AFLP分子标记与作物改良

AFLP分子标记与作物改良
AFLP分子标记与作物改良

第24卷第1期河北农业大学学报V ol.24N o.1 2001年1月Journal of Agricultural University of Hebei Jan.2001 文章编号:1000-1573(2001)01-0089-06

AF LP分子标记与作物改良

李爱丽, 马峙英

(河北农业大学农学院,河北保定071001)

摘要:建立于DNA基础之上的分子标记对于作物改良具有重要作用。AF LP(Am plified fragment length polym orphism,简称AF LP)国内译为扩增片段长度多态性,是一种DNA分子标记技术。利用这一方法,在不需要预先知道DNA序列信息的情况下就可以同时进行多数DNA酶切片断的PCR扩增。目前,该技术不仅在小麦、玉米、棉花和大豆等主要农作物上得以应用,而且在蔬菜(番茄、马铃薯、鹰嘴豆等)以及植物基因组研究的模式植物拟南芥上广泛应用。讨论了AF LP在主要作物的品种鉴定、遗传多样性分析、遗传作图、基因定位以及辅助选择等方面的应用进展。

关 键 词:AF LP;分子标记;作物改良

中图分类号:S512.1 文献标识码:A

AFLP molecular m arker and crop improvement

LI Ai2li,MA Zhi2ying

(C ollege of Agronomy,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China)

Abstract:M olecular markers based on DNA play a very im portant role in crop im provement.Am plified frag2 ment length polym orphism(AF LP)technology is a novel and powerful DNA fingerprinting technique.It is based on the selective am plification of restriction fragments from a total digest of genomic DNA.The AF LP ap2 proach is particularly powerful because it requires no prior sequence characterization of the target genome,and it is readily applicable to a wide variety of crops.This paper mainly discussed the application of AF LP in main crops to cultivars identification,genetic map construction,gene location,and assisted selection.

K ey w ords:AF LP;m olecular marker;crop im provement

植物育种的基础是遗传变异。传统的育种方式主要集中在从分离群体后代当中进行优化选择,而这种选择主要是建立在表现型基础之上的。尽管应用统计和遗传的方法来减少环境效应对于性状的干扰,但是环境对于性状的影响是十分复杂而难于避免的。随着分子生物学的迅猛发展和分子标记的日臻完善,建立在DNA基础之上,不受环境影响的分子标记技术,已逐渐应用于植物育种中。RF LP、RAPD、AF LP、SSR等已经广泛应用于DNA指纹分析、种质资源遗传多样性分析、基因定位、遗传作图、分子标记选择育种等。主要阐述AF LP在作物改良中的应用进展。

1 AF LP技术的发展及其基本原理

AF LP是1993年由荷兰科学家Z A BE AU和VOS发展起来的一种检测DNA多态性的新方法。这种方法虽已申请了欧洲专利(Z A BE AU M,1993)[1],但很快被人们知道并迅速传播开来,因此Z A BE AU和VOS不得不正式以论文形式发表出来(VOS P,1995)[2]。此后每年都有大量AF LP的文章发表。AF LP的原理是基于对植物基因组总DNA双酶切经PCR扩增后的限制片段进行选择[3]。具体是植物基因组DNA经限制性内切酶双酶切后,形成

收稿日期:2000-03-28

基金项目:河北农业大学重点科研基金项目

作者简介:李爱丽(1970-),女,河北省保定市人,在读博士研究生,从事作物抗病育种研究工作1

分子量大小不等的随机限制性片段,将特定双链接头(adapter )连接在这些DNA 片段的两端,形成一个带接头的特异片段,作为DNA 扩增的模板。接头序列以及与其相连的限制位点作为随后进行的限制片段扩增的引物结合位点。PCR 引物3′末端含有选择核苷酸,选择核苷酸延伸到酶切片段区,这样就只有那些两端序列能与选择核苷酸配对的限制性酶切片段被扩增。扩增片段通过变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离检测。

2 AF LP 技术的关键

AF LP 流程包括模板制备、片段扩增和凝胶分析这3个主要步骤。其中模板DNA 制备、引物选择以及引物标记是AF LP 技术的关键所在。

2.1 模板DNA 制备

在进行AF LP 分析时,首先要制备高分子量(H MW )基因组DNA 。H MW 基因组DNA 的成功制备和避免部分降解是AF LP 成功的关键。在制备过程中要特别注意避免核酸酶及各种失活物质的污染。其次,在用限制性内切酶酶解时,一定要彻底[3]。

2.2 引物选择

在AF LP 引物中,3′末端上选择核苷酸数目的多少决定了AF LP 扩增产物的多少[4]。实验中可根据基因组DNA 的大小确定引物末端所需的选择性核苷酸数目。一般大于108bp 的基因组DNA 可以用两个末端各有3个选择性核苷酸的引物进行扩增,即文献中常看到的3+3引物组合;105~108bp 的基因组DNA 可以用两个分别含有2个或3个选择性核苷酸的引物进行扩增(即2+3引物)。另外,引物中用作选择性核苷酸的G 和C 含量也对扩增出的产物数目有较大影响。一般而言,G 和C 含量越高,扩增出的产物数目越少。

2.3 引物标记

为检测AF LP 扩增产物,通常对选择性扩增产物之一进行放射性标记。一般是用γ-32P 或γ-33P ATP 在T 4多核苷酸激酶的作用下对引物进行末端磷酸化标记。在实际应用中,33P 比32P 更受青睐,因为33P 标记后形成的放射性自显影条带不易扩散,更为清晰易于分辨,而且33P 的放射性半衰期长,是32P 的2倍,用起来也更为经济。

有些研究者采用在选择性扩增时直接掺入放射性标记dNTP 的办法;也有研究者不用放射性标记而用银染的办法。一般同位素标记法优于硝酸银染色法,在同位素标记中,33P 标记优于32P 标记[5]。

关于AF LP 扩增产物的检测最近有研究者报道了荧光检测法[6]。一方面,该方法加快了检测程序的进行,对于操作人员来说,避免了放射性污染;另一方面,通过该方法获得的DNA 指纹与相应的放射自显影相比,减少了一些没有意义的条带,加强了该技术的高效性和可重复性。

3 AF LP 与其它分子标记的比较

表1 常用的分子标记特性比较T able 1 Comp arison of several often used molecular m arker ch aracters 特性Characters RF LP RAPD AF LP SSR 分布普遍

普遍普遍普遍可靠性高

中等高高重复性高

中等高高遗传性共显性

显性显性或共显性共显性多态性中等

高非常高高DNA 需求2~30ng

1~100ng 100ng 50~100ng 放射性一般有

无有或无无技术难度中等

简单中等简单样品生产率中低

高非常高高时间因素长

快中等快探针类型低拷贝DNA 或

cDNA 克隆

随机序列特异DNA 序列特异DNA 重复序列探测部分低拷贝编码区域

整个基因组整个基因组整个基因组检测位点

1-31-1020-1001-5 在植物育种中,每一种分子标记

都具有其优点和缺点(如表1)。与其

它分子标记相比,AF LP 的特点主要表

现在:它结合了RF LP 及RAPD 各自的优点,方便快速。只需要极少量DNA 材料,不需要S outhern 杂交,不需要预先知道DNA 的顺序信息,试验结果稳定可靠,可以快速获得大量的信息。而且再现性高,重复性好,因而非常适合于品种指纹图谱的绘制,遗传连锁图的构建及遗传多样性的研究。在一些多态性很少,而且待测样品较少的情况下(如近等基因系和BS A 分析),

用AF LP 分析能达到满意的结果。高密度基因图谱的绘制或对某个基因所在区域的精细作图,AF LP 是较为

09河北农业大学学报第24卷

理想的方法。AF LP 技术目前不仅在小麦、水稻、玉米、大豆、棉花等主要作物上得以应用,而且在蔬菜(马铃薯、番茄、鹰嘴豆等)、林木(垂枝桦、辐射松)以及拟南芥上广泛应用(翁跃进,1996)[7]。以上多数作物的研究结果均表明AF LP 所产生的多态性远远超过了RF LP 、RAPD 等,目前被认为是DNA 指纹图谱技术中多态性最为丰富的一项技术。

但是,AF LP 技术流程长、难度较大,对操作人员的技术水平要求高,在一般实验室开展此项技术尚存在一定困难。

4 AF LP 标记在作物改良中的应用

随着AF LP 技术的日臻完善,它已广泛应用于作物遗传育种的各个方面,如种质资源分类、系统发育、品种鉴别、遗传图谱构建及目的基因定位等各项研究。

4.1 鉴定品种绘制指纹图谱

传统上,表型和农艺性状构成了品种描述的基础。然而大多数表型性状容易受环境条件的影响,因而地区间、年度间表现一定程度的变化,从而影响了品种遗传性描述和品种间遗传变异性评价的准确性。对品种的遗传本质(包括典型性、稳定性和特异性)的客观描述是品种鉴定和品种保护(Plant variety protection ,PVP )的前提。从遗传本质上对作物现有优良品种进行客观描述,无论对育种过程本身还是对品种的推广应用都有十分重要的指导意义。AF LP 最适的应用范围,也是Z ABE AU Marc 和VOS Pieter 申请专利的关键,即利用AF LP 技术鉴定品种的指纹(Fingerprint ),检测品种的质量和纯度,辨别真伪,十分灵敏。著名的美国先锋种子公司首先引用了AF LP 技术用于玉米自交系和杂交中的鉴定工作,建立品种档案,保护品种专利。法国FAYE [8]用1个AF LP 引物在玉米2个基因型中发现30条以上的多态性带纹,十分适合于玉米基因型的鉴定。中国科学院遗传研究所陈洪、朱立湟等[9](1995)应用单酶切的AF LP 标记构建了8种致病性念珠菌DNA 的指纹图谱,证明了AF LP 在构建指纹图谱中的优越性。

4.2 遗传多样性的研究

表2 AF LP 标记在作物系统发育分析、品种鉴定和种质资源筛选上的应用T able 2 Application of AF LP on the analysis of crop system development ,

the identification of cultivars and the screen of germplasm resource 作物Crop 性状T rait 参考文献Reference 玉米自交系遗传多样性PE J IC ,1998[12]遗传多样性及其与杂种表现的关系M ARS AN ,1998[13]小麦AF LP 以及系谱两种遗传多样性分析方法的比较BARRET ,1998[14]遗传多样性分析BARRET ,1998[10]遗传相似性及对后代变异的预测BOH N ,1999[15]预测后代遗传变异性BURK H AMER ,1998[16]水稻生物多样性研究ZH U ,1998[17]遗传多样性分析FUE NTES ,1999[18]DNA 指纹SI NG H ,1999[19]种质分类S UBUDHI ,1997[20]大麦遗传相似性SCH UT ,1997[21]利用不同分子标记进行遗传多样性的比较RUSSE LL ,1997[22]大豆野生豆核心种质基因池分析T OH ME ,1996[23]木薯

AF LP 指纹用于遗传关系研究HI LL ,1996[24] 遗传变异是植物品种

改良的基础。对当前优良品种(系)的遗传多样性进

行准确的评价可以为亲本

选配、后代遗传变异程度及

杂种优势水平的预测提供

预见性的指导,这是关系到

育种目标能否成功实现的

关键。目前AF LP 技术已

广泛应用于作物优良栽培

品种资源遗传多样性的研

究(表2)。BARRETT B A

等[10](1998)利用AF LP 技

术评价适应于西北太平洋

旱地生产的春、冬小麦代表

品种的遗传多样性,结果表

明AF LP 对于小麦遗传多样性的研究来说是一种非常有效的技术。美国康耐尔大学的BLAIR [11]利用AF LP 技术评价54份水稻品种的遗传多样性,研究其系统发育和分类,并与同工酶生化标记及RF LP 标记比较,发现不仅其结论一致,而且认为AF LP 对于研究水稻品种的遗传变异和构建基因组图谱更为理想。

4.3 构建遗传连锁图

遗传图谱应用于基因组结构、功能、进化,质量性状和孟德尔方式遗传的数量性状基因的鉴定等方面的

19第1期李爱丽等:AF LP 分子标记与作物改良

研究。在遗传图谱构建方面,AF LP 在尚未建图或业已建图的植物上都有广阔的应用前景。由于AF LP 能够揭示大量的多态性位点,可以弥补传统的RF LP 标记多态性低的缺点,这对于构建高密度的遗传连锁图非常有用,特别是对诸如大豆、小麦、大麦、西瓜等由于多态性低而建图效率不高的物种。目前许多植物已开始了AF LP 建图工作,有的利用AF LP 标记填充原有遗传图的间隙(G ap ),使得遗传图的精度大大提高。W ANG Y H 等[25](1997)利用AF LP 技术构建了甜瓜(Cucumis melo L.)的遗传连锁图。并发现AF LP 标记在甜瓜图谱构建中比RAPD 及SSR 标记更有效。法国FAYE [8]一人利用3个玉米分离群体仅花费3个月的时间专门构建了玉米的AF LP 遗传图谱,共1032个AF LP 标记。德国BECKER J 等[26]则利用春大麦品种Procter ×Nudinka 杂种F 1创建的双单倍体(D oubles haploid )群体(113株)确定了116个AF LP 标记,补充到RF LP 遗传图谱上,不仅填补了大麦RF LP 遗传图谱上2H 及4H 染色体臂上的空隔区(G aps ),而且增加了大麦遗传图谱的长度。QI [27]等构建了小麦高密度的AF LP 标记遗传连锁图谱。HERMAN [8]利用马铃薯构建遗传图谱群体研究AF LP 标记,与217个已知的马铃薯形态的、同工酶的和RF LP 的标记相结合,构建多种标记综合的遗传图谱。表3总结了AF LP 在作物遗传作图中的应用。表3 AF LP 标记在作物遗传作图上的应用T able 3 Application of AF LP m arker on crop genetic m ap construction 作物Crop 性状T rait 参考文献Reference 玉米AF LP 遗传图谱FAYE [8]小麦高密度AF LP 遗传连锁图QI ,1997[27]水稻多态性水平和遗传图谱构建M ACHI LL ,1996[28]大麦AF LP 和RF LP 联合作图BECKER ,1995[26]三个作图群体的同源性W AUG H ,1997[29]大豆高密度遗传连锁图KEI M ,1997[30]马铃薯AF LP 和形态、同工酶、RF LP 标记共同构建遗传HERM AN ,1996[8]图谱共迁移的AF LP 标记的等位特异性用于图谱构建

ROUPPE ,1997[31]甜瓜

遗传图谱构建W ANG,1997[25]

4.4 目的基因定位

寻找与目标基因紧密连

锁的分子标记离不开强有力

的分子标记技术和特殊的遗

传材料及分析手段。目标基

因的近等位基因系分析

(Y OUNG,1988;MARTI N G

B ,1991)以及目标基因F 2代

分离群体的BS A (bulked seg 2

regant analysis )分析

(MICHE LMORE R W ,1991)是寻找与目标基因紧密连锁的分子标记的理想手段。

近等基因系(Near 2is ogenic Line )是由目标性状有差异的两个亲本杂交后,F 1代与轮回亲本多次回交后再自交获得的。近等基因系的遗传背景只有目的基因及附近区域与轮回亲本不同,故只要找到与轮回亲本之间的DNA 多态性差异,就可初步获得与目的基因连锁的分子标记。再通过进一步分析验证,即可获得目的基因标记,从而进行基因定位。利用近等基因系进行基因定位方法虽然简便,但要获得一个近等基因系需要多个世代的回交和自交,花费时间长,不利于基因的快速定位[32]。

MICHE LMORE 等提出的BS A 法为目的基因的标记和定位提供了更为简便有效的方法。选择表型性状具有差异的一对亲本进行杂交,F 1自交获得性状分离的F 2群体,根据表型性状将F 2群体分成两个小群,从每一个小群中随机取一定数量的个体,提取DNA 后等量混合,形成两个按表型性状区分的DNA 池(P ool ),两池内除目的基因所在的DNA 片段有差异外其余基本相同。因此分析两个池内DNA 的多态性差异即可迅速获得与目的基因连锁的分子标记。

AF LP 技术能够在同一个PCR 反应中检测大量的遗传位点,可以检测出DNA 样品间的细微差别,因此特别适合于与近等基因系或BS A 分析相结合寻找与目标基因紧密连锁的分子标记,并构建目标基因所在区域的精细遗传图和物理图。

目前许多学者正致力于应用AF LP 技术进行基因标记及定位(表4)。DWIEK AT 等[33](1997)以小麦近等基因系为材料定位了小麦抗麦蝇基因H6和H16,并且分别找到了与H5、H6、H10、H16紧密连锁的AF LP 标记。德国Max 2Planck 研究所MEK SE M K [34]报道了他们发现的3200个AF LP 位点与马铃薯V 染色体上抗Phytophthora infestans 基因R1具有连锁关系,其中8个位于R1基因的RF LP 标记G P21和G P147之间,最近遗传距离为0.8cM 。英国TH OMAS C M [35]利用番茄与野生种Lycoper sicon pennellii 种间杂交F 2群体发现42000条AF LP 带纹与番茄抗叶霉菌基因C f -9紧密连锁,其中3个标记与C f -9基因表现共分离。

29河北农业大学学报第24卷

表4 作物抗病虫性状AF LP 标记T able 4 AF LP m arker of disease or pest resistance trait of crop 作物Crop 性状T rait 分析方法Analysis method 参考文献Reference 小麦小麦抗麦蝇基因H6和H16NI Ls DWEIK AT ,1997[33]大豆一个病毒抗性基因NI Ls M AUG H AN ,1996[36]马铃薯抗Phytophthora infestans 基因R1BS A MEK SE M ,1995[34]线虫抗性基因G roI BA LLVORA ,1995[37]胞囊线虫抗性基因G pa2ROUPPE ,1997[38]番茄抗叶霉菌基因C f -9BS A TH OM AS ,1995[35]

4.5 数量性状位点的识别作物的很多重要农艺性

状,如产量性状、品质性状、对病虫害的抗性水平和对不

良环境因子的耐性,一般是

多个基因所控制的数量性

状。经典的遗传分析方法只

能把控制数量性状的多个基

因作为一个整体进行研究,难以有效地研究控制性状表达的基因数目、基因在染色体上的位置以及基因的效应及其作用方式。虽然利用遗传标记研究数量性状的遗传控制可以追溯到本世纪20年代,但由于形态标记和生化标记的数量有限,一直无法对整个植物基因组进行详细的分析。直到80年代起,随着RF LP 标记在作物遗传研究中的广泛应用,构建了各种重要作物的饱和连锁图谱,从而促使对数量性状基因的研究取得了突破性进展。分子标记正在被用于数量性状位点(QT Ls )分析。在玉米中,分子标记已经用来绘制和构建数量性状图谱。美国生物技术公司的LI N [39]利用AF LP 技术研究大豆的数量性状,发现每个反应均表现大量的多态性,每个引物具有高频率(>90%)的多态性,可以作为大豆数量性状的标记。虽然目前利用AF LP 标记分析作物的QT Ls 报道非常有限,但随着AF LP 技术的逐渐成熟,以及AF LP 技术在检测全基因组多态性方面所表现出的的优越性,在不久的将来,它势必将广泛用于作物QT Ls 分析。

4.6 分子标记辅助育种

分子标记辅助选择(M olecular marker 2assisted selection ,简称MAS )是现代分子生物学与传统遗传育种的结合点,借助分子标记可以对育种材料从DNA 水平上进行选择,从而达到作物产量、品质和抗性等综合性状的高效改良。理论上只要回交3代就可选到理想的材料。

美国VANT OA L [8]用AF LP 技术指导大豆回交育种,比较大豆双亲与回交1代C 0及回交2代C 1的异质程度,平均每个AF LP 引物均产生10个多态性标记,10对AF LP 引物可以检测出100多个位点的纯合或异质程度。1996年美国T exes 大学的RE DDY 等[40]报道利用AF LP 技术筛选与棉花长绒及高产性状有关的分子标记,他们将长绒的海岛棉3-79与高产的陆地棉T M -1进行远缘杂交,结果表明,所使用的64对引物中,每一对引物均检测到3~10个AF LP 标记,在杂交后代F 2群体中发现300个标记与亲本的长绒及高产性状有关。AF LP 标记还可以转换成SC AR (sequence characterized am plified region )标记,将更有利于分子标记在育种选择中的应用。由于小麦的RF LP 及RAPD 多态性较低,在应用中有很大的局限性。因此AF LP 技术在小麦的遗传研究和选择中将有很大的应用潜力[41]。

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(编辑:李 川)

(上接第94页)

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(编辑:郭桂仙)

分子标记技术的种类

分子标记技术的种类-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

分子标记技术的种类根据不同的核心技术基础,DNA分子标记技术大致可分为三类: 第一类以Southern杂交为核心, 其代表性技术为RFLP;第二类以PCR技术为核心,如RAPD、SSR、AFLP、STS、SRAP、TRAP等;第三类以DNA序列(mRNA或单核苷酸多态性)为核心,其代表性技术为EST标记、SNP标记等。理想的分子标记应达到以下的要求:①具有高的多态性; ②共显性遗传;③能够明确辨别等位基因;④分布于整个基因组中;⑤选择中性(即无基因多效性);⑥检测手段简单、快速; ⑦开发成本和使用成本尽量低廉;⑧在实验室内和实验室间重复性好。目前,没有任何一种分子标记均满足以上的要求,它们 均具有各自的优点和不足。其特点比较见表一。 1限制性内切酶片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)1974年,Grozdicker 等人鉴定温度敏感表型的腺病毒DNA突变体时,发现了经限制性内切酶酶解后得到的DNA片段产生了差异,由此首创了第一代DNA分子标记技术——限制性内切酶片段长度多态性标记(RFLP)。其原理是由于不同个体基因型中内切酶位点序列不同(可能由碱基插入、缺失、重组或突变等造成),利用限制性内切酶酶解基因组DNA时,会产生长度不同的DNA酶切片段,通过凝胶电泳将 DNA片段按各自的长度分开,通过Southern印迹法,将这些大小不同的DNA片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上,再用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,最后通过放射性自显影显示杂交带,即检出限制性片段长度多态性。进行 RFLP时,酶切要彻底,注意内切酶的选择,对于亲缘关系很近的物种,可增加内切酶的使用种类。目前RFLP的使用领域很广泛,其具有以下优点:①RFLP标记源于基因组DNA的自身变异,理论上可覆盖整个基因组,能提供丰富的遗传信息;②标记不受组织、环境和发育阶段的影响;③呈共显性,即杂交时等位DNA片段均呈现带,能区分纯合基因型和杂合基因型,F2表现出 1∶2∶1的孟德尔分离定律[3],提供标记座位完全的遗传信息;④由于限制性内切酶的专一性使结果稳定可靠,重复性好。其缺点是:①操作繁琐,费时;②酶切后的DNA质量要求高;③使用放射性同位素进行分子杂交,有危险性等。 2随机扩增多态性DNA标记 (Random Amplified Polymorphic DNA,RAPD) 20世纪80年代,基于PCR技术的第二代分子标记技术诞生并迅速发展起来。1990年,Williams 等发表了一种不需预先知道DNA序列信息的检测核苷酸序列多态性的方法,即随机扩增多态性DNA标记(RAPD)。其原理是以碱基顺序随机排列的寡核苷酸单链(8-10bp)为引物,以组织中分离出来的基因组DNA为模板进行扩增。随机引物在基因组DNA序列上有其特定结合位点,一旦基因组在这些区域发生DNA片段插入、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,从而导致扩增产物的数量和大小发生改变,表现出多态性。用琼脂糖凝胶电泳分离扩增产物,溴化乙锭染色后可在紫外光下显现出基因组相应区域DNA的多态性。与RFLP相比,RAPD方便易行,DNA用量少,设备要求简单,不需DNA探针,设计引物也不需要预先进行序列分析,不依赖于种属特异性和基因组的结构;合成一套引物可以用于不同生物基因组分析,用一个引物就可扩增出许多片段,并且不需使用同位素,安全性好。但因为引物较短导致退火温度较低,易产生错配,故实验的稳定性和重复性差,且为显性标记,不能区分纯合子和杂合子。 RAPD 标记技术利用单引物扩增多个基因位点使其在一定程度上对反应条件敏感,这会限制其应用。将RAPD-PCR变成经典的PCR可克服此限制,即设计更长的引物。1993年,Paran提出的序列特征化扩增区域标记(Sequenced Characterized Amplified Region,SCAR)即为以经典PCR为基础的分子标记技术[1]。SCAR标记技术通过对产生的RAPD片段克隆和测序,设计一对互补于原

分子标记技术综述

分子标记技术及其在植物药材亲缘关系鉴定中的应用 分子标记技术 分子标记(Molecular Markers)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反映[1]。与其他几种遗传标记——形态学标记、生物化学标记、细胞学标记相比,DNA分子标记具有极大的优越性:大多数分子标记为共显性,对隐性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达,与不良性状无连锁;检测手段简单、迅速[2]。 技术种类及原理 分子标记技术自诞生起已研究出数十种,尽管方法差异显著,但都具有一个共同点,即用到了分子杂交、聚合酶链式反应(PCR)、电泳等检测手段。应用较为广泛的技术有以下几种: 1.限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphisms,RFLP) RFLP是最早开发的分子标记技术,指基因型间限制性内切酶位点上的碱基插入、缺失、重排或突变引起的,是由Grodzicker等于1974年创立的以DNA-DNA杂交为基础的遗传标记。基本原理是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[3]。通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,可靠性高,不受环境、发育阶段或植物器官的影响。RFLP标记位点数量不受限制,通常可检测到的基因座位数为1—4个,标记结果稳定,重复性好。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,RFLP分析工作量大,成本高,使用DNA量大,使用放射性同位素和核酸杂交技术,不易自动化,尽管结合PCR技术,RFLP仍在应用,但已不再是主流分子标记。 2.随机扩增多态性DNA(Random Amplification Polymorphism,RAPD) RAPD技术是1990年由William和Welsh等人利用PCR技术发展的检测DNA多态性的方法,其基本原理是利用随机引物(一般为8—10bp)通过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DNA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[4]。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技术相比,RAPD技术操作简便快速,省时省力,DNA用量少,同时无需设计特定的引物,扩增产物具有丰富的多态性。但RAPD也存在一些缺点:(1)RAPD标记是一个显

DNA分子标记技术及其应用

DNA分子标记技术及其应用 摘要:分子遗传标记是近年来现代遗传学发展较快的领域之一。本文系统阐述了DNA分子标记的概念,以及RFLP、RAPD、ALFP、STS、SSR和SNP为代表的分子标记技术的原理和主要方法,并简单介绍了DNA分子标记技术的应用。最后探讨了其进展以及存在的一些问题。 关键词:分子标记;应用 分子遗传标记技术作为一种新的分子标记技术,在分子生物学特别是在分子遗传学的研究中得到了广泛的应用和发展,其所构建的遗传图谱具有高度的特异性。与其它遗传标记相比较,DNA分子标记具有诸多优点,如:遗传稳定,多态性高,多为共显性,数量丰富,遍及整个基因组,操作简便。这些优点使其广泛地应用于生物基因组研究、进化分类、遗传育种、医学等方面,成为分子遗传学和分子生物学研究与应用的主流之一。 1DNA分子标记的概念 遗传标记是基因型特殊的易于识别的表现形式,在遗传学的建立和发展过程中起着重要作用。从遗传学的建立到现在,遗传标记的发展主要经历了4个阶段,表现出了4种类型:1形态标记(Morphological Markers),指生物的外部特征特性,包括质量性状作遗传标记和数量性状作遗传标记;2细胞标记(Cytological Markers),主要指染色体组型和带型;3生化标记(Biochemical Markers),指生物的生化特征特性,主要包括同工酶和贮藏蛋白两种标记;4DNA分子标记(Molecular Markers)是以生物大分子(主要是遗传物质DNA)的多态性为基础的一种遗传标记。前3种标记是对基因的间接反映,而DNA分子标记是DNA水平遗传变异的直接反映。与其它遗传标记相比较,DNA分子标记具有诸多优点,如:遗传稳定,多态性高,多为共显性,数量丰富,遍及整个基因组,操作简便。这些优点使其广泛地应用于生物基因组研究、进化分类、遗传育种、医学等方面。目前,被广泛应用的DNA分子标记主要有RFLP(限制性片段长度多态性)、RAPD(随机扩增多态性DNA)、ALFP(扩增片段长度多态性)、STS(序列标记位点)、SSR(简单重复序列)和SNP(单核苷酸多态性)等。 2分子遗传标记技术的种类 2.1RFL P标记 RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism,限制性片段长度多态性)标记,是人类遗传学家Botstein等于1980年提出的,是以Southern杂交为核心的第一代分子标记技术。它是用限制性内切酶切割不同个体基因组DNA后,用印迹转移杂交的方法检测同源序列酶切片段在长度上的差异。这种差异是由于变异的产生或是由于单个碱基的突变所导致的限制性位点增加或消失,或是由于DNA序列发生 插入、缺失、倒位、易位等变化所引起的结构重排所致。其差异的检测是利用标记的同源序列DNA片段作探针进行分子杂交,再通过放射自显影(或非同位素技术)实现的。 与传统的遗传标记相比,RFL P标记具有下列优点: (1)RF LP标记无表型效应,其检测不受外界条件、性别及发育阶段的影响;

分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用

. . 生物分离的新技术——分子印迹 —创新论坛—工业生物技术专家报告会 2008级生命学院3班微生物与生化药学专业 2008001243 宋汉臣

目录 1分子印迹技术的原理与方法 (3) 1.1 MIP的制备过程 (3) 1.2制备MIP的方法 (3) 1.2.1预组装法——共价键作用 (4) 1.2.2自组装法——非共价作用 (4) 1.2.3 共价作用与非共价作用联合法 (5) 2 分子印迹技术在分离上的应用 (5) 2.1 MIP作为固定相的分离技术 (6) 2.1.1MIP作为固定相分离天然产物 (6) 2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留 (7) 2.2分子印迹膜(MIM)分离技术 (7) 3问题与展望 (8) 4 参考文献 (9)

摘要:分子印迹技术[1](Molecular Imprinting technique,MIT)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用围广等优点,分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测及食品工业等众多领域,在分离提纯、免疫分析、酶模型以及生物模拟传感器等许多方面显示出良好的应用前景,引起了人们的广泛关注,其有望在三聚氰胺的快速痕量检测上发挥作用。 关键字:分子印迹生物分离分子印迹聚合物

前言: 分子印迹技术最初出现源于 20世纪 40年代的免疫学,当时Pauling[3]首次提出抗体形成学说为分子印迹理论的产生奠定了基础, 1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道,使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展,得到世界注目并迅速发展。基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用围广等特点,因此分子印迹技术在许多领域,如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛的研究和开发,有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业形成产业规模化的应用。目前,全世界[3]至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中国、澳大利亚、法国在的 10多个国家、100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究和开发。

分子标记技术的类型原理及应用

分子标记 1.分子标记技术及其定义 1974年,Grozdicker等人在鉴定温度敏感表型的腺病毒DNA突变体时, 利用限制性内切酶酶解后得到的DNA片段的差异, 首创了DNA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、生化标记之后最为可靠的遗传标记技术。广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质分子。通常所说的分子标记是指以DNA多态性为基础的遗传标记。分子标记技术本质上都是以检测生物个体在基因或基因型上所产生的变异来反映基因组之间差异。 2.分子标记技术的类型 分子标记从它诞生之日起, 就引起了生物科学家极大的兴趣,在经历了短短几十年的迅猛发展后, 分子标记技术日趋成熟, 现已出现的分子标记技术有几十种, 部分分子标记技术所属类型如下。 2.1 建立在Southern杂交基础上的分子标记技术 (1) RFLP ( Rest rict ion Fragment Length Polymorphism)限制性内切酶片段长度多态性标记; (2) CISH ( Chromosome In Situ Hybridization) 染色体原位杂交。 2.2 以重复序列为基础的分子标记技术 (1) ( Satellite DNA ) 卫星DNA; (2) ( Minisatellite DNA ) 小卫星DNA; (3) SSR( Simple Sequence Repeat ) 简单序列重复, 即微卫星DNA。 2.3 以PCR为基础的分子标记技术 (1) RAPD ( Randomly Amplif ied Polymorphic DNA ) 随机扩增多态性DNA; (2) AFLP( Amplif ied Fragment Length Polymorphism) 扩增片段长度多态性; (3) SSCP( Single Strand Conformation Polymorphism) 单链构象多态性; (4) cDNA-AFLP( cDNA- AmplifiedFragment Length Polymorphism) cDNA -扩增片段长度多态性; (5) TRAP( Target Region Amplified Polymorphism) 靶位区域扩增多态性; (6) SCAR ( Sequence Char acterized Amplified Region) 序列特征化扩增区域; (7) SRAP ( Sequencerelated Amplified Polymorphism) 相关序列扩增多态性。 2.4以mRNA为基础的分子标记技术

分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用

. . . . 生物分离的新技术——分子印迹 —创新论坛—工业生物技术专家报告会 2008级生命学院3班微生物与生化药学专业 2008001243 宋汉臣

目录 1分子印迹技术的原理与方法 (3) 1.1 MIP的制备过程 (3) 1.2制备MIP的方法 (3) 1.2.1预组装法——共价键作用 (4) 1.2.2自组装法——非共价作用 (4) 1.2.3 共价作用与非共价作用联合法 (5) 2 分子印迹技术在分离上的应用 (5) 2.1 MIP作为固定相的分离技术 (6) 2.1.1MIP作为固定相分离天然产物 (6) 2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留 (7) 2.2分子印迹膜(MIM)分离技术 (7) 3问题与展望 (8) 4 参考文献 (9)

摘要:分子印迹技术[1](Molecular Imprinting technique,MIT)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等优点,分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测及食品工业等众多领域,在分离提纯、免疫分析、酶模型以及生物模拟传感器等许多方面显示出良好的应用前景,引起了人们的广泛关注,其有望在三聚氰胺的快速痕量检测上发挥作用。 关键字:分子印迹生物分离分子印迹聚合物

前言: 分子印迹技术最初出现源于 20世纪 40年代的免疫学,当时Pauling[3]首次提出抗体形成学说为分子印迹理论的产生奠定了基础, 1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道,使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展,得到世界注目并迅速发展。基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点,因此分子印迹技术在许多领域,如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛的研究和开发,有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业形成产业规模化的应用。目前,全世界[3]至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中国、澳大利亚、法国在内的 10多个国家、100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究和开发。

分子标记技术

分子标记技术 摘要:分子标记技术就是利用现代分子生物学基础分析DNA分子特性,并借助 一些统计工具,将不同物种或同一物种的不同类群区分开来,或者将生物体的某些性状与DNA分子特性建立起来的关联关系,已广泛应用于植物遗传与育种研究的众多领域,包括遗传图谱的构建、遗传多样性分析、物种起源与进化、品种资源与纯度鉴定、分子辅助育种等多个方面,具有重大作用。 关键词:分子标记技术原理RFLP RAPD SSR AFLP EST SNP TRAP 分子标记技术应用 引言 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。与其他几种遗传标记——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达,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,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。 一.常用分子标记原理 分子标记技术的种类根据不同的核心技术基础,DNA分子标记技术大致可分为三类: 第一类以Southern杂交为核心, 其代表性技术为RFLP;第二类以PCR 技术为核心,如RAPD、SSR、AFLP、STS、SRAP、TRAP等;第三类以DNA序列(mRNA 或单核苷酸多态性)为核心,其代表性技术为EST标记、SNP标记等。理想的分子标记应达到以下的要求:①具有高的多态性;②共显性遗传;③能够明确辨别等位基因;④分布于整个基因组中;⑤选择中性(即无基因多效性);⑥检测手段简单、快速;⑦开发成本和使用成本尽量低廉;⑧在实验室内和实验室间重复性好。目前,没有任何一种分子标记均满足以上的要求,它们均具有各自的优点和不足。其特点比较见表一。 1.限制性内切酶片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP) 1974年,Grozdicker 等人鉴定温度敏感表型的腺病毒DNA突变体时,发现了经限制性内切酶酶解后得到的DNA片段产生了差异,由此首创了第一代DNA 分子标记技术——限制性内切酶片段长度多态性标记(RFLP)。其原理是由于不同个体基因型中内切酶位点序列不同(可能由碱基插入、缺失、重组或突变等造成),利用限制性内切酶酶解基因组DNA时,会产生长度不同的DNA酶切片段,通过凝

分子印迹技术及应用

分子印迹技术及应用 林凯城1李永莲2 (1.揭阳职业技术学院化学工程系广东揭阳 522000;2.广东轻工职业技术学院科研处广东广州510300) 摘 要:分子印迹技术是构建高分子聚合物的有效方法,这种方法简便、成熟。所构建的纳米孔穴与印迹分子在空间形 状、大小以及作用点上相匹配,所以能被印迹分子高效地选择性识别出来。目前已广泛应用于各种离子、小分子、大分子等 的印迹。文中阐明了分子印迹技术的基本原理,简述了分子印迹技术的主要制备方法,并展望了光子晶体的应用前景。 关键词:分子印迹;聚合方法;应用 中图分类号:Q503文献标识码:B 文章编号:1674-4896(2012)12-0026-05 分子印迹技术最先应用于20世纪40年代Paulin首次提出抗体形成学说[1],为后来分子印迹理论的产生和发展奠定了理论基础。1972年,Wulff在分子印迹技术方面的研究取得了突破性进 展,首次成功制备出分子印记聚合物(MIPs )[2]。 1993年Mosbach开展的有关茶碱分子的分子印迹聚合物的研究也取得巨大成就,并在《Nature》上发表了相关的论文。从此,分子印迹聚合物引起了人们的广泛关注,因为其具有高度专一性和普适性,并且广泛地应用于化学和生物学交叉的新兴领域,如模拟酶、药物分析、催化剂、色谱分析与色谱分离、仿生传感器等方面,受到世界关注并迅速发展。 高分子聚合物的合成,在合成之前将印迹分子加入到功能单体之中,两者之间发生化学作用,与此同时,加入交联剂及引发剂,通过一系列的聚合反应形成一个固态高分子化合物,这个化合物是高度交联的,接着将印迹分子从高分子中移除,这个可以利用化学或物理的方法移除,经过这个步骤之后,大量的空腔结构就在高分子化合物的内部形成并存在了,通过这些空腔结构内各官能团的位置以及它们各自的形状,空腔结构可以与印迹高分子进行互补,并且还能发生具有特殊性能的作用。分子印迹技术各方面的研究也正是利 用这一原理开展工作的。功能单体和印迹分子之间存在的化学作用方式主要有两种,一是共价键,另外一个是非共价键,其中又以非共价键作用方式的应用较多,它包括离子键作用、疏水作用、氢键作用等。 图1典型的分子印迹步骤[3] 当前,利用分子印迹技术合成的聚合物,由于其具有广泛的通用性和惊人的立体专一识别性,全世界进行MIPs的研究与开发的国家至少有10多个国家,包括日本、美国、德国、中国等,另外还有企事业单位和学术机构,其总数也不少于100个。但是, 由于目前所利用的制备聚合物的分子印 收稿日期:2012-09-04作者简介:林凯城(1983-),男,广东揭阳人,助教,研究方向:化学传感材料。 第5卷第6期2012年12月清远职业技术学院学报JournalofQingyuanPolytechnicVol.5,No.6Dec.2012 26

分子标记技术的种类Word版

分子标记技术的种类根据不同的核心技术基础,DNA分子标记技术大致可分为三类: 第一类以Southern杂交为核心, 其代表性技术为RFLP;第二类以PCR技术为核心,如RAPD、SSR、AFLP、STS、SRAP、TRAP等;第三类以DNA序列(mRNA或单核苷酸多态性)为核心,其代表性技术为EST标记、SNP标记等。理想的分子标记应达到以下的要求:①具有高的多态性;②共显性遗传;③能够明确辨别等位基因;④分布于整个基因组中;⑤选择中性(即无基因多效性);⑥检测手段简单、快速;⑦开发成本和使用成本尽量低廉;⑧在实验室内和实验室间重复性好。目前,没有任何一种分子标记均满足以上的要求,它们均具 有各自的优点和不足。其特点比较见表一。 1限制性内切酶片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)1974年,Grozdicker 等人鉴定温度敏感表型的腺病毒DNA突变体时,发现了经限制性内切酶酶解后得到的DNA片段产生了差异,由此首创了第一代DNA分子标记技术——限制性内切酶片段长度多态性标记(RFLP)。其原理是由于不同个体基因型中内切酶位点序列不同(可能由碱基插入、缺失、重组或突变等造成),利用限制性内切酶酶解基因组DNA时,会产生长度不同的DNA酶切片段,通过凝胶电泳将 DNA片段按各自的长度分开,通过Southern印迹法,将这些大小不同的DNA片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上,再用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,最后通过放射性自显影显示杂交带,即检出限制性片段长度多态性。进行 RFLP时,酶切要彻底,注意内切酶的选择,对于亲缘关系很近的物种,可增加内切酶的使用种类。目前RFLP 的使用领域很广泛,其具有以下优点:①RFLP标记源于基因组DNA的自身变异,理论上可覆盖整个基因组,能提供丰富的遗传信息;②标记不受组织、环境和发育阶段的影响;③呈共显性,即杂交时等位DNA片段均呈现带,能区分纯合基因型和杂合基因型,F2表现出 1∶2∶1的孟德尔分离定律[3],提供标记座位完全的遗传信息;④由于限制性内切酶的专一性使结果稳定可靠,重复性好。其缺点是:①操作繁琐,费时;②酶切后的DNA质量要求高;③使用放射性同位素进行分子杂交,有危险性等。 2随机扩增多态性DNA标记 (Random Amplified Polymorphic DNA,RAPD) 20世纪80年代,基于PCR技术的第二代分子标记技术诞生并迅速发展起来。1990年,Williams 等发表了一种不需预先知道DNA序列信息的检测核苷酸序列多态性的方法,即随机扩增多态性DNA标记(RAPD)。其原理是以碱基顺序随机排列的寡核苷酸单链(8-10bp)为引物,以组织中分离出来的基因组DNA为模板进行扩增。随机引物在基因组DNA序列上有其特定结合位点,一旦基因组在这些区域发生DNA片段插入、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,从而导致扩增产物的数量和大小发生改变,表现出多态性。用琼脂糖凝胶电泳分离扩增产物,溴化乙锭染色后可在紫外光下显现出基因组相应区域DNA的多态性。与RFLP相比,RAPD方便易行,DNA用量少,设备要求简单,不需DNA探针,设计引物也不需要预先进行序列分析,不依赖于种属特异性和基因组的结构;合成一套引物可以用于不同生物基因组分析,用一个引物就可扩增出许多片段,并且不需使用同位素,安全性好。但因为引物较短导致退火温度较低,易产生错配,故实验的稳定性和重复性差,且为显性标记,不能区分纯合子和杂合子。 RAPD 标记技术利用单引物扩增多个基因位点使其在一定程度上对反应条件敏感,这会限制其应用。将RAPD-PCR变成经典的PCR可克服此限制,即设计更长的引物。1993年,Paran提出的序列特征化扩增区域标记(Sequenced Characterized Amplified Region,SCAR)即为以经典PCR为基础的分子标记技术[1]。SCAR标记技术通过对产生的RAPD片段克隆和测序,设计一对互补于原来

分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用剖析

生物分离的新技术——分子印迹 —创新论坛—工业生物技术专家报告会 2008级生命学院3班微生物与生化药学专业 2008001243 宋汉臣

目录 1分子印迹技术的原理与方法 (3) 1.1 MIP的制备过程 (3) 1.2制备MIP的方法 (3) 1.2.1预组装法——共价键作用 (4) 1.2.2自组装法——非共价作用 (4) 1.2.3 共价作用与非共价作用联合法 (5) 2 分子印迹技术在分离上的应用 (5) 2.1 MIP作为固定相的分离技术 (6) 2.1.1MIP作为固定相分离天然产物 (6) 2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留 (7) 2.2分子印迹膜(MIM)分离技术 (7) 3问题与展望 (8) 4 参考文献 (9)

摘要:分子印迹技术[1](Molecular Imprinting technique,MIT)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等优点,分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测及食品工业等众多领域,在分离提纯、免疫分析、酶模型以及生物模拟传感器等许多方面显示出良好的应用前景,引起了人们的广泛关注,其有望在三聚氰胺的快速痕量检测上发挥作用。 关键字:分子印迹生物分离分子印迹聚合物

前言: 分子印迹技术最初出现源于 20世纪 40年代的免疫学,当时Pauling[3]首次提出抗体形成学说为分子印迹理论的产生奠定了基础, 1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道,使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展,得到世界注目并迅速发展。基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点,因此分子印迹技术在许多领域,如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛的研究和开发,有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业形成产业规模化的应用。目前,全世界[3]至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中国、澳大利亚、法国在内的 10多个国家、100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究和开发。

SSR分子标记简介

微卫星DNA标记技术及其在遗传多样性研究中的应用 摘要微卫星DNA的高突变率、中性、共显性及其在真核基因组中的普遍性,使其成为居群遗传学研究、种质资源鉴定、亲缘关系分析和图谱构建的优越的分子标记。本研究系统介绍了微卫星DNA在结构和功能上的特点,并对微卫星DNA标记技术应用的遗传学机理和一般方法进行了扼要的阐述。另外,本研究还探讨了微卫星DNA标记技术在遗传多样性研究中的应用现状,并进一步提出其发展前景。 关键词:微卫星DNA;微卫星DNA标记;遗传多样性 大量重复序列的存在是真核生物基因组的主要特点之一,而且这些重复序列的拷贝数可高达百万份以上。真核生物的基因组中,重复序列占有很大比重(>50%)。按照重复序列在染色体上的分布方式,分为散布重复和串联重复(VNTR)两种类型。散布重复序列的拷贝数很多,在重复单位之间彼此常有序列的变化,难以用做分子标记。串联重复序列根据重复单元数目的大小又分为卫星序列(satellites)、小卫星序列(mini-satellites)和微卫星序列(microsatellites)3种类型。其中,卫星序列的重复单元大,一般分布在染色体的异染色质区,采用分子标记系统来揭示其多态性有一定的困难;小卫星序列主要存在于染色体近端粒处,通常以15~75个核苷酸为核心序列,长度从几十到几千个碱基不等;微卫星序列一般较短,属于以1~6个核苷酸为基本单元的简单串联重复。 微卫星DNA是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分。微卫星DNA也称简单串联重复序列(SSRs)或简单串联重复序列多态性(STRP)。这些位点由非常短的串联重复DNA 片段(1-5个碱基)组成。微卫星DNA 最早是在人类基因组研究中发现的,它极其丰富,分布在整个基因组中[1] 。人类基因组最普遍的微卫星是那些含有A、AC、AAAN、AAN 或AG(这里N 代表G、C或T)的序列。这5组重复序列大约占到人类基因组微卫星总量的75%。微卫星DNA 序列在大多数的其它动、植物基因组中也先后被发现,并且 通过聚合酶链式反应可以确定其类型[2] 。(AT)n和(ATT)n 是首先于大豆中发现的在不同的株系中长度有所不同的重复序列,它们也是第一个被定位的植物微卫星座位。Wang等[3]发现微卫星序列中所有的单、双和四核苷酸重复序列都分布在DNA非编码区,而含G-C 碱基对的三核苷酸重复序列有57%位于编码区。微卫星重复序列在植物中出现的几率比动物中少得多。在植物中,约29kb中有20bp的微卫星序列[4],例如鹰嘴豆中(TAA)n、(GA)n和(CA)n 序列在平均60kb的长度中出现于12000个位点上[5];而动物中,约每6kb中就有20bp的微卫星重复序列。另外,研究还发现植物中最丰富的微卫星是(A)n,其次是(AT)n,再次是(GA)n。 Weber[6]将微卫星分为3类:完全重复(无间隔)、不完全重复(有非重复单位的碱基间隔)和复合重复(2个或更多重复单位彼此毗邻连续出现)。这些小的、串联排列的重复序列经常是通过核苷酸链的滑动错配或者其他未知的过程来改变它们的长度,从而导致微卫星在数量上的差异[7]。微卫星的突变率高:每代每个配子的每个位点有2.5×10-5~1×10-2突变,因此造成了它们的多态性。但微卫星周围的单拷贝序列一般不受其影响。Davierwala等对水稻及其近缘种利用(GATA)n和(AC)n微卫星两侧的序列合成的引物进行PCR扩增,再通过克隆、测序获得了大小不等的8个等位基因。测序分析的结果表明,不同等位基因的大小变异是由于微卫星重复数目的变异和微卫星两侧区域的序列的变异。 尽管目前对这些重复序列的功能和起源还不清楚,但许多研究已经证明,重复序列可以作为种或基因组水平的遗传标记,是分子水平上研究遗传多样性的一个有力工具。微卫星序列的重复单位小,而且这些重复单位的序列差异和数目变化能够形成丰富的多态性,因此得到了广泛的应用。微卫星通常是复等位的,代表每个微卫星位点的等位基因数目高度可变。微卫

分子标记技术原理、方法及应用

分子标记技术原理、方法及应用 一、遗传标记的类型及发展 遗传标记(genetic marker):指可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性。它具有两个基本特征,即可遗传性和可识别性;因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作为遗传标记。包括形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记四种类型。 形态学标记:主要包括肉眼可见的外部形态特征,如:矮秆、紫鞘、卷叶等;也包括色素、生理特性、生殖特性、抗病虫性等有关的一些特性。优点: 形态学标记简单直观、经济方便。缺点: (1)数量在多数植物中是很有限的; (2) 多态性较差,表现易受环境影响; (3)有一些标记与不良性状连锁; (4)形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程,周期较长 细胞学标记:植物细胞染色体的变异:包括染色体核型(染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等)和带型(C带、N带、G带等)的变化。优点: 能进行一些重要基因的染色体或染色体区域定位。缺点: (1)材料需要花费较大的人力和较长时间来培育,难度很大; (2) 有些变异难以用细胞学方法进行检测 生化标记:主要包括同工酶和等位酶标记。分析方法是从组织蛋白粗提物中通过电泳和组织化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。优点: 直接反映了基因产物差异,受环境影响较小。缺点: (1)目前可使用的生化标记数量还相当有限; (2)有些酶的染色方

法和电泳技术有一定难度 分子标记:主要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,也叫DNA标记。 (1)数量多,高多态性,信息量大(2)与生长发育无关,取材不受限制(3)能明确辨别等位基因(4)均匀分布于整个基因组(5)选择中性,不影响目标性状的表达(6)检测手段简单、快速(7)成本低廉(8)稳定,重复性好(9)共显性遗传 在遗传学研究中广泛应用的DNA分子标记已经发展了很多种,一般依其所用的分子生物学技术大致可以分为三大类: 第一类是以分子杂交为核心的分子标记,包括RFLP、DNA指纹技术等,这类分子标记被称为第一代分子标记; 第二类是以PCR为核心的分子标记,包括随机扩增多态性RAPD、简单序列重复SSR、扩增片段长度多态性AFLP、序列标签位点STS等,为第二代分子标记; 第三类是一些新型的分子标记,如:SNP标记、表达序列标签EST 标记等,也以PCR技术为基础,为第三代分子标记。 几种主要的DNA分子标记

分子标记技术简介

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。与其他几种遗传标记——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达,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)。但是,目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,通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。通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,通常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。

分子印迹技术及其研究进展

分子印迹技术及其研究进展 Malikullidin iz kaldurux tehnikisi wa uning tarakkiyati 分子印迹技术 近年来分子印迹学作为一门新兴的科学门类得到巨大的发展。分子印迹技术是 一种模拟抗体- 抗原相互作用的人工生物模板技术。它可为人们提供具有期望结构和性质的分子组合体,因此,分子印迹技术已成为当今化学研究领域的热点课题之一。分子印迹的出现源于免疫学,早在20世纪40年代由诺贝尔奖获得者Pauling 根据抗体与抗原相互作用时空穴匹配的“锁匙”现象,提出了以抗原为模板来合成抗体的理论。直到1972年德国科学家Wulff [18]研究小组首次成功制备出分子印迹聚合物,使这方面的研究得到了飞速的发展。1993年Mosbach[19]研究小组在美国《自然杂志》(《Nature》)上发表有关分子印迹聚合物的报道,更加速了分子印迹在生物传感器[20-24]、人工抗体模拟[25]及色谱固定相[26-30]分离等方面的发展,并由此使其成为化学和生物学交叉的新兴领域之一,得到了世界注目并迅速发展。分子印迹技术的应用研究所涉及的领域非常广泛,包括环境、医药、食品、 军事等。 1.分子印迹技术的基本原理及特点 分子印迹聚合物是具有特定功能基团以及孔穴大小和形状的新型高分子材料。是具有高度交联的结构,稳定性好,能够在高温、高压、有机溶剂以及耐酸碱的分子识别材料。它的制备是通过以下方法实现的:首先用功能单体(functional monomer)(funkissial tana)和模板分子(template)(izi kaldurlidigan malikulla)以共价键或非共价键形成复合物,再加入适当的交联剂 (cross-linker)(tutaxturguqi)和引发剂在加热、紫外光或其它射线照射的条件下聚合, 从而使模板分子在空间固定下来;最后通过一定的方法把模板分子洗脱,将模板分子从聚合物中除去, 这样就在聚合物中留下一个与模板分子在空间结构上完

分子标记技术的种类

分子标记技术的种类根据不同的核心技术基础,DNA分子标记技术大致可分为三类: 第一类以Southern杂交为核心, 其代表性技术为RFLP;第二类以PCR技术为核心,如RAPD、SSR、AFLP、STS、SRAP、TRAP等;第三类以DNA序列(mRNA或单核苷酸多态性)为核心,其代表性技术为EST标记、SNP标记等。理想的分子标记应达到以下的要求:①具有高的多态性;②共显性遗传;③能够明确辨别等位基因;④分布于整个基因组中;⑤选择中性(即无基因多效性);⑥检测手段简单、快速;⑦开发成本与使用成本尽量低廉;⑧在实验室内与实验室间重复性好。目前,没有任何一种分子标记均满足以上的要求,它们均具有各自的优点与 不足。其特点比较见表一。 1限制性内切酶片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP) 1974年,Grozdicker 等人鉴定温度敏感表型的腺病毒DNA突变体时,发现了经限制性内切酶酶解后得到的DNA片段产生了差异,由此首创了第一代DNA分子标记技术——限制性内切酶片段长度多态性标记(RFLP)。其原理就是由于不同个体基因型中内切酶位点序列不同(可能由碱基插入、缺失、重组或突变等造成),利用限制性内切酶酶解基因组DNA时,会产生长度不同的DNA 酶切片段,通过凝胶电泳将DNA片段按各自的长度分开,通过Southern印迹法,将这些大小不同的DNA片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上,再用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,最后通过放射性自显影显示杂交带,即检出限制性片段长度多态性。进行RFLP时,酶切要彻底,注意内切酶的选择,对于亲缘关系很近的物种,可增加内切酶的使用种类。目前RFLP 的使用领域很广泛,其具有以下优点:①RFLP标记源于基因组DNA的自身变异,理论上可覆盖整个基因组,能提供丰富的遗传信息;②标记不受组织、环境与发育阶段的影响;③呈共显性,即杂交时等位DNA片段均呈现带,能区分纯合基因型与杂合基因型,F2表现出 1∶2∶1的孟德尔分离定律[3],提供标记座位完全的遗传信息;④由于限制性内切酶的专一性使结果稳定可靠,重复性好。其缺点就是:①操作繁琐,费时;②酶切后的DNA质量要求高;③使用放射性同位素进行分子杂交,有危险性等。 2随机扩增多态性DNA标记 (Random Amplified Polymorphic DNA,RAPD) 20世纪80年代,基于PCR技术的第二代分子标记技术诞生并迅速发展起来。1990年,Williams 等发表了一种不需预先知道DNA序列信息的检测核苷酸序列多态性的方法,即随机扩增多态性DNA标记(RAPD)。其原理就是以碱基顺序随机排列的寡核苷酸单链(8-10bp)为引物,以组织中分离出来的基因组DNA为模板进行扩增。随机引物在基因组DNA序列上有其特定结合位点,一旦基因组在这些区域发生DNA片段插入、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,从而导致扩增产物的数量与大小发生改变,表现出多态性。用琼脂糖凝胶电泳分离扩增产物,溴化乙锭染色后可在紫外光下显现出基因组相应区域DNA的多态性。与RFLP相比,RAPD方便易行,DNA用量少,设备要求简单,不需DNA探针,设计引物也不需要预先进行序列分析,不依赖于种属特异性与基因组的结构;合成一套引物可以用于不同生物基因组分析,用一个引物就可扩增出许多片段,并且不需使用同位素,安全性好。但因为引物较短导致退火温度较低,易产生错配,故实验的稳定性与重复性差,且为显性标记,不能区分纯合子与杂合子。 RAPD 标记技术利用单引物扩增多个基因位点使其在一定程度上对反应条件敏感,这会限制其应用。将RAPD-PCR变成经典的PCR可克服此限制,即设计更长的引物。1993年,Paran提出的序列特征化扩增区域标记(Sequenced Characterized Amplified Region,SCAR)即为以经典PCR为基础的分子标记技术[1]。SCAR标记技术通过对产生的RAPD片段克隆与测序,设计一对互补于原来RAPD片段两端序列的24聚体的引物,扩增原来模板DNA,产生SCAR-DNA片段。相对于RAPD,SCAR由于使用更长的引物与

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