STR_微卫星(SSR)

1.4 STR突变的可能机制
• 目前认为滑链错配是短串联重复序列突 变的主要机制。 • 在DNA复制合成的过程中，新生链和模 板链之间在微卫星重复区域可能发生错 配，使得一个或者几个重复单位形成环 状，未能参与配对。如果未配对的重复 单位位于新生链，则最终得到的新生链 未配对重复单位数目比模板链多。反之， 如果未配对的重复单位位于模板链，则 最终得到的新生链未配对重复单位数目 比模板链少。
B.分析结果
4.2 STR标记的主要特点
（1）共显性标记，可鉴别出杂合子和
纯合子；
（2）具有较多的等位性变异； （3）实验重复性好，结果可靠；
（4）周期短，包括发芽时间，一般收
到样品后8天左右可得结果；
（5）无论叶片还是茎杆均可用于检验；
（6）技术难度低，一般技术人员经培训
就可上岗操作； （7）引物开发比较困难，成本较高。
4. STR分子标记技术（举例）
STR标记技术是一种通过直接分析 遗传物质的多态性来鉴别生物内在 核苷酸排布及其外在性状表现规律 的技术。
4.1 原理与方法
• 根据微卫星DNA两端序列的保守性， 设计一对特异引物，利用PCR技术， 扩增每个位点的微卫星DNA序列，以 检测、分析微卫星序列多态性；并确定 基因排布序列及表型，最终达到成功鉴 定种子纯度的目的。 • 简而言之，就是通过对样本DNA多态 性的分析，从而来得到样本DNA序列 以及在遗传性状上的调控和差异。
2.STR的特点
⑴种类多、分布广，并按孟德尔共显性方式在人群中 世代相传。在基因组中平均50kb就有一个重复序列， 突变率低（< 0.04%）。 ⑵在人群中高度多态，其多态信息含量容量超过70%。 其多态性表现为正常人群的不同个体某一基因位点 重复序列的重复次数可不一样，同一个体的两个同
源染色体上重复次数也可以不一样，即微卫星DNA
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1.2 微卫星DNA的构成
每个特定位点的微卫星 DNA
中间的核心区:含有一个以上称 为“重复”的短序列，一般该 重复单位的碱基对数目不变， 而串联在一起的重复单位数目 是随机改变的
外围的侧翼区：位于核心序列 的两侧，为保守的特异单拷贝 序列，能使微卫星特异地定位 于染色体常染色质区的特定部 位
1.3 STR的分布
3.2 STR用于个体识别和亲权鉴定
• 因为STR广泛存在于基因组中,具有 高度多态性、杂合性和稳定性。当 把几个STR位点联合分析后,可以得 到相当高的累积个体识别率和父权 排除率。
3.3 STR用于遗传学多态性研究
• STR标记多位于非编码区,变异一般不 影响人体的结构与功能,突变在进化过 程中受自然选择压力较小,以近乎稳定 的速率传递且不断积累,形成多样性。 • 通过研究STR多态性,变异速率以及比 较序列间差异、人群间差异,分析不同 人群间的遗传距离,就可从分子生物学 角度揭示人类的起源、迁徙、进化等历 史进程。
STR
(short tandem repeat)
Contents
1 2 3
何为STR STR的特点 STR的应用
4
5
STR分子标记技术
展 望
1、何为STR？
1.1 STR的发现
真核生物基因组中广泛存在着串联重复序列。 根据重复单位大小的不同， Tautz(1993) 将重复序列 分为 3 类： 卫星序列 、 小卫星序列 和 微卫星序列 。卫 星序列通常存在于异染色质，主要分布在着丝粒区 域。其重复单位达上千个碱基，重复程度可达到 103～107次(Debrauwere et a1．，1997)。与卫星序列 相比，小卫星序列和微卫星序列的重复单位要短，重 复程度也小。对于小卫星序列和微卫星序列的区 分，并没有特别明确的界限。通常将重复单位超过 10或15bp、位点长度约在0.5～100kb的称为小卫 星序列； 而那些重 复单位只 有 1 ～ 5bp ，长度仅 为几 百bp的位点称为微卫星序列。二者之间还有一些 过渡类型.
拷贝数在人群中是可变的。 ⑶具有遗传连锁不平衡现象。
⑷均可被转录，有些编码蛋白质，而另一些则 位于非转译区的5′端和3′端不编码蛋白质。 ⑸属于不稳定的DNA序列，其数目在某些遗传 病中有扩大现象，而这种扩增并非是减数分 裂的重组造成，扩大可发生在减数分裂过程 中，由一代传递给另一代，也可发生在有丝 分裂中，导致嵌合体形成。与成熟人体细胞 比较，微卫星DNA在胚胎时期有丝分裂很不 稳定。 ⑹在不同基因位点上的微卫星DNA的重复序列 可以不同，也可以相同。
• 在基因组中平均50kb就有一个重复序列。 据GeneBank等数据库资料统计人类23 对染色体上至少分布着7901个STR位点, 每对染色体的STR位点分别超过100个,其 中1、2号染色体的位点均超过600个,性 染色体上的已知位点数在264个以上,随着 人们对STR的进一步研究,其数目还会不 断增加。
5. 展望
• 微卫星DNA的研究近年来已取得了明显 如微卫星DNA分子突变机制尚不完全清
进展,但微卫星DNA标记还存在很多问题，
楚、PCR引物在不同物种间保守性较差、
对于不同物种要进行特异性引物设计等，
但微卫星DNA仍然是研究当前种内遗传
变异中分辨率最高、揭示力最强的核
DNA标记。
相信随着微卫星DNA研究的不断深入， 微卫星必将会在各个领域中有着更为广泛 的应用。
• 目前,根据STR标记、Y染色体DNA等 的研究,大多数分子遗传学家支持现代 人类单起源学说,认为现代人类起源于 20万年前的非洲原始部落,然后向世界 各地迁徙。但也有学者支持现代人类多 起源,认为除非洲外,亚洲、欧洲也可能 是人类发源地。
3.4 STR用于种质鉴定和品种分类
• 由于微卫星座位的复等位性，使它易于 鉴别同一物种的不同基因型。Guilford 等利用（GA）15（GT）15作为探针筛 选苹果基因组文库，证明了这些重复序 列的多态性，并且利用3个微卫星标记 就能足以区分21个苹果品种。Akagi等 利用高度多变的含（AT）n的17个微卫 星标记，成功地区分了59个亲缘关系极 近的粳稻品种。
嵌合体形成的机理示意图有丝分裂不分离（A，B）及染色体的丢 失（C）
3.STR的应用
微卫星DNA 作为遗传标记具有很大的 优越性。近年来随着研究的不断深入, 对微卫星标记的研究不仅具有重要的理 论意义, 而且还具有较好的应用前景。
3.1 STR用于基因定位及构建遗传连锁图谱
• 由于微卫星重复单位数量多，重复单位 片段短，且重复程度不一样，同一类微 卫星可分布在整个基因组的不同位置上， 可将随机PCR标记沿着染色体锚定在已 知位置，因而可以用作功能基因定位。 由于微卫星标记来源于基因本身的序列， 因而通过对微卫星标记的定位，也就相 应地定位了其来源基因。 • 遗传连锁图谱是利用遗传标记进行连锁 分析来反应遗传标记之间的相对关系。 现在使用最广泛的是微卫星标记。
实验仪器
4.1.1 DNA的提取（CTAB法）
植株材料 裂解液 异丙醇沉淀
研磨
抽提
离心洗涤
DNA溶液
细胞裂解
ຫໍສະໝຸດ Baidu
上层溶液
干燥溶解
4.1.2 PCR
SSR引物设计
根据CMD(Cotton Marker Database) 已公布的序列来设计相对SSR引物。
荧光PCR
结果分析
A.利用荧光信号随着PCR反应的积累来实 时监控PCR反应的进程，并通过分析软 件对PCR的反应进行检测分析。
3.5 STR在疾病诊断和治疗中的应用
STR
STR与遗传 病的诊断
STR与肿瘤 的诊断
STR用于器 官移植
• 国外学者曾在《科学》杂志发表 论文显示，用微卫星分析方法， 可以直接从病人尿液中的脱落细 胞检出早期癌变细胞，准确率达 95%。程书钧院士他们采用美国 报道的13个微卫星位点对36例 中国人膀胱癌进行分析，发现微 卫星异常检出率只有文献报道的 一半，即意识到这可能是由于东 西方人种之间的差异(或病因学 上的不同)所致，因此不再照搬 西方人的研究结果。 • 自己着手研究并得出结论:作为 一种无创伤性手段，尿沉渣DNA 微卫星分析对于膀胱癌的筛查和 早期诊断具有一定意义；与美国 报道的诊断组合的不同，反映了 人种差异和可能的病因学差异。
20 世纪 80 年代后期 ,Marshfield 医学 研究基金会的 James 和俄勒冈健康科学大学 的 Wis 等人分离出来一种比小卫星 DNA 具有 更短重 复单元 的卫星 DNA ， 被 称为 微 卫星 DNA（micro satellite DNA），又被称作短 串连重复(Short Tandem Repeats, STRs)或 简单重复序 (Simple Sequence Repeat, SSRs), 每单元长度在1～6bp之间，广泛分布 于基因组中，其中富含A-T碱基对。根据重复 单元的构成与分布,微卫星ＤＮＡ序列被分为3 种类型： 单一型:ATATATATATATATATATATATAT 复合型: ATATATCACACACACACACAC 间断型: ATATATCA ATATATCA ATATATA