最新同工酶技術(shù)及其在植物育種上的應(yīng)用

1、同工酶技術(shù)同工酶技術(shù)及其在植物育種上的應(yīng)用及其在植物育種上的應(yīng)用1 同工酶技術(shù)1.1 同工酶的概念 同工酶：催化同一生化反應(yīng)的、在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)有所不同的酶的多種形式。 markert，moller 乳酸脫氫酶 等位酶：同一基因位點(diǎn)的不同等位基因所編碼的一種酶的不同形式。1.2 酶電泳的原理1.2.1 酶蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)有酸堿性質(zhì)和四級(jí)結(jié)構(gòu) 1.初級(jí)結(jié)構(gòu)： 2.二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu) 3.四級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) 酶是蛋白質(zhì)，有四級(jí)結(jié)構(gòu)，也有酸堿性質(zhì)。 通常每一種酶蛋白質(zhì)的亞基數(shù)目是固定不變的。1.2.2 電泳原理 粒子在電場(chǎng)影響下的移動(dòng)。 u=qd/4r2 把含有各種蛋白質(zhì)

2、的組織勻漿樣品放在凝膠里，電泳后，由于它們的凈電荷極分子大小形狀不同而移動(dòng)速度不同，各種蛋白質(zhì)分散在電泳跑道上，這時(shí)它們是看不見的。 專性的組織化學(xué)染色來使它們被看見。2.酶蛋白質(zhì)電泳的遺傳學(xué)解釋 酶譜上的帶是酶蛋白質(zhì)基因的表現(xiàn)型，而不是酶基因或酶基因型本身：（1）代表等位基因的帶（2）代表同一基因位點(diǎn)的帶（3）次生雜聚體酶帶（4）人為帶和其他非遺傳帶 酶譜帶型和帶的數(shù)目：（1）酶本身結(jié)構(gòu)；（2）在細(xì)胞中的分布；（3）編碼基因來源。 酶蛋白質(zhì)都是由dna編碼通過rna合成的； 所以使用等位酶資料的根據(jù)是：（1）酶在電場(chǎng)里移動(dòng)性的改變反應(yīng)了編碼dna的改變，所以酶譜類型是遺傳的；（2）大多數(shù)酶的

3、不同形式都是等顯性的。選作遺傳學(xué)分析的酶 單體酶 二聚體酶 四聚體酶2.1 同工酶在細(xì)胞內(nèi)的分布 細(xì)胞液（細(xì)胞溶質(zhì)） 質(zhì)體（葉綠體等） 線粒體 微粒體2.2 二倍體植物的基因型與酶型 基因型 酶型：單體酶a1，二聚體酶a1a1，四聚體酶a1 a1 a1 a1.2.2.1 單體酶的酶型 基因型 a1a1 a1a2 a2a2 酶譜帶型 a1 a1 a2 a22.2.2 二聚體酶的酶型 基因型 a1a1 a1a2 a2a2 酶譜帶型 a1a1 a2a2 a1a1 a1a2 a2a22.2.3 三聚體酶的酶型 基因型 a1a1 a1a2 a2a2 酶譜帶型 a1a1a1 a2a2a2 a1a1a1 a

4、1a1a2 a1a2a2 a2a2a22.2.4 四聚體酶的酶型 基因型 a1a1 a1a2 a2a2 酶譜帶型 a1a1a1a1 a2a2a2a2 a1a1a1a1 a1a1a1a2 a1a1a2a2 a1a2a2a2 a2a2a2a22.2.5 二倍體植物的居群或種內(nèi)基因型與酶型 進(jìn)行等位酶分析時(shí)，都要進(jìn)行群體隨機(jī)取樣，在幾十或成百上千的樣品個(gè)體中，看到的等位基因就不止2個(gè)。 在一個(gè)二倍體植物的居群或種內(nèi)，不同的個(gè)體中各等位基因可能純合，也可以兩兩組合形成各個(gè)種雜合基因。 有三個(gè)等位基因的一個(gè)單體酶位點(diǎn)在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關(guān)系。（p178）有三個(gè)等位基因的一個(gè)二聚體酶位點(diǎn)

5、在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關(guān)系。（p179）有三個(gè)等位基因的一個(gè)四聚體酶位點(diǎn)在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關(guān)系。（p179）有3個(gè)以上等位基因的二倍體植物居群的基因型種類 t=m!/2(m-2)!+m t為基因型的種類數(shù)；m為等位基因的數(shù)目；！為階乘。 在各種雜合情況下，單體酶具有2條帶、二聚體酶具有3條帶，四聚體體酶具有5條帶。2個(gè)個(gè)體的酶譜不同未必不是一個(gè)種，帶多的未必是基因變化多。 直接把酶譜上帶的多少或遷移率作為數(shù)量性狀進(jìn)行遺傳學(xué)計(jì)算或聚類分析那將是十分危險(xiǎn)和錯(cuò)誤的。 進(jìn)行等位酶分析必須采取盡量多的樣品，檢查盡量多的酶，而且必須正確地解釋酶譜上看到的帶。從酶譜上找出

6、真正代表位點(diǎn)和等位基因的信息。掌握原則 不同位點(diǎn)的酶帶往往相距較遠(yuǎn)，二聚體以上的酶的帶之間不形成雜合酶型的帶； 在單體酶的酶譜中，每種酶型都代表1個(gè)等位基因；在二聚體以上的酶的酶譜中，凡酶型為純合的才能代表等位基因，不同的純合酶型代表不同的等位基因。3 同工酶技術(shù)在植物育種上的應(yīng)用3.1 在遺傳多樣性研究上的應(yīng)用 在種內(nèi)水平上，等位酶可作為一種穩(wěn)定的遺傳標(biāo)記，通過等位酶分析可以測(cè)量遺傳變異性，常用的指標(biāo)： 1.多態(tài)位點(diǎn)的百分?jǐn)?shù)p； 2.平均每個(gè)位點(diǎn)等位基因的有效數(shù)目ae； 3.平均每個(gè)位點(diǎn)的觀察雜合度ho； 4.平均每個(gè)位點(diǎn)的期望雜合度。 了解一個(gè)種在分布區(qū)范圍內(nèi)各種群的基因豐富程度及各種群內(nèi)

7、和種群間的等位基因的組成、分布情況以及等位基因在空間和時(shí)間上的動(dòng)態(tài)變化情況。 2000年黎中寶等，研究兩種不同生境的桐花樹種群的遺傳多樣性和遺傳分化。 桐花樹種和種群水平都維持有較高的遺傳變異性。 1986年，江洪等根據(jù)同工酶結(jié)構(gòu)基因定位和形態(tài)特征，推知tat系列中的冰草染色體與小麥的同祖群有一定部分同源關(guān)系。 1999年，郎萍等對(duì)栗屬中國特有種種群的遺傳多樣性研究，揭示了長江流域的神農(nóng)架及周邊地區(qū)為中國板栗的遺傳多樣性中心。3.2 在品種鑒定上的應(yīng)用 同工酶多態(tài)性小，僅用一種同工酶只能部分區(qū)別品種，需多種酶系一起分析才可以將所有品種一一區(qū)別。 王家保等（2004）用過氧化物酶、酯酶和淀粉酶同

8、工酶區(qū)分11份蓮霧品種。 孫彩云等（2002）用酯酶、蘋果酸酶、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶、磷酸葡萄糖變位酶、超氧化物歧化酶5種酶系統(tǒng)研究墨蘭和春蘭17個(gè)變種及品種的同工酶多樣性，能夠把供試品種和變種區(qū)分開來。 莫饒2005年建立了10個(gè)咖啡中粒品種的pod同工酶指紋，鑒別出4個(gè)品種的差異。編號(hào)品種酶 帶1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-13酶帶數(shù)x1xing24-21 1 1 1 0 0 1 1 0 17x3xing60 0 0 0 1 1 1 1 1 16x7xing8-10 1 1 1 0 0 1 1 0 16y5xing24-110 0 1 1 1 1 1 0 0 1 63.3 種子純度鑒定上的應(yīng)用 利用同工酶技術(shù)可以較為快捷、有效及低成本地檢測(cè)種子的純度。 方宣鈞等1997年，篩選出5個(gè)雜交水稻組合特異性等位酶標(biāo)記，輔助標(biāo)記鑒定標(biāo)記9個(gè)，可對(duì)供試的9個(gè)雜交水稻組合進(jìn)行真?zhèn)渭凹兌辱b定。 吳建梅等2003年，采用酯酶同工酶電泳法，對(duì)10份特優(yōu)系列組合進(jìn)行純度鑒定，與田間種植鑒定很好吻合。3.4 雜交后代的分析 利用同工酶對(duì)雜交后代進(jìn)行分析可了解相關(guān)遺傳信息。3.5 外源dna導(dǎo)入后代的檢測(cè) 外源dna導(dǎo)入的受體和后代，出現(xiàn)明顯的酶譜變化。 盧翠花等（2000）將蕓豆、玉米