分子生物学第09章DNA分子标记技术
dna分子标记技术概述
DNA分子标记技术概述1. 引言DNA分子标记技术是现代生物学和医学领域中非常重要的一项技术。
它可以通过特定的标记方法，在DNA分子上进行特异性地标记，从而实现对DNA序列的检测、定位和分析。
本文将对DNA分子标记技术进行全面、详细、完整和深入地探讨。
2. DNA分子标记技术的原理2.1 标记物选择在进行DNA分子标记之前，需要选择合适的标记物。
常用的DNA分子标记物包括荧光染料、辣根过氧化物酶标记物、生物素标记物等。
这些标记物具有不同的优势和适用范围，可以根据具体实验需求来选择合适的标记物。
2.2 标记方法DNA分子标记方法有多种，常用的包括直接标记法和间接标记法。
直接标记法是将标记物直接连接到DNA分子上，常用于荧光标记。
间接标记法是通过先引入标记物、再进行特定的反应来实现标记，常用于酶标记和生物素标记等。
2.3 标记效率和准确性DNA分子标记技术的效率和准确性是衡量其优劣的重要指标。
高效率和准确性可以保证实验结果的可靠性和准确性。
因此，在选择标记物和标记方法时，需要考虑到其标记效率和准确性，以及对实验结果的影响。
3. DNA分子标记技术的应用领域3.1 DNA测序和基因组学研究DNA分子标记技术在DNA测序和基因组学研究中有广泛的应用。
通过标记技术，可以对DNA序列进行检测和定位，从而实现对基因组的研究和分析。
3.2 分子诊断和疾病检测DNA分子标记技术在分子诊断和疾病检测中起到关键作用。
通过标记技术，可以检测和分析与疾病相关的基因或基因突变，从而实现早期诊断和治疗。
3.3 人类遗传学研究DNA分子标记技术对人类遗传学研究具有重要意义。
通过标记技术，可以进行人类遗传多样性和遗传变异的研究，为疾病发生机制和个体差异提供重要的参考和依据。
3.4 动植物遗传改良DNA分子标记技术在动植物遗传改良中有广泛应用。
通过标记技术，可以进行动植物基因分型和基因定位，为遗传改良工作提供重要的科学依据和技术支持。
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。
dna分子标记技术概述
dna分子标记技术概述DNA分子标记技术是一种基于DNA序列的分析方法，可以用来研究生物体的遗传变异和基因表达。
它是现代分子生物学和遗传学研究的重要工具之一，被广泛应用于农业、医学、生态学等领域。
DNA分子标记技术的基本原理是利用DNA序列的差异性，通过特定的方法将其转化为可检测的标记，然后利用这些标记来分析不同生物体之间的遗传关系和基因表达差异。
常用的DNA分子标记技术包括PCR-RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP等。
PCR-RFLP是一种利用PCR扩增DNA片段后，通过酶切鉴定其长度差异的方法。
RAPD是一种利用随机引物扩增DNA片段后，通过其长度和数量的差异来分析不同生物体之间的遗传关系的方法。
AFLP是一种利用限制性内切酶和连接酶对DNA片段进行特异性扩增的方法。
SSR是一种利用特定的引物扩增含有重复序列的DNA片段的方法。
SNP是一种利用单核苷酸多态性来分析不同生物体之间的遗传关系和基因表达差异的方法。
DNA分子标记技术具有高度的灵敏性、准确性和可重复性，可以用来研究不同生物体之间的遗传关系、基因表达差异、基因型鉴定等问题。
它在农业领域的应用主要包括品种鉴定、遗传多样性分析、杂交种育种等方面。
在医学领域，DNA分子标记技术可以用来研究遗传疾病的发生机制、基因诊断、药物反应等问题。
在生态学领域，DNA分子标记技术可以用来研究物种多样性、种群遗传结构、生态系统功能等问题。
总之，DNA分子标记技术是一种重要的分子生物学和遗传学研究工具，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和完善，它将在更多领域发挥重要作用，为人类的生产和生活带来更多的福利。
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。
分子标记技术概述
分子标记技术概述现代生物技术是近几十年来发展起来的以现代生命科学为基础，利用生物体系和现代工程原理，集中多学科的新知识生产生物制品和创造新物种的综合科学技术。
随着分子生物学的快速发展，现代生物技术为作物育种提供了强有力的工具，分子标记辅助选择（MAS）是其中一项重要的技术手段，弥补了传统作物育种中选择效率低的缺点，加快了育种进程，为育种家广泛采用。
一、分子标记的定义与特点遗传标记（genetic marker）是指可追踪的染色体、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。
在遗传分析上遗传标记可用作标记基因，它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别性，生物的任何有差异表型的基因突变型均可作为遗传标记。
传统的遗传标记主要包括形态标记、组织细胞标记、生化标记与免疫学标记等，这些标记都是基因表达的产物，易受生理状态、贮藏加工等多个因素的影响，具有较大的局限性。
Bostein 等（1980）利用限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）作为遗传标记分析的手段，开创了应用生物体DNA多态性发展遗传标记的新阶段。
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水平上差异的一类遗传标记，它是继形态学标记、细胞学标记、生化标记之后发展起来的新型遗传标记技术。
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。
而通常所说的分子标记是指以DNA 多态性为基础的遗传标记，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，直接反映出生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。
相对于传统的遗传标记，DNA 分子标记的优势在于：DNA 分子标记多为共显性标记，能够简单直观地分辨出纯合和杂合的基因型，对隐性性状的选择十分有利；多态性高，由于自然界中存在丰富的基因组变异，能够开发出几乎无限的DNA 分子标记；稳定性好，不受环境和生物生长与发育阶段的影响，任何时候任何组织的DNA 都可用于标记分析；由于DNA 分子标记是在DNA 水平上开发而来，表现为中性，不会与其他性状连锁，因此不影响目标性状的表达；检测手段简便、迅速，成本低。
dna分子标记技术
dna分子标记技术DNA分子标记技术是一种重要的生物技术手段，它在现代生命科学研究和医学诊断中扮演着至关重要的角色。
本文将全面介绍DNA分子标记技术，包括其原理、应用和未来的发展方向。
首先，我们来了解一下DNA分子标记技术的原理。
DNA分子标记技术是利用特定的标记物将DNA序列与其他分子或材料相结合，以实现对DNA的检测、分离和定位等操作。
常见的DNA分子标记技术包括荧光标记、放射性标记和酶标记等。
其中，荧光标记是最常用的方法之一，它通过将DNA与荧光染料结合，使DNA在荧光显微镜下呈现出明亮的荧光信号。
接下来，让我们来看一下DNA分子标记技术的应用领域。
DNA分子标记技术在生命科学研究中广泛应用于基因测序、基因组学、蛋白质组学等领域。
通过将DNA标记物与待研究的生物样品进行反应，可以快速准确地检测出目标基因的存在和表达水平。
此外，DNA分子标记技术在医学诊断中也有重要的应用价值。
例如，在肿瘤学中，可以利用DNA分子标记技术检测肿瘤相关基因的突变情况，为肿瘤的早期诊断和治疗提供重要依据。
然而，DNA分子标记技术仍存在一些挑战和限制。
首先，由于DNA 的序列多样性和长度差异，选择适合的标记物对不同的研究目的来说是一个复杂的过程。
此外，在分析复杂样品时，如组织和血液等，需要克服背景干扰和检测灵敏度的问题。
因此，在开发更加灵敏、快速、准确的DNA分子标记技术方面，仍需要进一步的研究。
对未来的展望来说，DNA分子标记技术具有巨大的发展潜力。
随着生物学和医药研究的不断深入，对DNA的分析和检测需求将不断增加。
因此，我们可以预见，随着技术的进一步创新和改进，DNA分子标记技术将发展成为更加成熟和可靠的工具，为生命科学研究和医学诊断提供更多的可能性。
综上所述，DNA分子标记技术是一项既生动又充满潜力的生物技术。
通过荧光标记、放射性标记和酶标记等方法，可以实现对DNA的快速、准确的检测和定位。
当前，DNA分子标记技术已经广泛应用于基因测序、基因组学和医学诊断等领域，但仍面临一些挑战和限制。
分子标记技术
1.2DNA分子标记的定义及特征
• 定义：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 • 特征：不受环境和其他因素的影响； 多态性几乎遍布整个基因组；不受基 因表达与否的影响，具有数量丰富、 多态性强及操作简单等特点
• 基于单核苷酸多态性的DNA分子标记 • SNPs（Simple Nucleotide Polymorphisms,单核 苷酸多态性） • 同一位点的不同等位基因之间常常只有一个或几 个核苷酸的差异，从分子水平上单个核苷酸的差 异进行检测具有重要意义 • 检测SNPs方法a.随机扩增DNA（RAPD）法 b.DNA芯片（DNA-chip）检测法
3.3 遗传连锁图谱的构建
• 连锁图谱（linkage map），又称遗传图谱（ genetic map ） 或 遗 传 连 锁 图 谱 （ genetic linkage map），是指基因或DNA分子标记在 染色体上的相对位置 • 绘制遗传连锁图的方法有很多，但是 DNA多 态性技术未开发时，鉴定的连锁图很少，随 着 DNA 多态性的开发，使得可利用的遗传标 志数目迅速扩增
• AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism,扩增片段长度多态性） • AFLP基本原理：对DNA限制性酶切片段进 行选择性扩增 • AFLP指纹呈孟德尔式共显性和显隐性遗传 • AFLP兼具RAPD与RFLP优点，有较高的稳 定性
对PCR扩增片段的限制性酶切来 揭示扩增区段的多态性——CAPS
DNA分子标记技术概述
作者简介:姚红伟(1981-),男,硕士研究生,研究方向:水产生物繁育。
E -mail :yao_317@doi :10.3969/j.issn.1004-6755.2010.07.020DNA 分子标记技术概述姚红伟1,张立冬1,孙金阳1,刘霄霞2(1.大连海洋大学生命科学与技术学院,辽宁大连116023;2.太原理工大学,山西太原030024)摘 要:综述了DNA 分子标记技术的类型及代表性分子标记技术的基本原理和优缺点,对常用分子标记技术进行了对比,并对其发展趋势进行了展望。
关键词:DNA ;分子标记;类型;原理;展望 1953年Wat son 和Crick 提出DNA 分子结构双螺旋模型,宣布了分子遗传学时代的到来。
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[1]。
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[2]。
DNA 分子标记不受环境和发育阶段的影响,标记数丰富,可大大提高杂交育种的有效性和可靠性,而且在对杂种机理的认识、杂种优势的预测、目的性状的选择等方面已显示出不可比拟的优越性。
很多分子标记表现为共显性,能鉴别出纯合基因型和杂合基因型,能提供完整的遗传信息。
同时,许多以前无法开展的研究如环境因素的影响、数量性状的多重效应等在分子标记的帮助下已经开展。
1 D NA 分子标记技术的类型DNA 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DNA 分子标记技术有几十种,部分分子标记技术所属类型如下。
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9.1 基于 Southern 杂交技术的分子标记 9.2 随机（或半随机）引物分子标记技术 9.3 序列标志位点技术 9.4 分子标记的应用领域
DNA分子标记的定义
DNA分子标记就是在同一物种不同个体间 DNA序列上的差异，某一特定的差异可以通过实 验的方法检测出来，测出来的特定差异就是特定 的DNA分子标记。利用不同的实验方法可以得到 许许多多的DNA分子标记，这些DNA分子标记 表明了这些个体间遗传物质上的差异。
3. 用不同探针可以探测出不同的RFLP标记，标记 的密度远远超过以性状为基础的图谱。
RFLP 的不足
虽然RFLP分子标记有这些优点，但实验步骤 较多，费工费时，费用也高，使其应用受到一定 的限制。
要使RFLP在指导遗传育种中发挥作用，还必 须将RFLP与已知性状联系起来，仅有RFLP标记 图使用价值不大。
RFLP 分析
换不同的限制性内切酶切割，配合不同 的标记探针，可以得到数目多得惊人的条带， 从而找到很多的分子标记。这些分子标记与 表型标记一样，可以用于遗传学的研究。但 分子标记没有显隐性之分，都是共显性的。
采用一种探针 作 6 个栽培品种的RFLP分析
RFLP所用探针的来源
RFLP分析的效率依赖于选择合适的探针。 由于用能探测重复序列的探针探测出的片段太 多，难以比较，所以探针一般来自单拷贝或低 重复序列。常用的RFLP探针主要来源于随机基 因组克隆和cDNA克隆。
RFLP所用探针的来源
由于基因组DNA中甲基化一般很少在表达 基因中发生，故用对甲基化敏感的限制酶切， 可得到长度为1～2kb的DNA片段，它 用 cDNA 克 隆 作 探 针 ， 最 好 制
RAPD （ randomly amplified polymorphic DNA）称为随机扩增DNA多态性。它是利用随 机引物（通常为10个核苷酸）对不同生物个体基 因组DNA进行PCR扩增，扩增产物经电泳分离， 溴化乙锭染色，显示出扩增产物的多态性。不同 个体间差异的条带可以作为分子标记。
MAAP技术比较
(Multiple arbitrary amplicon profiling)
AP-PCR：arbitrarily primed polymerase chain reaction
遗传标记的发展
形态标记→ 细胞学标记（染色体多态性）→ 蛋白质标记（同工酶，分子标记）→ DNA 标记（分子标记）
RFLP 分析
RFLP （ restriction fragment length polymorphism）称为限制性片段长度多态性。当用 某种限制性内切酶处理不同生物个体来源的DNA 时，由于个体间DNA序列的差异，所产生的切割 片段长度和数量可能不同，利用凝胶电泳可以将 这些片段分离并观察到差异，这种差异就是 RFLP。
RFLP
标 记 的 共 显 性
什么是多态性
多态性是在不同个体之间比较得到 的差异带，来自于一个个体本身的长短 不等的片段不是多态性。
RFLP 标记的优点
1. RFLP标记无表型效应，不受环境条件和发育阶 段的影响。因此可在特征性状远未出现之前就可 以知道其基因型。
2. RFLP标记在等位之间是共显性的，因此不受杂 交方式的影响。不管是正交、反交、回交，总是 在F1代中含有两亲本各一组染色体的片段之和。
VNTR差异带的检测
父
的 检 测 结
母 子 女 间
VNTR
果
VNTR应用举例
用33.15（探针名）进行白种人的DNA指纹分 析时，两个无血缘关系的个体具有相同DNA指纹 图谱的概率为3×10－11，而当把33.15和33.6两个 探针取得的结果综合分析时，两个个体指纹图谱 相同的概率更是降低到5×10－19。
可变数量串联重复（VNTRs）
在真核生物基因组中有小卫星和微卫星序列存 在，它们是短序列（核心序列）高度重复的序列， 在不同生物个体间，某一座位上的核心序列重复的 次数有很大差异，并且这些重复序列有多座位性， 因此形成了高度的多态性。用某种高度重复序列的 核心序列作探针，测定其RFLP，得到电泳后的杂交 图谱，这种图谱称为指纹图谱，可以用来鉴别个体、 亲子鉴定等。
RFLP 分析
RFLP产生的差异带可以作为分子标记，用于 遗传学的研究。
当 一 个 生 物 有 多 条 染 色 体 ， 且 DNA 分 子 很 大 时，用一种限制性内切酶切割出的DNA片段太多， 电泳后的条带无法分辨。
使用某一特定序列的标记探针，与电泳分离的 片段进行Southern杂交，再显示出杂交带，可以大 大减少被观察条带的数目，便于不同生物个体间的 比较和找出差异带。
VNTRபைடு நூலகம்例
The cause of the variation between individual genomes at microsatellites or minisatellites is that individual alleles have different numbers of the repeating unit.
两个不同油菜品系的RAPD
RAPD的特点
➢虽然对具体的一个引物而言其检测DNA多态性的位 点是有限的，但是当采用一组引物时，检测区域几乎 可以覆盖整个基因组，从而得到整个基因组DNA的多 态性。
➢RAPD的特点是操作简便迅速，不需要标记探针。只 要有一套随机引物就能对任何物种进行RAPD操作。
➢RAPD标记也必须与表型相联系才能发挥指导遗传育 种的作用。
For example, one minisatellite has a repeat length of 64 bp, and is found in the population with the following distribution:
7% 18 repeats 11% 16 repeats 43% 14 repeats 36% 13 repeats 4% 10 repeats