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主要DNA分子标记类型和特点

(2013-11-23 11:11:39)
分类: 科研

     生命的遗传信息存储于 DNA序列之中,高等生物每一个细胞的全部DNA构成了该生物体的基因组。基因组DNA序列的变异是物种遗传多样性的基础。尽管在生命信息的传递过程中DNA能够精确地自我复制,但是许多因素也能引起DNA序列的变化,造成个体之间的遗传差异。单个碱基的替换、DNA片段的插入、缺失、易位和倒位等都能引起 DNA序列的变异。 

    利用现代分子生物学技术揭示DNA序列的变异(遗传多态性),就可以建立DNA水平上的遗传标记。从1980年人类遗传学J.G.K.Botstein等首次提出DNA限制性片段长度多态性作为遗传标记的思想及1985年PCR技术的诞生至今,已经发展了十多种基于DNA多态性的分子标记技术,这些DNA标记技术综合起来可分为以DNA杂交为基础的和以PCR为基础的以及PCR技术和限制性酶切技术相结合的几种类型。显然,检测DNA水平上的遗传变异最精确的方法是直接测定 DNA序列,通过对测定的 DNA序列进行分析比较,即可揭示生物体间在单个核苷酸水平上的遗传多态性。基于这一原理,最近发展了SNP标记,即单核苷酸多态性标记,应用前景十分美好

    依据对DNA多态性的检测手段,DNA标记可分为四大类:

    第一类为基于DNA-DNA杂交的DNA标记。主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)、可变数目串联重复序列标记(Variable Number of Tandem Repeats, VNTR)、单链构象多态性RFLP(Single-Strand Conformation Polymorphism-RFLPSSCP-RFLP)等;

 

    第二类为基于PCRDNA标记。主要有随机扩增多态性DNA(Randomly Amplified Polymorphic DNA, RAPD),简单重复序列(Simple Sequence Repeats, SSR)简单序列重复间区Inter Simple Sequence Repeats, ISSR,测定序列标签位点(Sequence Tagged Site, STS),表达序列标签(Expressed Sequence Tag, EST),特征性片段扩增区域(Sequence Characterized Amplified Region, SCAR)

 

    第三类为基于PCR与限制性酶切技术结合的DNA标记。主要有两种,一种是扩增片段长度多态性(Amplified Fragment Length Polymorohism, AFLP),第二种是酶解扩增多态顺序(Cleaved Amplified Polymorphic sequence, CAPS)

    第四类为基于单核苷酸多态性的DNA标记。主要是单核苷酸酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)

各类常用分子标记的特点和应用如下:
 

标记名称

引物设计方法

特点

应用

多态性原因

RAPD

以几个随机寡核苷酸(常用10)为引物

简便、易行、灵敏、安全性好、DNA用量少,能快速进行基因多态性研究,但重复性较差

遗传资源保存、遗传多样性研究、种质资源鉴定、遗传资源分类、品种纯度鉴定、遗传图谱的构建、突变检测、基因标记和基因组比较

多态性是由于引物与不同区段的同源序列结合,产生不同的DNA产物

RFLP

以单拷贝或低拷贝的
DNA克隆(基因组DNAcDNA)作探针

 

共显性、信息完整、稳定性和重复性好

品种鉴别和品系纯度鉴定、分子标记连锁图谱构建、基因定位、种质鉴定和遗传背景分析、遗传多样性分析

多态性主要是由于限制性内切酶酶切位点或位点间DNA序列单碱基的替换、DNA片段的插入、缺失、易位和倒位等引起

 

SSR

两端序列较保守,
SSR引物根据与微卫星重复序两端的特定短序列设计,用来扩增重复序列本身,从而揭示微卫星的多态性。

 

共显性、信息完整、稳定性重复性好,操作简单

生物遗传作图、基因定位、群体遗传研究、个体间亲缘关系鉴定

 

多态性是由于SSR座位的基本单元重复次数的小同而形成

SNP

DNA测序中碱基的峰高和面积变化,已有
DNA序列比较,设计特定区域DNA片段的特异PCR引物,扩增相应DNA片段并进行序列比较

 

SNP的数量极其丰富,并且可以进行自动化检

 

适应于复杂性状的遗传分析、引起群体差异的基因识别

 

多态性足由于单个核苷酸的变异所引起

AFLP

用两种能产生黏性末端的限制性内切酶将基因组DNA切割成分子量人小不等的限制性片段,然后将这些片段与其末端互补的已知序列的接头连接,所形成带接头的特异片段用作随后的PCR反应模版,PCR引物5’端与接头和酶切位点序列互补,3’端在酶切位点后增加13个选择性碱基

 

不需预先知道DNA序列信息的情况下就可以同时进行多数DNA酶切片段的PCR扩增,既有RFLP的可靠性又有RAPD的方便性

 

构建高密度的遗传连锁图,DNA指纹图谱构建

 

多态性是由于酶切位点和其后的选择性碱基的变异

 

SCAR

根据RAPDAFLP基序列设计特异引物

 

克服了RAPD标记的不稳定性,AFLP标记的难操作性

 

生物遗传作图、基因定位

 

多态性是由于引物与不同区段的同源序列结合,产生不同的DNA产物

CAPS

适合于扩增产物的限制性内切酶

 

是一些特异引物
PCR标记的延伸

 

适应于性状连锁标记的发掘

 

多态性是由于特异PCR产物DNA序列内限制性晦切位点变异

 



主要DNA分子标记设计原理图解:

http://s3/mw690/0032qVZrgy6EYUKugJc22&690
AP-PCR:arbitrarily primed PCR     DAF:DNA amplification fingerprinting

主要类型的 DNA分子标记的技术特点比较:

http://s3/mw690/0032qVZrgy6EYUPlYxc82&690


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