分子标记及基因芯片技术应用精选PPT.ppt
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1、分子标记及基因芯片技分子标记及基因芯片技术应用术应用第1页,此课件共114页哦遗传标记遗传标记(genetic markergenetic marker)具有多型性具有多型性具有多型性具有多型性易于鉴别易于鉴别易于鉴别易于鉴别与目标基因紧密连锁与目标基因紧密连锁与目标基因紧密连锁与目标基因紧密连锁n n 性状标记性状标记性状标记性状标记 色泽,色泽,色泽,色泽,形态形态形态形态n n 细胞学标记细胞学标记细胞学标记细胞学标记 倒位,易位,倒位,易位,倒位,易位,倒位,易位,G/N/CG/N/CG/N/CG/N/C带带带带n n 生化标记生化标记生化标记生化标记 同功酶同功酶同功酶同功酶n n
2、分子标记分子标记分子标记分子标记 RFLP RFLP RFLP RFLP、RAPDRAPDRAPDRAPD、SSRSSRSSRSSR、AFLPAFLPAFLPAFLP、SNPSNPSNPSNP 基础基础基础基础-基因表达基因表达基因表达基因表达结果结果结果结果表现型表现型表现型表现型DNADNA碱基碱基碱基碱基序列变异序列变异序列变异序列变异第2页,此课件共114页哦形态标记形态标记n n遗传学上稳定、可见的外部特征遗传学上稳定、可见的外部特征遗传学上稳定、可见的外部特征遗传学上稳定、可见的外部特征-遗传与环境、结构基因与调控基因综合作用的结果。遗传与环境、结构基因与调控基因综合作用的结果。遗
3、传与环境、结构基因与调控基因综合作用的结果。遗传与环境、结构基因与调控基因综合作用的结果。n n如穗形、芒长、穗长、粒色、穗形、矮秆、卷叶等。如穗形、芒长、穗长、粒色、穗形、矮秆、卷叶等。如穗形、芒长、穗长、粒色、穗形、矮秆、卷叶等。如穗形、芒长、穗长、粒色、穗形、矮秆、卷叶等。n n特点:直观简单特点:直观简单特点:直观简单特点:直观简单n n从基因型到表现型存在基因表达、调控、个体发育等环节,从基因型到表现型存在基因表达、调控、个体发育等环节,从基因型到表现型存在基因表达、调控、个体发育等环节,从基因型到表现型存在基因表达、调控、个体发育等环节,表型差异有时难以反映基因型差异。表型差异有时
4、难以反映基因型差异。表型差异有时难以反映基因型差异。表型差异有时难以反映基因型差异。第3页,此课件共114页哦细胞学标记细胞学标记n n染色体数目变异及结构变异,表现在染色体核型染色体数目变异及结构变异,表现在染色体核型染色体数目变异及结构变异,表现在染色体核型染色体数目变异及结构变异,表现在染色体核型(数目、大小、随体、着丝点位置等)和带型(数目、大小、随体、着丝点位置等)和带型(数目、大小、随体、着丝点位置等)和带型(数目、大小、随体、着丝点位置等)和带型(C带、带、带、带、N带、带、GG带等)。带等)。n n随着分带、细胞原位杂交等研究技术的发展,随着分带、细胞原位杂交等研究技术的发展,
5、可在染色体水平揭示更多遗传变异。可在染色体水平揭示更多遗传变异。n n特点:直观、快速而经济,但变异十分有限,特点:直观、快速而经济,但变异十分有限,当染色体数目形态相似时难以分辨。当染色体数目形态相似时难以分辨。第4页,此课件共114页哦生化标记生化标记贮藏蛋白和同工酶贮藏蛋白和同工酶n n贮藏蛋白贮藏蛋白n n同工酶同工酶n n特点:经济、方便、成本较低特点:经济、方便、成本较低n n结构基因表达产物,对非结构基因无能结构基因表达产物,对非结构基因无能为力;所检测位点只是基因组一部分;为力;所检测位点只是基因组一部分;数量有限,有时受发育时期和环境影响。数量有限,有时受发育时期和环境影响。
6、第5页,此课件共114页哦分子标记本质是以核苷酸序列作为标记,一般特点:本质是以核苷酸序列作为标记,一般特点:本质是以核苷酸序列作为标记,一般特点:本质是以核苷酸序列作为标记,一般特点:(1 1)不受季节、环境、基因表达与否的限制;)不受季节、环境、基因表达与否的限制;)不受季节、环境、基因表达与否的限制;)不受季节、环境、基因表达与否的限制;(2 2)多态性高,存在着丰富的等位变异;)多态性高,存在着丰富的等位变异;)多态性高,存在着丰富的等位变异;)多态性高,存在着丰富的等位变异;(3)数量丰富,多态性遍及整个基因组;)数量丰富,多态性遍及整个基因组;(4 4)表表表表现现现现为为为为“中
7、中中中性性性性”,不不不不影影影影响响响响目目目目标标标标性性性性状状状状的的的的表表表表达达达达,与与与与不良性状无必然的连锁;不良性状无必然的连锁;不良性状无必然的连锁;不良性状无必然的连锁;(5 5)许多分子标记表现共显性,能鉴别纯合杂合基)许多分子标记表现共显性,能鉴别纯合杂合基)许多分子标记表现共显性,能鉴别纯合杂合基)许多分子标记表现共显性,能鉴别纯合杂合基因型,提供完整的信息。因型,提供完整的信息。因型,提供完整的信息。因型,提供完整的信息。第6页,此课件共114页哦分子标记的分类(分子标记的分类(Staub等等1996)分分子子标标记记以以Southern为基础如为基础如RFL
8、P以以PCR为基础为基础单引物单引物PCR标记标记有有RAPD、AP-PCR、DAF、ISSR等等双引物选择性扩增双引物选择性扩增PCR主要指主要指AFLP需克隆、测序构建特殊双引物需克隆、测序构建特殊双引物PCR标记标记如如SSR、STS等等第7页,此课件共114页哦植物遗传研究中常用的分子标记n nRFLPRestrictionFragmentLengthRFLPRestrictionFragmentLengthPolymorphismPolymorphismn nRAPDRandomAmplifiedPolymorphicDNAsRAPDRandomAmplifiedPolymorphi
9、cDNAs(DAF,AP-PCR)n nSSRSimpleSequenceRepeatSSRSimpleSequenceRepeatn nAFLPAmplifiedFragmentLengthAFLPAmplifiedFragmentLengthPolymorphismPolymorphism第8页,此课件共114页哦RFLPn n原理:原理:原理:原理:DNADNA限制性内切酶酶切限制性内切酶酶切限制性内切酶酶切限制性内切酶酶切电泳电泳电泳电泳转移到硝酸纤维素滤膜转移到硝酸纤维素滤膜转移到硝酸纤维素滤膜转移到硝酸纤维素滤膜同位素或非放射标记(如地高辛等)的探针杂交同位素或非放射标记(如地高辛
10、等)的探针杂交胶片放射自显影,显示酶切片段大小胶片放射自显影,显示酶切片段大小胶片放射自显影,显示酶切片段大小胶片放射自显影,显示酶切片段大小第9页,此课件共114页哦n n酶切:酶切:酶切:酶切:3-5ugDNA3-5ugDNA,以以以以1010U U内切酶酶切内切酶酶切内切酶酶切内切酶酶切5小时小时n n电泳:电泳:电泳:电泳:0.6-0.8%0.6-0.8%琼脂糖胶琼脂糖胶琼脂糖胶琼脂糖胶7070V电泳电泳16小时小时n n染色:染色:染色:染色:EtBrEtBr染色染色染色染色20分钟分钟分钟分钟 n n变性:变性:0.25MHCl20MHCl20分钟,抽真空,水冼分钟,抽真空,水冼n
11、 n印迹:加入印迹:加入印迹:加入印迹:加入0.4NNaOH0.4NNaOH,进行进行SouthernSouthern印迹印迹n n冲洗:以冲洗:以2SSC冼胶,风干冼胶,风干冼胶,风干冼胶,风干酶切酶切电泳电泳印迹印迹第10页,此课件共114页哦杂交洗脱n n预杂交:将杂交膜放人预杂交液(水、预杂交:将杂交膜放人预杂交液(水、预杂交:将杂交膜放人预杂交液(水、预杂交:将杂交膜放人预杂交液(水、55HSB、Denhardt)中,中,中,中,封好后置封好后置封好后置封好后置6565温箱中振荡温箱中振荡温箱中振荡温箱中振荡5 56 6小时。小时。小时。小时。n n杂交:预杂交液中加入标记好的杂交:
12、预杂交液中加入标记好的markermarker和探和探和探和探针,放入杂交膜浸匀。封好杂交盒后,置针,放入杂交膜浸匀。封好杂交盒后,置针,放入杂交膜浸匀。封好杂交盒后,置针,放入杂交膜浸匀。封好杂交盒后,置6565温箱温箱温箱温箱中振荡过夜。中振荡过夜。中振荡过夜。中振荡过夜。n n洗脱:将膜转入洗脱盒,加入洗脱液洗脱:将膜转入洗脱盒,加入洗脱液洗脱:将膜转入洗脱盒,加入洗脱液洗脱:将膜转入洗脱盒,加入洗脱液6565 振荡振荡振荡振荡洗脱两次(洗脱两次(洗脱两次(洗脱两次(1515min/min/次)次),吸干包好。吸干包好。吸干包好。吸干包好。第11页,此课件共114页哦放射自显影将洗脱好的
13、杂交膜置于增感屏上将洗脱好的杂交膜置于增感屏上将洗脱好的杂交膜置于增感屏上将洗脱好的杂交膜置于增感屏上,于暗室中将于暗室中将于暗室中将于暗室中将 X-X-光片放于杂交膜上,光片放于杂交膜上,再放上另一张增感再放上另一张增感屏,装人暗袋,并用夹板夹好。置屏,装人暗袋,并用夹板夹好。置-70超超低温冰箱中曝光低温冰箱中曝光10天左右。天左右。使用磷屏仪,操作更方便。使用磷屏仪,操作更方便。使用磷屏仪,操作更方便。使用磷屏仪,操作更方便。第12页,此课件共114页哦RFLP探针n n来源:来源:来源:来源:cDNAcDNA探针与基因组探针与基因组探针与基因组探针与基因组DNADNADNADNA(gD
14、NAgDNAgDNAgDNA)探针探针n ncDNAcDNAcDNAcDNA探探针针:保保守守性性较较强强,探探针针检检测测的的多多态态性性频频率率较较低。低。n ngDNAgDNAgDNAgDNA探探探探针针针针:检检检检测测测测的的的的多多多多态态态态性性性性频频频频率率率率较较较较高高高高,但但但但不不不不同同同同种种种种属属属属特特特特异性较强。异性较强。异性较强。异性较强。n n玉米玉米玉米玉米RFLPRFLPRFLPRFLP探针:探针:探针:探针:http:/www.maizegdb.org/probes.http:/www.maizegdb.org/probes.HtmlHtml
15、第13页,此课件共114页哦探针标记随机引物法n n25ngng变性变性变性变性DNADNAn n5 5ulul寡聚核苷酸寡聚核苷酸寡聚核苷酸寡聚核苷酸n n2ulBSA2ulBSAn n3ul-3ul-3232PdCTPn n2 2ulKlenow酶酶酶酶n n加水至加水至加水至加水至5050ulul,3737温箱中标记温箱中标记温箱中标记温箱中标记2 2小时小时小时小时第14页,此课件共114页哦RFLP标记标记特点特点n n共显性,可以区别纯合和杂合基因型共显性,可以区别纯合和杂合基因型共显性,可以区别纯合和杂合基因型共显性,可以区别纯合和杂合基因型n稳定、重复性强稳定、重复性强稳定、重
16、复性强稳定、重复性强n n某些植物中开发探针已遍及整个基因组某些植物中开发探针已遍及整个基因组某些植物中开发探针已遍及整个基因组某些植物中开发探针已遍及整个基因组n n缺点:缺点:缺点:缺点:DNADNADNADNA需要量较大,技术复杂;需要量较大,技术复杂;需要量较大,技术复杂;需要量较大,技术复杂;用于做图较费时,难以分析大量样品用于做图较费时,难以分析大量样品用于做图较费时,难以分析大量样品用于做图较费时,难以分析大量样品;在基因组较大、严格自花授粉作物上多态在基因组较大、严格自花授粉作物上多态性很低,使遗传图饱和度低。性很低,使遗传图饱和度低。第15页,此课件共114页哦RAPDn n
17、原理:原理:n n用一个随机引物(用一个随机引物(8-10bp)、)、碱基随碱基随机排列的寡核苷酸序列,非定点地扩机排列的寡核苷酸序列,非定点地扩增基因组增基因组DNA,然后电泳分开扩增片然后电泳分开扩增片段。段。第16页,此课件共114页哦Polymerase Chain Reaction-PCR3553Target DNA sequenceGCTCGCAGTACTTCATGACGAGCGdenature 95 C5335GCTCGCAGTACTTCATGACGAGCGTCATGAGCTCGCanneal primers 60 CTaq polymerase binds 3 and exte
18、ndsGCTCGC5335AGTACTTCATGACGAGCGTCATGAGCTCGCDNA is doubled with each cycleRepeat 25-40 times第17页,此课件共114页哦RAPD的操作的操作PCR反应:反应:DNADNA(20ng/l20ng/l)1l1lPrimerPrimer15ng15ng10Buffer2.0lMgMg2+2+(25mM)1.2l Taq酶(酶(酶(酶(5 5U/lU/l)0.15l0.15ldNTPdNTP(25mM25mM)0.2l0.2l加水至加水至加水至加水至2020l,再加入石腊油,进行再加入石腊油,进行再加入石腊油,进
19、行再加入石腊油,进行PCRPCR扩增扩增扩增扩增第18页,此课件共114页哦Step1952分钟分钟Step29515秒秒Step33630秒秒Step47245秒秒Step5GOTOStep246循环循环Step6725分钟分钟PCR扩扩增:增:第19页,此课件共114页哦主要特点 无需杂交,设计引物也无须知道序列信息;无需杂交,设计引物也无须知道序列信息;无需杂交,设计引物也无须知道序列信息;无需杂交,设计引物也无须知道序列信息;DNADNA需要量少,引物便宜,成本较低;需要量少,引物便宜,成本较低;需要量少,引物便宜,成本较低;需要量少,引物便宜,成本较低;技术简便,操作方便、快速,不涉
20、及分子杂技术简便,操作方便、快速,不涉及分子杂交和放射性自显影等技术。交和放射性自显影等技术。不同物种间引物通用;不同物种间引物通用;不同物种间引物通用;不同物种间引物通用;vv缺点:大多显性遗传,不能鉴别杂合和纯合子;缺点:大多显性遗传,不能鉴别杂合和纯合子;缺点:大多显性遗传,不能鉴别杂合和纯合子;缺点:大多显性遗传,不能鉴别杂合和纯合子;实验重复性较差,结果可靠性较低。实验重复性较差,结果可靠性较低。实验重复性较差,结果可靠性较低。实验重复性较差,结果可靠性较低。第20页,此课件共114页哦DAF(DNA amplification fingerprinting):与与RAPDRAPD不
21、同的是不同的是:引物浓度更高,引物长度更短(一般引物浓度更高,引物长度更短(一般5 58 8个碱基),且往往用聚丙烯酰胺凝胶电泳,个碱基),且往往用聚丙烯酰胺凝胶电泳,通常会产生非常复杂的带型,谱带信息比通常会产生非常复杂的带型,谱带信息比RAPDsRAPDs大得多。大得多。(Caetano-AnollesCaetano-Anolles等,等,19901990)第21页,此课件共114页哦AP-PCR(arbitrarily primed polymerase chain reaction)l l引物较长(引物较长(10105050bpbp);l l引物浓度较高;引物浓度较高;l l引物长度不
22、定,并且常常来自为其它引物长度不定,并且常常来自为其它目的而设计的引物(如目的而设计的引物(如M13M13通用测序通用测序引物)。引物)。第22页,此课件共114页哦ISSR第23页,此课件共114页哦l l共同优点:共同优点:在不需要知道所扩增在不需要知道所扩增DNADNA序列情况下,序列情况下,产生产生DNADNA片段的指纹;片段的指纹;需需DNADNA量少,产生多态性丰富。量少,产生多态性丰富。l l缺点:缺点:l l 对反应条件非常敏感,重复性差。对反应条件非常敏感,重复性差。第24页,此课件共114页哦SCARs(Sequenced Characterized Amplified R
23、egions)n n为提高为提高为提高为提高RAPDRAPD标记稳定性,把目标标记稳定性,把目标标记稳定性,把目标标记稳定性,把目标RAPDRAPD片段克片段克片段克片段克隆测序,根据片段两末端的序列设计特定引物隆测序,根据片段两末端的序列设计特定引物隆测序,根据片段两末端的序列设计特定引物隆测序,根据片段两末端的序列设计特定引物(通常(通常(通常(通常2424个碱基),再进行个碱基),再进行个碱基),再进行个碱基),再进行PCRPCR扩增,可把相扩增,可把相应的单一位点鉴定出来。应的单一位点鉴定出来。n n具有更高的可重复性具有更高的可重复性具有更高的可重复性具有更高的可重复性n n共显性共
24、显性共显性共显性第25页,此课件共114页哦微卫星标记(SSR)l l真核生物基因组普遍存在,呈随机分布真核生物基因组普遍存在,呈随机分布,大大约每隔约每隔10-50kb10-50kb就存在一个就存在一个SSR.SSR.l l哺乳动物中约为植物的哺乳动物中约为植物的5-65-6倍倍;植物中平均植物中平均23.3kb23.3kb有一个有一个SSR;SSR;双子叶植物双子叶植物SSRSSR数量大于数量大于单子叶植物单子叶植物,核核DNA SSRDNA SSR数量多于细胞质数量多于细胞质DNA;DNA;l l根据核心序列碱基数的不同根据核心序列碱基数的不同,可分为单碱基、可分为单碱基、2 2碱基、碱
25、基、3 3碱基、碱基、4 4碱基等多种重复型。碱基等多种重复型。第26页,此课件共114页哦l l不同物种其重复序列及重复单位频率不同。不同物种其重复序列及重复单位频率不同。l l通过对通过对5454个植物种核个植物种核DNADNA和和2828个植物种细胞器个植物种细胞器DNA SSR(1-4bp)DNA SSR(1-4bp)的搜索的搜索,发现:发现:l l(AT)(AT)最丰富最丰富,然后依次是然后依次是:(A)n、(T)(T)n n、(AG)(AG)n n、(CT)(CT)n、(AAT)(AAT)n、(ATT)n n、(AAC)(AAC)n n、(GTT)(GTT)n、(AGC)(AGC)
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