遺傳多樣性及其研究方法

1、 遺傳多樣性及其研究方法任旭琴(淮陰工學(xué)院農(nóng)食系 , 江蘇 淮安 223001摘 要 :在闡述遺傳多樣性的意義的基礎(chǔ)上 , 對遺傳多樣性的研究方法從形態(tài)學(xué) 、 細胞 、 生化和 DNA 等水平分別進行了詳 細概述 。關(guān)鍵詞 :遺傳多樣性 ;DNA 分子標記 ; 同工酶中圖法分類號 :Q3-06 文獻標識碼 :A 文章編號 :1009-7961-(2002 05-0006-03收稿日期 :2002-03-13; 修改日期 :2002-09-20作者簡介 :任旭琴 (1973, 女 (漢 , 山西高平人 , 淮陰工學(xué) 院助教 , 農(nóng)學(xué)碩士 .1 遺傳多樣性的意義 根據(jù)聯(lián)合國 生物多樣性公約 , 生

2、物多樣性, 地 、 綜合體 17。 組成部分 , 礎(chǔ)方面 , 織形式 , 物種的多樣性也就顯示了基因的多樣性 。 因此 , 廣義的遺傳多樣性是指地球上所有生物所 攜帶的遺傳信息的總和 。遺傳多樣性是重要的生物資源 。遺傳多樣性 的喪失是人類賴以生存資源的永久性喪失 , 隨著 現(xiàn)代工業(yè)和科技的不斷發(fā)展 , 生態(tài)環(huán)境明顯惡化 , 遺傳多樣性的研究 、 保護及可持續(xù)利用已成為全 球矚目的問題 。所以廣義上講 , 保護遺傳多樣性 就是保持生物多樣性和人類賴以生存的生態(tài)環(huán) 境 。2 遺傳多樣性的研究方法自 19世紀達爾文在 物種起源 中揭示出生 物中普遍存在變異現(xiàn)象即多樣性開始 , 國內(nèi)外學(xué) 者就已經(jīng)對

3、遺傳多樣性進行了廣泛 、 深入的研究 。 隨著生物學(xué)研究水平的提高和實驗手段的不斷改 進 , 檢測遺傳多樣性的方法逐步發(fā)展起來 。2. 1形態(tài)學(xué)標記形態(tài)學(xué)標記 (m orphological markers 是指植物的外部特征特性 8。 傳統(tǒng)的檢測方法是根據(jù)個體間 的形態(tài)差異來區(qū)分某些特殊個體的 。由于表型和、 調(diào)控 、 個體發(fā)育等復(fù) , 根據(jù)表型上的差異來反應(yīng)基因型 關(guān)鍵所在 。所以 , 形態(tài)學(xué)或表型性狀檢測遺傳多 樣性是最直接的 、 簡便易行的方法 。但是 , 由于形 態(tài)學(xué)或表型性狀數(shù)量較少 , 易受環(huán)境條件 、 人為因 素測量工具及基因顯隱性等因素的影響 , 遺傳表 達不穩(wěn)定 , 因此在

4、有些情況下并不能完全真實全 面地反映遺傳多樣性 。2. 2細胞學(xué)標記細胞學(xué)標記 (cytological markers 主要是指染色 體核型 (染色體數(shù)目 、 大小 、 隨體 、 著絲點位置等 及帶型 (C 帶 、 G 帶 、 N 帶等 8。染色體分帶技術(shù) 是一種直觀 、 快速而經(jīng)濟的檢測外源遺傳物質(zhì)的 方法 。 由于染色體分帶技術(shù)的技術(shù)性較強 , 易受 實驗條件的影響 , 且大多數(shù)染色體具有這種細胞 學(xué)標記數(shù)目有限 , 導(dǎo)致細胞學(xué)標記對某些不具有 特異性帶型的染色體或片段進行鑒定時結(jié)果的可 靠性略差 。2. 3生化標記生化標記 (biochemical markers 主要包括同工 酶 ,

5、 是鑒定外源 DNA 和研究物種起源進化的有效 工具 , 它們比形態(tài)標記更能提供較大的差異信息 , 1966年 , Hubby 、 Lew ontin 、 Johns on 和 Harris 分別報 道了利用凝膠電泳技術(shù)結(jié)合酶的特異性染色對果 蠅和人類群體遺傳變異的定量研究 , 打開了用一 種全新方法研究天然群體變異的大門 。這種方法 就是后來在系統(tǒng)學(xué)和進化研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的同 工酶電泳技術(shù) (Is ozyme electrophosis 。其基本原理 是根據(jù)不同蛋白質(zhì)所帶電荷性質(zhì)不同 , 通過蛋白 質(zhì)電泳或色譜技術(shù)以及專門的染色反應(yīng)顯示出不第 11卷第 5期 2002年 10月 淮 陰 工

6、學(xué) 學(xué) 報Journal of Huaiyin Institute of T echnology V ol. 11N o. 5OCT. 2002同形式的同工酶 , 從而鑒別不同的基因型 。生化 標記具有實驗程序簡單 , 易操作 , 成本較低 , 比較 穩(wěn)定 , 比形態(tài)學(xué)標記更能提供較大的差異信息等 優(yōu)點 , 但是生化標記數(shù)目在一定程度上仍然有限 , 且不具有共顯性 , 因而限制了它的應(yīng)用 。2. 4 分子標記廣義的分子標記是指可遺傳的并可檢測的 DNA 序列或蛋白質(zhì) 。 狹義的分子標記是指以 DNA 多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標記 。本文指的分子標記即 為后者 。 由于 DNA 分子標記克服了同工酶遺

7、傳標 記數(shù)量有限的不足 。自 1980年以來 , 分子標記技 術(shù)發(fā)展很快 。2. 4. 1 限制性片段長度多態(tài)性 (Restriction Frag 2 ment Length P olym orphism , RF LP RF LP 是最早發(fā)展的分子標記 ,DNA10。 RF LP :, 不受環(huán) 境影響 ;RF LP B 標記等為基因之間呈共顯性 ; 非等 位的 RF LP 標記之間不存在上位效應(yīng)及其它形式 的基因互作 ; 結(jié)果穩(wěn)定可靠 , 重復(fù)性好 。但是分析 程序復(fù)雜 , 技術(shù)難度大 , 費時 , 成本高 , 需要適合的 探針和放射性同位素 , 而且每次反應(yīng)需要 DNA 量 較大 , 多

8、態(tài)位點數(shù)目有限 , 所以應(yīng)用受一定的限 制 。2. 4. 2 隨機擴增多態(tài)性 DNA (Random Am plified P olym orphic DNA ,RAPD RAPD 技術(shù)是由 Williams 和 Welsh 領(lǐng)導(dǎo)的兩個 研究 小 組 同 時 提 出 的 , Williams 稱 之 為 RAPD , Welsh 稱之為 AP -PCR 6,17,18。它是利用一個隨 機序列的寡核苷酸作引物 , 通常為 10個核苷酸 , 以基因組 DNA 作為模板進行 PCR 擴增反應(yīng) , 經(jīng)瓊 脂糖凝膠電泳來檢測 DNA 序列的多態(tài)性 。 RAPD 標記檢測靈敏方便 , 多態(tài)性強 , 可檢測

9、出 RF LP 標 記不能檢測的重復(fù)順序區(qū) , 因此可填補 RF LP 圖譜 的空缺 。但是 RAPD 是顯性標記 , 容易受反應(yīng)條 件影響 , 穩(wěn)定性較差 。2.4. 3 擴增片段長度多態(tài)性 (Am plified Fragmeng Length P olym ophism , AF LP AF LP 是 Z abeau 和 V os 等發(fā)明的一項技術(shù) 18。 AF LP 主要包括模板 DNA 的制備 , 引物的組裝 , 酶 切片段被選擇性擴增 。其實質(zhì)是利用兩種或兩種 以上的酶切割 DNA , 形成不同酶切位點的限制性 酶切片段 , 在所得的酶切片段上加上雙鏈人工接 頭 , 作為 PCR

10、擴增的模板 。顯然 ,AF LP 兼具備了 RF LP 和 RAPD 兩種標 記方 法 的 優(yōu) 點 。而 且 AF LP 能 提 供 比 RF LP 和 RAPD 更多的多態(tài)性信息 , 但是 AF LP 在技術(shù)上復(fù) 雜 , 較難操作 。2. 4. 4 微衛(wèi)星標記微衛(wèi)星 DNA 又稱簡單重復(fù)序列 (Sim ple Se 2 quence Repeats , SSR , 是由重復(fù)數(shù)目可變的串聯(lián)重 復(fù)核心序列組成 , 如 (G A n , (G AT A n 等 , 長度一般 小于 100bp , , 由于重復(fù)次數(shù) 。微衛(wèi)星 典型的共顯性 , ,DNA 的用量少 , 擴增 。3 建議檢測遺傳多樣性的

11、方法是隨著生物學(xué) , 尤其 是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展而不斷提高和完善 的 , 本文主要從形態(tài)學(xué)水平 , 細胞學(xué)水平 , 生化水 平和分子水平對遺傳多樣性的檢測方法作了扼要 介紹 , 可以看出 , 不同的檢測方法在理論上或在實 際研究中都有各自的優(yōu)點和局限 , 目前還找不到 一種完全取代其它方法的技術(shù) 。因此 , 在研究生 物的遺傳多樣性時 , 可將幾種檢測方法綜合使用 , 揚長避短 , 建立快速有效的綜合方法 。同時在分 子標記中 , 除 RF LP 外 , 其它分子標記都是建立在 PCR 反應(yīng)基礎(chǔ)上的 , 又各有所長 , 所以我們可以借 助于 PCR , 結(jié)合各種分析方法 , 更快速 、

12、更簡單 、 更 可靠地獲得分子標記 , 從而加快遺傳多樣性的研 究進程 。參考文獻 :1WRI et al. 馬克平等譯 . 全球生物多樣性策略 M.北京 :中國標準出版社 ,19932陳靈芝 . 中國的生物多樣性 -現(xiàn)狀及其保護策略 M.北京 :中國標準出版社 ,19933戴思蘭 . DNA 遺傳標記在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 J.生物工程進展 ,19964葛頌等 . 植物群體遺傳結(jié)構(gòu)研究的回顧和展望 M.高等教育出版社 ,19965惠東威 , 陳受宜 . RAPD 技術(shù)及其應(yīng)用 J.生物工 程進展 , 19926賈繼增 . 分子標記種質(zhì)資源鑒定和分子標記育種 J.中國農(nóng)業(yè)科學(xué) , 1996,29:

13、(4 1-107李強 , 韓一凡 . 木本植物分子生物學(xué)的研究進展 J.世界林業(yè)研究 ,1996 第 5期 遺傳多樣性及其研究方法 7 8羅林廣等 . 分子標記及其在作物遺傳育種中的應(yīng) 用 J.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報 ,1997,9(1 :45-549邱芳 , 伏健民等 . 遺傳多樣性的分子檢測 J.生物 多樣性 , 1998,6(2 :510世界資源研究所 . 全球多樣性策略 M.北京 . 中 國標準出版社 ,199311Chan, K. F. and Sun , M. :G enetic diversity and re 2 lationships detected by is ozyme and

14、RAPD analysis of crop and wild species of AmaranthusJ.Theor. Appl. G enet ,1997. 95: 865-87312HamrickJ L , G odt M J W. Allozyme diversity in plant species. In :Brown A H D et al. (eds . Plant population genet 2 ics , breeding and genetic res ourcesJ.Sunderland :S inauer s o 2 ciate. Inc. 1990,43-63

15、13K ell M. , G rifin AR. Use of random am plified polym or 2 phic DNA (RAPD markers in the discrimination and variation genotypes in EucalyptusJ.Theor Appl G enet ,1994. 89. - 45014Ols on M , et al. G enetic diversity in hard red spring wheat based on sequence -tagged site PCR markers J.Crop Sci , 1

16、994,34:1629-163215Olson M , et al. A comm on language for physical map 2 ping of the human genomeJ.Science ,1989,24:1434-1435 16Paran I , et al. Development of reliable PCR based markers linked to downy mildew resistance genes in lettuce J. Theor Apple G enet ,1993,85:985-99317WelshJ et al , Fingerp

17、rinting genomes using PCR with arbitrary primersJ.Nucleic Acids Research ,1990. 18:7213-721818, J. G. K. , K , R. , Livak , K. J. , J. and T , orphisms am pli 2 fied markersJ.Nucle 2 -6535Diversity and the MethodsREN Xu -qin(Department of Agriculture Engineering and F ood T echn ology , Huaiyin Institute of T echnology , Huaian Jiangsu 223001, China Abstract :In this paper , the meaning of the genetic diversity is