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海洋生物种质资源开发和保护中的DNA标记技术研究方法

时间:2023-11-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:ssDNA在凝胶板上位置的差异反映了DNA序列的差异。

海洋生物种质资源开发和保护中的DNA标记技术研究方法

3.1.1 随机扩增多态性DNA

随机扩增多态性DNA技术简称为RAPD技术,是以一系列不同的随机排列碱基顺序的寡核苷酸单链(通常是十聚体)为引物,对所研究的基因组DNA进行单引物扩增。扩增产物片段的多态性反映了基因组相应区域的DNA多态性。Williams等(1990)首次运用随机引物扩增寻找多态DNA片段作为分子遗传标记。Welsh等(1991)也发现以任意寡核苷酸作为引物对基因组DNA进行扩增,产物的扩增图谱表现出高度的变异性。

RAPD技术是一种全新的研究基因组遗传标记的方法,具有相对简便、易于操作,省时省力,无需专门设计引物,产物遗传多样性丰富等优点。其原理是采用一系列不同的寡核苷酸单链引物,对所研究的基因组DNA进行单引物扩增。模板DNA经90 ℃变性解链后,在较低的温度下(低于40 ℃)退火,这时形成的单链模板会有许多位点与引物互补配对形成双链结构,完成DNA合成,即产生片段大小不等(200~4.0.0 bp)的扩增产物,扩增产物片段的多态性反映了基因组相应区域的DNA多态性。尽管RAPD技术诞生的时间短,但由于其独特的方式得到广泛应用,可用于基因的分离、克隆和DNA序列分析,突变体和重组体的构建、基因表达与调控的研究,遗传病和传染病的诊断、法医鉴定等诸多方面,还可用于基因多态性(遗传多样性)的检测。

RAPD技术也有其自身的局限,主要表现在以下方面:

(1)标记技术难以区分显性纯合和杂合基因型,即不能鉴别出杂合子。

(2)RAPD反应受诸多因素的影响,其特异性重复性是该技术的关键,只有严格地控制实验条件,优化选择最佳的试剂浓度,才能得到可重复的扩增效果。

3.1.2 限制性酶切片段长度多态性(RFLP)

RFLP是20世纪80年代中期发展起来的一种研究遗传多样性的新技术,是指由于DNA分子中限制性内切酶酶切点之间的插入、缺失、重排或点突变导致酶切位点的增减所引起的基因型间限制性片段长度的差异(Avise,1983;Brown et al,1979)。严格地讲,RFLP是指基因组DNA用已知的限制性内切酶消化,经电泳印迹后用DNA探针进行杂交,放射自显影后所得到的多态性图谱。且对PCR扩增产物也可以用已知的限制性内切酶酶切进行RFLP分析。这是因为物种由于长期的进化使得生物属间、种间和种群间同源DNA序列上限制性内切酶位点的不同,或者由于点突变、重组、转换、插入、缺失等原因造成限制性内切酶位点的改变从而引起RFLP的产生与变异。与形态学和同工酶技术相比,RFLP技术有其自身的优点:

(1)RFLP标记数目的无限性。因为RFLP标记来源于DNA的自然变异,在数量上几乎不受限制,可以随机选取足够数量能代表整个基因组的RFLP标记,因此,可产生和获得能反映物种遗传物质的大量多态性,用于物种的分类或组建高密度的遗传图谱。

(2)RFLP标记的共性。大部分RFLP标记符合孟德尔遗传的共显性,杂种F1代显示出双亲的RFLP标记,而F2代自由分离,因而很容易将杂合子和纯合子分离。

(3)RFLP标记的稳定性。由于RFLP标记是研究物种的遗传物质本身,不像形态学和同工酶标记是研究基因表达的产物,甚至是多基因控制的表现型。因此,不受显隐性、环境、发育阶段和组织特异性的影响,可以检测到编码区和非编码区的变异。

RFLP作为分子水平上的遗传标记,有其独特的优点和充分的可靠性,当然也具有自身的局限性,主要表现在:RFLP标记的获得依赖于限制性内切酶识别位点中碱基的改变,这在很大程度上限制了RFLP技术的应用。(www.xing528.com)

3.1.3 线粒体DNA(mtDNA)

20世纪80年代以来,线粒体DNA由于具有进化速度快,母系遗传和分子简单,易于分析等特点而成为研究近缘种间和种内群体间遗传分化的有力工具。在真核生物的细胞内,大约99%的DNA存在于细胞核内,余下的1%存在于细胞核外。动物细胞的mtDNA是共价闭合的双链DNA,基因组小,相对分子质量范围在(14~26)3103之间,基因组中不含间隔区与内含子,无重复序列,无不等交换,无基因重组、倒位、易位等畸变。与核基因组不同的是线粒体基因组严格遵守母系遗传方式,因而1个个体就可以反映出整个母系集团的情况。目前,关于mtDNA的研究方法有3种,即mtDNA 的RFLP分析;对mtDNA中的特定片段进行序列分析;提取细胞总DNA,用限制性内切酶消化处理,用另一种mtDNA作为探针进行杂交来研究这两种生物之间的亲缘关系。

mtDNA技术的不足之处是mtDNA进化较同工酶慢,即每百万年2%,或每百万年3bp,即使是自冰河期更新世以来完全隔离了的种群,离异也较微。

3.1.4 扩增片段长度多态性(AFLP)

AFLP是1993年由荷兰科学家发明的一种DNA标记技术。其原理是提取基因组DNA,并对其进行限制性酶切,产生相对分子质量大小不等的酶切片段,将其两端连接在特定的接头上,形成一个两端带接头的特异片段,通过接头序列和PCR的引物识别,对DNA片段进行PCR扩增,最后经过电泳对这些片段进行分离。AFLP技术具有谱带丰富、样品用量少、灵敏度高、快速高效等特点,可应用于遗传多样性研究,识别定位基因,构建遗传图谱,鉴定品种等领域

3.1.5 单链构型多态性(SSCP)

SSCP技术的基本原理是根据双链DNA经变性处理为单链DNA后进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,由于DNA分子在凝胶电泳中的迁移率与其自身的相对分子质量和空间构型有关,在非变性条件下,ssDNA受分子内力的作用形成卷曲的构型,这种结构与ssDNA的序列有关。ssDNA在凝胶板上位置的差异反映了DNA序列的差异。SSCP技术可以检测到点突变和多态性位点。SSCP技术与PCR技术相结合,在检测癌症和遗传性疾病突变位点和多态位点上发挥了重要作用(Lin et al,1995)。再与RFLP技术相结合,形成了PCR-RFLP-SSCP技术,扩大了SSCP技术的使用范围,并提高了突变检测的敏感性和灵敏度。

3.1.6 DNA序列测定(DNA Sequencing)

该技术在现代分子生物学中占有举足轻重的地位,基因的分离、定位、转录、复制的调控、基因产物的表达、基因工程载体的组建、基因片段的合成、放射性探针的制备、基因工程产物水平的提高等,都与对基因组一级结构的详细了解有密切关系。其原理是使用酶学和化学方法,将待测定的DNA片段成为携带标记,然后使DNA片段在凝胶电泳中进行分离。由于具有相同末端的片段在同一泳道中分离,因而DNA序列可以直接从电泳中读出。

3.1.7 微卫星DNA(Satellite DNA)

在真核生物的基因组中,除单拷贝的DNA序列外,还存在着大量的重复序列,是由1个短序列经串联重复形成。根据核心序列长度不同,将这些重复序列分为小卫星DNA和微卫星DNA。小卫星DNA重复单位长度为十几到几十个碱基,1个小卫星长度为几十个到几千个碱基不等,因而显示出限制性长度多态性。微卫星DNA位点也具有高度限制性长度多态性,多态小卫星DNA及微卫星DNA位点能以孟德尔方式稳定遗传和分离。许多实验已证实同一个体的体细胞和生殖细胞的卫星DNA指纹图谱完全一致,大大提高了遗传分析的效率

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