第二章 遗传多样性

二）分子水平检测
分子水平上检测遗传多样性的方法很多，包括等位酶(allozyme) 分析、限制性片段长度多态性(RFLP)分析、随机扩增多态DNA (RAPD)分析和DNA 序列分析等。
①等位酶(allozyme)分析：等位基因酶分析
步骤：取材 酶液制备 电泳 底物染色 带谱分析
依据： DNA碱基变异
依据：DNA碱基变异
限制性内切酶酶切位点变化
酶切后DNA片段变化
带谱变化
应用：研究种群之间和种群内部的遗传变异。 线粒体DNA 和核糖体DNA是动物RFLP 研究中最为常用的 两种遗传标记
③随机扩增多态DNA(RAPD)分析
Ramdom Amplified polymorphism
步骤：DNA提取
微效多基因控制的性状：研究较为复杂，包括简单的移栽实验、人工杂交
和子代确定等，以及较为复杂的田间区组、正交 设计以及配合力分析等数据统计和数量遗传学方法。
③遗传变异的度量和分析。
利用形态学性状研究遗传多样性的缺点

通过对表型性状的研究，我们所能准确分析的基 因位点都太少，因而不能客观估计遗传变异性。

中国黄牛品种的遗传多样性分析
中国农科院对中国20个黄牛品种6种血液蛋白位点、26个等
位基因以及Y染色体的形态研究，并结合体型、毛色等表
型特征比较得出结论：中国黄牛可以分为两大系统、三大
类群，即北部的蒙古牛系，中部的南方型牛和西藏高原的 小型牛；北方型牛中的延边牛、复洲牛，南方牛中的温岭
高峰牛，中原地区的鲁南牛、秦川牛、南阳牛以及西藏黄
虽然单个随机引物检测DNA多态性区域有限，而用几十个甚至几百 个引物可对整个基因组进行分析，获得小到单个碱基对变化的丰富
信息。
应用：动植物物种间或群体间遗传距离的检测。
共23条带
A 2kb 1.5kb 1kb B C D
500bp
共享带数：A---B :5/23
A----C: 4/23
A----D: 3/23
目前检测遗传多样性的常用手段基本上是以形态学
为主的表型分析和分子水平的检测
一）表型水平上的研究
① 性状选取 （研究目的不同，选取标准不同）
进化：多选性状，进化意义较大的性状
经济动植物：经济性状（产仔数、产乳量、抗性）
②确定性状变异的遗传基础（受什么基因控制）
单基因控制的性状：类似孟德尔豌豆杂交实验的经典方法。
1、染色体畸变

染色体数目的变异（植物类群中尤为突出）
整倍性变异, 非整倍性变异 eg. 十字花科的草甸碎米荠（种内多达54种染色体数目）
18号染色体三体
21号染色体三体

染色体结构的变异：缺失、重复、 倒位、易位
2、基因突变


碱基替换 转换：嘌呤换嘌呤、嘧啶换嘧啶 颠换：嘌呤换嘧啶、嘧啶换嘌呤 移码突变 同义突变 错义突变 无义突变
在晚更新世气候剧变而导致动物大量死亡 以至灭绝时期，大熊猫可能仅有少数个体幸 于难，这种瓶颈效应的打击加上随后不可避 免的近亲繁殖造成了遗传多样性的贫乏。 ----宿兵等，1994。
中国科学院动物研究所魏辅文研究员领导的研 究群体根据自主建立的大熊猫种群数量调查方法， 通过对我国重要保护区——王朗自然保护区（利 用大熊猫粪便提取DNA，进行大熊猫种群数量调 查）的调查，发现该保护区野生大熊猫种群数量 远远超过人们先前的估计，并仍然保持较高的遗 传多样性。
牛都是重点保护对象。
三）有助于生物资源的保存和利用。
在农业生产中，由于强调高产品种的推广和外来品种的引 进，已导致不少地方品种和类型被丢失。在我国小麦生产上 起重要作用的品种从50年代的623个减少到80年代的472个，我 国优良的九斤黄鸡、定县猪已经灭绝。
Eg. 上世纪50年代，美国栽培大豆遭大豆孢囊 线虫病袭击，大豆植株矮缩、叶片黄化、荚子 粒少、根系腐烂至全株死亡。 从中国引进野 生小黑豆作为亲本杂交育种，培育出一批抗病 品种，挽救了美国大豆生产，成为世界上最大 的大豆出口国。
3、重组

通过有性生殖将群体中不同个体具有的变异进行重新 组合，形成新的变异。

包括：
1）细胞减数分裂时非同源染色体的独立分配 和自由组合
二倍体非同源染色体分离时可能的组合：2n
单倍体染色体数
2）同源染色体内DNA序列的交换

重组不仅能产生大量的新变异，而且产生变异的速度 要比突变更快。
Minimum number of gamete types = 2n , In humans, n = 23

遗传多样性主要是指种内不同群体之间或同一群 体内不同个体的遗传变异的wk.baidu.com和。 ----施立明等，1993。
包括的含义：

遗传多样性是指生物种内的遗传变异

遗传多样性的表现是多层次的 外部形态（豌豆的花色、果蝇的翅型） 生理代谢（光合作用的强弱、酶活性的高低） 染色体、DNA水平

遗传多样性是指种内可遗传的变异
例如，大熊猫(Ailuropoda melanoleuca) 数量稀少、分布区狭窄且相互隔离、食物单调、生殖 力低下，面临灭绝。大熊猫群体被隔离为30多个小群体，每个群体数目不到50头，有些少于10 头，这种情形会导致遗传漂变、近交的不利后果。
宿兵等（1994）检测来自8个山系的12只大熊猫的
36种血液同工酶。在检测的40多个遗传位点上，39个 位点表现为单态（只有一个等位基因），一个位点有 两个等位基因，遗传多样性水平极低。

虽然在自然界正常生物条件和环境中，每个基因位点上的自
发突变率很低，但由于一个物种拥有很多个体，每个个体又 具有许多基因位点，故新的基因突变能在自然界不断出现。

例如， 人有10万个基因，每代每个基因的平均突变率是10-5 推算，每个人将产生父母所没有的突变为：2×105×10-5=2
个。
每个人平均携带2个新突变，按全世界50亿人算，目前人 类群体中新产生的突变数目高达100亿。
DNA含量测定 数据处理 各组引物的PCR PCR电泳检测
电泳条带统计
依据： 用人工随机合成的10bp左右的短寡核苷酸作为引物，与模板DNA进
行PCR反应，在一定的退火条件下能与基因组DNA中互补顺序配对， 启动DNA的合成。一旦物种DNA片段有插入、缺失、突变等基因序
列改变，所扩增的多态性指纹图谱就会发生相应的变化。

该研究结果表明，大熊猫这种牵动全球亿万人心的可 爱动物，仍然具有长期续存的进化潜力，在得到中国政府强有力 的保护管理下将拥有美好的未来。 研究报告在国际著名生物学刊《现代生物学(Current Biology)作为封面文 章发表后，立即引起了全世界的关注。包括NATURE、SCIENCE等著名杂 志，Discovery频道、路透社、新华社、BBC、CNN等知名媒体均在显要位 置纷纷发表相关评论和报道。
遗传多样性的研究有助于探明生物进化 的历史，有助于资源开发及种质资源保 护。
谢谢！
氨基酸发生变化
酶蛋白结构、电荷变化
带谱发生变化
电泳迁移速率变化
应用：植物遗传结构的研究； 个体之间以及个体内部的遗传变异程度可被定性检测
②限制性片段长度多态性(RFLP)分析
restriction fragment length polymorphism
步骤：DNA提取 限制性内切酶消化 凝胶电泳 带谱分析
第二章 遗传多样性
Genetic diversity
提纲：


基本概念
遗传多样性的起源 遗传多样性的表现层次
遗传多样性的检测方法
研究遗传多样性的意义
一、基本概念

遗传多样性指种内基因的变化，包括同种显著不
同的群体间或同一群体内的遗传变异。----《全球 生物多样性策略》世界资源研究所 1992。
二、遗传多样性的起源

遗传是一个保守的过程。
没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性，变异不可能积累，生
物也就不会进化。

遗传性又是一个相对的过程，绝非一成不变。
否则，仅凭遗传带来简单的重复，不可能产生新的性状，生物也就失去 了进化的素材。

遗传多样性的根本来源为遗传物质的改变----突变和
重组。
④ DNA 序列分析
步骤：DNA提取 PCR 测序 序列分析
应用：广泛应用于各物种、种群间的遗传特征分析。
五、研究遗传多样性的意义
一）有助于进一步探讨生物进化的历史和适应潜力。
“来自一个物种的后代在结构、组成和生境上越是多样化，就越能够占领更广
阔更多样的空间，其个体数目也就越多”----《物种起源》达尔文。
三、遗传多样性的表现层次
遗传多样性起源于DNA分子水平，但可以表 现在遗传信息转录后的各个层次上。
种子蛋白多样性
抗寒 抗旱能力不同 生理、代谢
生长速度
DNA
mRNA
蛋白质（酶）
细胞
个体
形态学变异 人脸部特征、肤色、 体型等 习性 不同的猫喜欢捕 不同的鼠类
器官
本能 同一种鸟筑巢不同
组织
四、遗传多样性的检测
二）有助于推动保护生物学研究
生物多样性保护的关键之一就是保护物种的遗传多样性
或进化潜力。只有掌握物种多样性水平高低及群体的遗传结
构，才能制定有效的保护策略和措施。否则，任何物种水平
上的保护生物学活动都可能成效不大。 在濒危物种，尤其是高度特化的单型种的研究和保护 中，必须充分重视物种的遗传多样性和群体遗传结构。