量几乎是无限的; 在生

物发育的不同阶段, 不同组织的DNA都可用于标记分析; 分子标记揭示来自DNA的变异; 表现为中性, 不影响目标性状的表示, 与不良性状无连锁; 检测手段简单、迅速。随着分子生物学技术的发展, 现在DNA分子标记技术已有数十种, 广泛应用于遗传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构建、基因克隆等方面。

分子标记的概念有广义和狭义之分。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。狭义分子标记是指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。

理想的分子标记必须达以下几个要求: (1) 具有高的多态性; (2) 共显性遗传, 即利用分子标记可鉴别二倍体中杂合和纯合基因型; (3) 能明确辨别等位基因; (4) 遍布整个基因组; (5) 除特殊位点的标记外, 要求分子标记均匀分布于整个基因组;

(6) 选择中性(即无基因多效性); (7) 检测手段简单、快速(如实验程序易自动化);

(8) 开发成本和使用成本尽量低廉; (9) 在实验室内和实验室间重复性好(便于数据交换)。可是, 当前发现的任何一种分子标记均不能满足以所有要求。

【分子标记的种类】

一、基于分子杂交技术的分子标记技术

此类标记技术是利用限制性内切酶解及凝胶电泳分离不同的生物 DNA 分子, 然后用经标记的特异 DNA 探针与之进行杂交, 经过放射自显影或非同位素显色技术来揭示 DNA 的多态性。

①限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)

1974年Grodzicker等创立了限制性片段长度多态性(RFLP)技术, 它是一种以DNA—DNA杂交为基础的第一代遗传标记。RFLP基本原理: 利用特定的限制性内切酶识别并切割不同生物个体的基因组DNA, 得到大小不等的DNA片段, 所产生的DNA数目和各个片段的长度反映了DNA分子上不同酶切位点的分布情况。经过凝胶电泳分析这些片段, 就形成不同带, 然后与克隆DNA探针进行Southern杂交和放射显影, 即获得反映个体特异性的RFLP图谱。它所代表的是基因组DNA在限制性内切酶消化后产生片段在长度上差异。由于不同个体的等位基因之间碱基的替换、重排、缺失等变化导致限制内切酶识别和酶切发生改变从而造成基因型间限制性片段长度的差异。

RFLP的等位基因其有共显性特点。RFLP标记位点数量不受限制, 一般可检测到的基因座位数为1—4个。RFLP技术也存在一些缺陷, 主要是克隆可表现基因组DNA 多态性的探针较为困难; 另外, 实验操作较繁锁, 检测周期长, 成本费用也很高。自RFLP问世以来, 已经在基因定位及分型、遗传连锁图谱的构建、疾病的基因诊断等研究中仍得到了广泛的应用。

②数目可变串联重复多态性(Variable Number of Tandem Repeats, VNTR )

数目可变串联重复序列又称小卫星DNA (Minisatellite DNA), 是一种重复DNA 小序列, 为10到几百核苷酸, 拷贝数10一10001不等。VNTR基本原理与RFLP大致相同, 只是对限制性内切酶和DNA探针有特殊要求: (1)限制性内切酶的酶切位点必须不在重复序列中, 以保证小卫星或微卫星序列的完整性。(2)内切酶在基因组的其它部位有较多酶切位点, 则可使卫星序列所在片段含有较少无关序列, 经过电泳可充分显示不同长度重复序列片段的多态性。(3)分子杂交所用DNA探针核昔酸序列必须是小卫星序列或微卫星序列, 经过分子杂交和放射自显影后, 就可一次性检测到众多小卫星或微卫星位点, 得到个体特异性的DNA指纹图谱。

小卫星标记的多态信息含量较高, 在17一19之间。缺点是数量有限, 而且在基因组上分布不均匀, 这就极大限制其在基因定位中的应用。VNTR也存在实验操作繁琐、检测时间长、成本高的缺点。

二、基于PCR技术的分子标记技术

( 一) 、随机引物的PCR标记

所用引物的核苷酸序列是随机的, 其扩增的 DNA 区域事先未知。随机引物PCR 扩增的 DNA 区段产生多态性的分子基础是模板 DNA 扩增区段上引物结合位点的碱

基序列的突变, 不同来源的基因组在该区段上表现为扩增产物有无差异或扩增片段

大小的差异。随机引物PCR标记表现为显性或共显性。

①随机扩增多态性DNA (Random Amplified Polymorphism DNA, RAPD )

RAPD技术是1990年由Wiliam和Welsh等人利用PCR技术发展的检测DNA多态性的方法。基本原理: 它是利用随机引物( 一般为8—10bp) 经过PCR反应非定点扩增DNA片段, 然后用凝胶电泳分析扩增产物DNA片段的多态性。扩增片段多态性便反映了基因组相应区域的DNA多态性。RAPD所使用的引物各不相同, 但对任一特定引物, 它在基因组DNA序列上有其特定的结合位点, 一旦基因组在这些区域发生DAN片段插人、缺失或碱基突变, 就可能导致这些特定结合位点的分布发生变化, 从而导致扩增产物数量和大小发生改变, 表现出多态性。就单一引物而言, 其只能检测基因组特定区域DNA多态性, 但利用一系列引物则可使检测区域扩大到整个基因组, 因此, RAPD可用于对整个基因组DNA进行多态性检测, 也可用于构建基因组指纹图谱。

与RFLP相比, RAPD具有以下优点: (1)技术简单, 检测速度快; (2) RAPD分析只需少量DNA样品; (3)不依赖于种属特异性和基因组结构, 一套引物可用于不同生物基因组分析; (4)成本较低。但RAPD也存在一些缺点: (1) RAPD标记是一个显性标记, 不能鉴别杂合子和纯合子; (2)存在共迁移问题, 凝胶电泳只能分开不同长度DNA片段, 而不能分开那些分子量相同但碱基序列组成不同的DNA片段; (3) RAPD技术中影响因素很多, 因此实验的稳定性和重复性差。

②任意引物PCR (Arbitrarily Primed Polymerase Chain Reaction, AP—PCR)

在AP—PCR分析中, 所使用的引物较长(10－50 bp) , PCR反应分为两个阶段, 首先寡核昔酸引物在低严谨条件下与模板DNA退火, 此时发生了一些合成, 以便稳定模板与引物之间相互作用。然后进行高严谨退火条件的循环, 两个位点间那些序列在