分子标记技术精选课件.ppt

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1、关于分子标记技术第一页，本课件共有90页vDNA指纹分析研究是一种重要的分子标记技术，它包括RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism）、RAPD（randomlyamplifiedpolymorphicDNA）、AFLP（amplifiedfragmentlengthpolymorphism）、SSR（simplesequencerepeat）和ISSR（inter-simplesequencerepeat）等这些在PCR基础上发展起来的检测DNA多态性的分子标记技术。第二页，本课件共有90页 分子标记的优越性表现为：（1）分子信息是可遗传的，而只有

2、在遗传上可传递的属性才能提供评估系统发育的信息；（2）数量极多，遍布整个基因组，可检测座位几乎无限；（3）分子标记能提供共同的尺度；（4）分子数据能将从共同祖先遗传下来的同源性和由于趋同进化从不同祖先演变而来的相似性区分开来表现为中性，不影响目标性状的表达；（5）任何生物有机质包括动物、植物和微生物有许多共同的分子属性，因此分子数据可提供共同尺度来直接比较任何有机体任何分类层次之间相对水平的遗传变异；（6）分子标记技术可应用于各个生物门类，并都可用于比较和综合分析。第三页，本课件共有90页分子标记的选择v理想的分子标记应该符合的标准是：多态性高；共显性遗传，在二倍体生物中能区分纯合与杂合状态；

3、在基因组中频繁出现，甚至贯穿分布于整个基因组；选择中性；容易获得；容易操作，自动化程度高；重复性好；所获得的数据能进行交流和比较。第四页，本课件共有90页二、蛋白质标记二、蛋白质标记v在蛋白质多态性研究基础上发展起来的分子标记技术称为蛋白质标记，最常用的技术是蛋白质电泳及与其配套的专一性染色，如曾经广为采用的等位酶分析，是通过同一基因位点上不同等位基因编码的同种酶的不同分子形式，使得酶谱分析具有相关的遗传学意义，酶谱的变化反应了等位基因和位点的变化。等位酶技术为植物的种群遗传学和进化研究作出了重要的贡献。但由于等位酶缺乏足够的变异，在技术上存在一定的局限性，如今已逐渐被DNA标记所取代。第五页

4、，本课件共有90页三、三、DNADNA分子标记的种类分子标记的种类 分子标记大多以电泳谱带的形式表现，大致可分为三大类。第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术分子杂交为核心的分子标记技术，包括：限制性片段长度多态性标记（Restrictionfragmentlengthpolymorphism,简称RFLP标记）；DNA指纹技术（DNAFingerprinting）；原位杂交（insituhybridization）等；第六页，本课件共有90页 第二类是以聚合酶链式反应（以聚合酶链式反应（Polymerasechainreaction,简称简称PCR反应）为核心的分子标记技术反应）为核心的分子

5、标记技术，包括：随机扩增多态性DNA标记（RandomamplificationpolymorphismDNA,简称RAPD标记）；简单序列重复标记（Simplesequencerepeat,简称SSR标记）或简单序列长度多态性（Simplesequencelengthpolymorphism,简称SSLP标记）；扩展片段长度多态性标记（Amplifiedfragmentlengthpolymorphism,简称AFLP标记）；序列标签位点（Sequencetaggedsites,简称STS标记）；序列特征化扩增区域（Sequencecharacteredamplifiedregion,简称S

6、CAR标记）等；第七页，本课件共有90页 第三类是一些新型的分子标记，如：单核苷酸多态性（Singlenuleotidepolymorphism,简称SNP标记）；表达序列标签（Expressedsequencestags,简称EST标记）等。第八页，本课件共有90页四、分子标记的特点四、分子标记的特点（1）直接以DNA的形式表现，在生物体的各个组织、各个发育阶段均可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达与否等问题；（2）数量极多，遍布整个基因组，可检测座位几乎无限；（3）多态性高，自然界存在许多等位变异，无须人为创造；（4）表现为中性，不影响目标性状的表达；（5）许多标记表现为共显性的特点，

7、能区别纯合体和杂合体。第九页，本课件共有90页一）限制性片段长度多态性标记（Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP）该技术由Grodzicker等于1974年创立。由于DNA分子中限制性内切酶酶切识别序列中出现碱基的插入、缺失、置换、倒位而导致酶切位点的增减所引起的基因型限制性片段长度的差异。五、常用的分子标记五、常用的分子标记第一类分子标记以分子杂交为核心的分子标记技术分子杂交为核心的分子标记技术第十页，本课件共有90页v基因组DNA用已知的限制性内切酶消化后，产生许多大小不等的DNA片段，电泳分离、Southern印迹转移到硝酸纤维膜上，用放射

8、性标记的探针与膜上变性的酶切DNA进行杂交，放射自显影，即可显示出不同材料的多态性图谱，即显示出所分析的DNA序列间的RFLP。基本原理第十一页，本课件共有90页v基本步骤：基本步骤：DNA提取提取用用DNA限制性内切酶消化限制性内切酶消化凝胶电泳分离限制性片段凝胶电泳分离限制性片段将这些片段按原来的顺序和位置转移到易操作的滤将这些片段按原来的顺序和位置转移到易操作的滤膜上膜上用放射性同位素或非放射性物质标记的用放射性同位素或非放射性物质标记的DNA作探作探针与膜上的针与膜上的DNA杂交（称杂交（称Southern杂交）杂交）放射性自显影或酶学检测显示出不同材料对该探针放射性自显影或酶学检测显

9、示出不同材料对该探针的限制性酶切片段多态性。的限制性酶切片段多态性。第十二页，本课件共有90页 动动植植物物生生物物体体由由不不同同的的器器官官和和组组织织构构成成。应应选选用用生生物物体体中中生生长长旺旺盛盛的的器器官官、组组织织和和细细胞胞提提取取DNADNA，如如植植物物幼幼苗苗或或新新长长出出的的叶叶片片、动动物物的的血血等等。DNADNA提提取取的的效效果果由由DNADNA的的质质量量和和得得率率来来评评价价。选选用用适适当当的的生生物物器器官官和和组组织织是是获获得得高高质质量量和和高高得得率率DNADNA的的保保证证。取取样样后后应应尽尽快快在在低温中保存，长时间保存应在超低温中

10、保存。低温中保存，长时间保存应在超低温中保存。生物体样品的选取生物体样品的选取第十三页，本课件共有90页作作为为DNA提提取取的的开开始始，多多细细胞胞的的生生物物体体样样品品首首先先需需要要经经过过研研磨磨，使使样样品品破破碎碎。然然后后样样品品粉粉末末再再通通过过 裂裂 解解 液液 把把 细细 胞胞 裂裂 解解。裂裂 解解 液液 通通 常常 是是 由由 Tris Tris（hydroxymethyl）aminomethane，即即三三羟羟基基甲甲基基氨氨基基甲甲烷烷 缓缓冲冲液液加加裂裂解解剂剂组组成成，如如SDS（Sodiumdodecylsulfate）即即十十二二烷烷基基磺磺酸酸钠钠

11、、CTAB（Hexadecyltrimethyl ammoniumbromide）即十六烷基三甲基溴化铵等。）即十六烷基三甲基溴化铵等。细胞的裂解细胞的裂解第十四页，本课件共有90页通通常常使使用用能能使使蛋蛋白白质质变变性性的的试试剂剂，如如醋醋酸酸钾钾、醋酸钠、氯仿等。、醋酸钠、氯仿等。通常使用通常使用RNA酶。酶。蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀RNA的消化的消化第十五页，本课件共有90页通通常常使使用用冰冰冻冻的的异异丙丙醇醇（2-ropanol）、70%乙乙醇醇等。等。通通常常使使用用TE缓缓冲冲液液（10mMTris，1mMEDTA，pH8.0，灭菌）。，灭菌）。EDTA（didodium

12、ethylenediaminetetra-acetate）即乙二胺四乙酸。即乙二胺四乙酸。DNA沉淀沉淀DNA溶解溶解第十六页，本课件共有90页电泳用的凝胶由琼脂糖（电泳用的凝胶由琼脂糖（agarose）制备，琼）制备，琼脂糖的浓度通常为脂糖的浓度通常为0.9-1.0%。酶切后的酶切后的DNA样品通过电泳，使样品通过电泳，使DNA片段片段分离分离,并按分子量的大小排列。并按分子量的大小排列。电泳电泳第十七页，本课件共有90页DNA从从凝凝胶胶转转移移到到特特制制的的杂杂交交膜膜上上，常常用用HybondN+（Amersham）的尼龙膜。的尼龙膜。凝胶的处理：凝胶的处理：脱嘌呤处理：脱嘌呤处理：

13、0.25MHCl变性处理：变性处理：0.4MNaOHDNADNA转移：转移：转移液：转移液：0.4MNaOH。洗膜：洗膜：洗膜液：洗膜液：2xSSC缓冲液缓冲液杂交膜的制备杂交膜的制备第十八页，本课件共有90页用于用于RFLP分析的探针（分析的探针（probe）是）是DNA片片段，长度约段，长度约0.5-2.5kb。探针的来源有：基因组的。探针的来源有：基因组的随机片段、随机片段、cDNA等。等。探针以克隆的方式保存，以质粒探针以克隆的方式保存，以质粒（plasmid）为载体，如）为载体，如pUC19等，通过大肠杆等，通过大肠杆菌繁殖。菌繁殖。第十九页，本课件共有90页用作载体的质粒必须具备三

14、个特性：用作载体的质粒必须具备三个特性：一个复制起始点（一个复制起始点（Ori）；）；一一个个显显性性的的选选择择标标记记，如如氨氨苄苄青青霉霉素素（ampicillin）抗性基因（）抗性基因（Ampr）；）；单一的限制性酶切位点。单一的限制性酶切位点。载体载体第二十页，本课件共有90页第二十一页，本课件共有90页利利用用放放射射性性同同位位素素（32P-dCTP）等等对对探探针针进行标记，以跟踪探针。进行标记，以跟踪探针。同位素标记：利用同位素标记：利用DNA聚合酶聚合酶（Klenow），在），在DNA复制的过程中，把复制的过程中，把32P-dCTP合成到合成到DNA片段上。片段上。探针的标

15、记探针的标记(labeling)第二十二页，本课件共有90页杂交液杂交液+鲑精鲑精DNA(shearedsalmonspermDNA,SSSDNA)杂交液杂交液:20XSSPE250ml100XDenhardts 50ml10%(w/v)SDS50mlMakeupto 1000ml65 C保温，保温，2小时以上。小时以上。预杂交预杂交第二十三页，本课件共有90页A.2XSSC,0.1%SDS,65 C,20min;B.1XSSC,0.1%SDS,65 C,20min;C.0.5XSSC,0.1%SDS,65 C,20min把已标记的探针加入到杂交液中，加入经预杂把已标记的探针加入到杂交液中，加

16、入经预杂交的杂交膜。交的杂交膜。65 C保温，过夜。保温，过夜。杂交杂交洗膜洗膜第二十四页，本课件共有90页 用塑料薄膜把已杂交的杂交膜包起来。放入用塑料薄膜把已杂交的杂交膜包起来。放入暗盒中。暗盒中。放入放入X光片，紧压。光片，紧压。-80 C冷柜中曝光冷柜中曝光2-4天。天。在暗房中取出在暗房中取出X光片，显影、定影、冲冼。光片，显影、定影、冲冼。包膜包膜照射照射显影显影第二十五页，本课件共有90页A无表型效应，RFLP标记的检测不受环境条件和发育阶段的影响。BRFLP标记在等位基因之间是共显性的，因此在配制杂交组合时不受杂交方式的影响。C在非等位的RFLP标记之间不存在上位效应，因而互不

17、干扰。DRFLP标记起源于基因组DNA的自身变异，在数量上几乎不受限制。EDNA需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。在植物分子标记辅助育种中需要将RFLP转换成以PCR为基础的标记。RFLP优点第二十六页，本课件共有90页 但RFLP分析需要比较完善的包括多种酶切、标记、分子杂交等技术的实验室，加上工作量大、成本高以及放射性的问题，使其应用受到了一定的限制。第二十七页，本课件共有90页ABAB限制性内切酶位点与放射性探针结合部位限制性内切酶酶切后；电泳分离DNA片段；转移至硝酸纤维素薄膜；与放射性探针杂交，分析阳性条带第二十八页，本课件共有90页一）随机扩增多态性一）随机扩增多

18、态性（randomamplifiedpolymorphismDNA，RAPD）vRAPD是是1990年由美国杜邦公司的科学家年由美国杜邦公司的科学家Williams和加利福尼亚生物研究所和加利福尼亚生物研究所Welsh几乎同几乎同时发展起来的建立在时发展起来的建立在PCR基础上的一种新型的DNA分子标记技术。第二类分子标记以聚合酶链式反应（以聚合酶链式反应（PCRPCR反应）为核心的反应）为核心的分子标记技术分子标记技术第二十九页，本课件共有90页基本原理采用随机合成的寡核苷酸（通常10bp）作PCR反应的引物，对所研究生物基因组DNA进行PCR扩增，经过3040个循环，即可得到大量的DNA片

19、段，扩增产物经琼脂糖凝胶电泳、EB染色、紫外下显示RAPD带纹。第三十页，本课件共有90页v由于整个基因组存在众多反向重复序列，因此须对每一随机引物单独进行PCR。单一引物与反向重复序列结合。使重复序列之间的区域得以扩增。引物结合位点DNA序列的改变以及两扩增位点之间DNA碱基的缺失、插入或置换均可导致扩增片段数目和长度的差异，导致PCR产物增加、缺少或发生分子量变化。若PCR产物增加或缺少，则产生RAPD标记。第三十一页，本课件共有90页技术路线技术路线DNA的提取的提取PCR反应反应凝胶电泳凝胶电泳 选择随机引物选择随机引物 图谱分析图谱分析第三十二页，本课件共有90页与RFLP的比较v相

20、同之处：都从琼脂糖凝胶上DAN条带的多态性来反映基因结构上的多态性；v不同之处：RFLP用限制性内切酶消化DNA，通过分析限制性酶切片端的多态性，来显示DNA的结构的多态性；而RAPD是利用PCR技术从扩增的DNA片段上分析多态性。由于片段被引物选择地扩增，并不是所有序列都扩增，扩增了的片断能在凝胶上清晰地显现出来，这样就可以通过同种引物扩增条带的多态性，反映出模板的多态性。第三十三页，本课件共有90页与常规PCR的比较v常规PCR需要两个引物，每个引物分子1530个核苷酸，引物顺序根据扩增的基因两端的顺序设计，因而要进行PCR时，必需知道待扩增基因的顺序；vRAPD分析时，只需一个引物，长度

21、10个核苷酸左右，引物顺序是随机的，因而可在对被检对象无任何分子生物学资料的情况下对其基因组进行分析。第三十四页，本课件共有90页v（1）不需DNA探针，设计引物也无须知道序列信息；v（2）显性遗传（极少数共显性），不能鉴别杂合子和纯合子；v（3）技术简便，不涉及分子杂交和放射性自显影等技术；v（4）DNA样品需要量少，引物价格便宜，成本较低；v（5）实验重复性较差，结果可靠性较低。RAPD标记的主要特点第三十五页，本课件共有90页RAPD的缺点v RAPD图谱中某些弱带重复性较差，而且目前该法在引物长度和序列及应用的引物数目、扩增反应条件等实验技术方面未标准化，影响了不同条件下结果的可比性；

22、每个标记含有的信息量小；有假阳性或假阴性结果；显性标记，无法区分从一个位点扩增的DNA片段是纯合的还是杂合的，无法进行等位基因分析。用在种以上类群间的比较时无法得到可靠的遗传距离。第三十六页，本课件共有90页二）扩增片段长度多态性（二）扩增片段长度多态性（Amplifiedrestrictionfragmentpolymorphism,AFLP）vAFLP是1993年由荷兰科学家Zabeau等人将PCR与RFLP结合起来，创造了AFLP分析技术。AFLP标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段所产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长

23、度不同被检测出来。第三十七页，本课件共有90页基本原理基本原理v首先用限制性内切酶酶解基因组DNA，形成许多大小不等的随机限制性片段；接着在这些片段的两端连接上特定的寡聚核苷酸接头（Oligonuleotideadapter）；然后根据接头序列设计引物，由于限制性片段太多，全部扩增则产物难以在胶上分开，为此在引物的3端加入1-3个选择性碱基，这样只有那些能与选择性碱基配对的片段才能与引物结合，成为模板被扩增，从而达到对限制性片段进行选择扩增的目的；最后通过聚丙烯酰胺凝胶电泳，将这些特异性的扩增产物分离开来。第三十八页，本课件共有90页第三十九页，本课件共有90页第四十页，本课件共有90页技术路

24、线（1）首先要制备高分子量(HMW)基因组DNA，选择6个碱基识别位点的限制性内切酶(通常是EcoRI或PstI或SacI)。（2）酶切后的限制性片段在T4连接酶的作用下与特定的接头相连接，形成带有接头的特异性片段。（3）DNA片段的预扩增。（4）在Taq聚合酶的作用下，完成AFLP的选择性扩增。（5）PCR产物变性后在含尿素的聚丙烯酰胺变性胶上电泳。（6）多态性比较分析，特异片段回收克隆分析。第四十一页，本课件共有90页vAFLP结合了RFLP与PCR技术的特点，兼具RFLP和RAPD两种方法的特长，既继承了RFLP的稳定性，又具有了PCR反应快速、灵敏的特点，同时克服了RFLP和RAPD的

25、缺点。采用少数几对引物的多种组合即可获得大量遗传信息，避免了RAPD分子标记重复性差、假阳性反应过高等不利因素的影响，同时又无需任何目的基因组DNA的背景资料即可完成模板DNA多态性检测，摆脱了RFLP的转膜、克隆、探针制备、分子杂交等一系列繁重且又有一定难度的工作。第四十二页，本课件共有90页v用AFLP分析的多态性是典型的孟德尔式遗传和选择中性。它可以用于遗传分析的各个方面：如用于拟南芥属连锁图的构建用于马铃薯的栽培种的鉴定等。AFLP也适于鉴定遗传多样性的物种亲缘关系的研究。第四十三页，本课件共有90页（1）由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基种类、数目很多，所以该技术所产

26、生的标记数目是无限多的；（2）典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在50-100条之间，所以一次分析可以同时检测到多个座位，且多态性极高；（3）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；（4）分辩率高，结果可靠；（5）目前该技术受专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。AFLP特点第四十四页，本课件共有90页v专利技术，试剂盒价格贵v需要同位素或非同位素标记引物，须具特殊防护措施、配套仪器设备v基因组的不完全酶切会影响实验结果，所以实验对DNA纯度和内切酶的质量要求较高。缺点第四十五页，本课件共有90页应用 AFLP具有可靠性好，重复性强，可信度高等优点，近年来广泛应用于遗传育种研究，在动物

27、遗传育种、动物基因组研究中有着广泛的应用前景。v构建遗传连锁图谱v利用AFLP快速鉴别与目的基因紧密连锁的分子标记vAFLP辅助的轮回选择育种v利用AFLP技术研究基因表达与调控v分类和进化研究v甲基化研究第四十六页，本课件共有90页v在AFLP技术的基础上又发展了一种新的分子标记TE2AFLP(三内切酶扩增的限制片段长度多态性,threeendonucleaseamplifiedfragmentlengthpolymorphism).该技术是由荷兰科学家VanderWurff等在2000年末发表的.TE2AFLP也是首先扩增限制性内切酶片段,然后在高分辨率凝胶(通常为序列分析胶)上电泳分离这

28、些扩增的片段,再根据这些片段的长度来检测DNA多态性。与AFLP不同的是要用2种低频率切点内切酶和1种高频率切点内切酶混合酶切基因组DNA.TE2AFLP保留和发展了AFLP的优点,克服了AFLP常见的缺点,具有可靠、快速和方便的特点.因此,它将广泛地被应用。第四十七页，本课件共有90页三）简单序列重复标记三）简单序列重复标记三）简单序列重复标记三）简单序列重复标记（simplesequencerepeatsimplesequencerepeat，SSRSSR）v又称微卫星DNA(Micro-satelliteDNA)标记；v属高度重复序列，重复单元26bp，如(CA)n、(AT)、(GGC)

29、n等重复，重复区大多几十几百bp，分散在基因组中，大多不存在于编码序列内，具有较高的多态性。呈现孟德尔式遗传。目前微卫星DNA已经发现了万余个位点。TTCAGCTAGCTCAGCAGCAGCAGCAGCAGAGCTTGCAAGTCGATCGAGTCGTCGTCGTCGTCGTCTCGAACG第四十八页，本课件共有90页 由Moore等于1991年创立。SSR即微卫星DNA，广泛分布于基因组的不同位置，如（CA）n、（AT）n、（GGC）n等重复。不同遗传材料重复次数的可变性，导致了SSR长度的高度变异性，这一变异性正是SSR标记产生的基础。尽管微卫星DNA分布于整个基因组的不同位置，但其两端序

30、列多是保守的单拷贝序列，因此可以根据这两端的序列设计一对特异引物，通过PCR技术将其间的核心微卫星DNA序列扩增出来，利用电泳分析技术就可获得其长度多态性，即SSR标记。原理第四十九页，本课件共有90页 微卫星DNA一般位于内含子中，因此它在进化过程中受到选择压力较小，与其他分子标记相比，微卫星在多态性，群体平均杂合度，以及群体间遗传距离等方面，微卫星位点值均高于蛋白质位点，用微卫星作为遗传标记更适合于这些方面的分析，同样也更适于检测个体间的差异，微卫星DNA为共显性遗传，利用PCR及电泳检测相对容易，也更便于实现自动化，可通过计算杂合度，较好的进行个体鉴定。第五十页，本课件共有90页 建立D

31、NA文库，筛选鉴定微卫星DNA克隆，然后测定这些克隆的侧翼序列，设计特异性引物来扩增SSR序列。后经聚丙烯酰胺凝胶电泳、染色，通过比较谱带的相对迁移距离，便可知不同个体在某个SSR座位上的多态性。技术路线第五十一页，本课件共有90页 （1）数量几乎无限，检测出多态性的频率极高；）数量几乎无限，检测出多态性的频率极高；（2）SSR技术一般检测到的是一个单一的多等位基因位点；技术一般检测到的是一个单一的多等位基因位点；（3）SSR标记为共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子；标记为共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子；（4）结果重复性高，稳定可靠。为了提高分辨力，通常使用可检）结果重复性高，稳定可靠。为

32、了提高分辨力，通常使用可检测出单拷贝差异的聚丙烯酰胺凝胶电泳；测出单拷贝差异的聚丙烯酰胺凝胶电泳；（5）兼具）兼具PCR反应的优点，即所需反应的优点，即所需DNA样品量少，对样品量少，对DNA质质量要求亦不苛刻。量要求亦不苛刻。优点必须事先知道微卫星两翼序列信息才能设计引物，对于许多必须事先知道微卫星两翼序列信息才能设计引物，对于许多物种需要构建文库。物种需要构建文库。这将给微卫星标记的开发带来一定的困难。这将给微卫星标记的开发带来一定的困难。缺点缺点第五十二页，本课件共有90页应用vSSR标记在数据上比前述分子标记能显示出更多的多态性，标记在数据上比前述分子标记能显示出更多的多态性，已在遗传

33、疾病的诊断、构建遗传图谱、种质资源鉴定、基因已在遗传疾病的诊断、构建遗传图谱、种质资源鉴定、基因定位及分子标记辅助育种、植物生态学和系统与进化研究等定位及分子标记辅助育种、植物生态学和系统与进化研究等领域得到了广泛的应用领域得到了广泛的应用。微卫星微卫星DNAPCR扩增结果（示例）扩增结果（示例）500bp500bp400bp400bp300bp300bp240bp240bp 该结果显示在所检查的人群中，该位点多态性有四种。该结果显示在所检查的人群中，该位点多态性有四种。第五十三页，本课件共有90页四）微卫星间隔（Intersimplesequencerepeat，ISSR）Zietkiewi

34、czetal.(1994)对SSR技术进行了发展，他们用加锚微卫星寡核苷酸作引物，对基因组节段而不是重复序列本身进行扩增。在SSR的5端或3端加上24个随机选择的核苷酸，这可引起特点位点退火。这样就能导致位于反向排列的间隔不太大的重复序列间的基因组节段进行PCR扩增。这类标记又被称为ISSR(inter-simplesequencerepeat)。第五十四页，本课件共有90页基本原理v用锚定的微卫星DNA为引物，即在SSR序列的3端或5端加上2-4个随机核昔酸，在PCR反应中，锚定引物可引起特定位点退火，导致与锚定引物互补的间隔不太大的重复序列间DNA片段进行PCR扩增。所扩增的interSS

35、R区域的多个条带通过聚丙烯酞胺凝胶电泳得以分辨，扩增谱带多为显性表现。第五十五页，本课件共有90页vISSR引物的开发不像SSR引物那样需测序获得SSR两侧的单拷贝序列，开发费用降低。与SSR标记相比，ISSR引物可以在不同的物种间通用，不像SSR标记一样具有较强的种特异性;与RAPD和RFLP相比，ISSR揭示的多态性较高，可获得几倍于RAPD的信息量，精确度几乎可与RFLP相媲美，检测非常方便，因而是一种非常有发展前途的分子标记。第五十六页，本课件共有90页v目前，ISSR标记已广泛应用于植物品种鉴定、遗传作图、基因定位、遗传多样性、进化及分子生态学研究中。v但是由于不知道目的基因组DNA

36、的背景资料，有一些ISSR引物可能在特定基因组DNA中没有配对区域而无扩增产物。而且ISSR也是一种显性标记，模板浓度需要较一致，最适反应条件需要一定时间摸索。第五十七页，本课件共有90页vISSR与RAPD技术很相似，引物和镁离子浓度以及退火温度明显地影响扩增带的式样，Taq聚合酶的活性也会影响PCR扩增结果。一般来讲所研究的基因组DNA越复杂，重复序列的密度越高，对引物的专一性要求就越高，运行PCR的条件也越严格。vISSR引物对Mg2+浓度的敏感度大于RAPD，由于引物与模板的双链杂交体的解链与退火温度受二价阳离子的影响；游离的Mg2+用来增强DNA聚合酶的活性，它也可与dNTP中磷酸基

37、结合，而Mg2+和dNTP在PCR扩增过程中相互作用，只有Mg2+和dNTP的浓度在合适范围内，才能得到好的PCR扩增结果。第五十八页，本课件共有90页v在PCR扩增反应中，退火温度的影响最大。一般在运行ISSRPCR时，采用4852退火温度都能得到好的扩增带。Virketal的研究中退火温度控制在3959之间也能扩增出好的带谱。但不同的引物在不同的物种中所需的退火温度是不同的，对ISSR引物来说，可适当提高其退火温度得到稳定清晰的带谱。第五十九页，本课件共有90页 a.引物引物PCR结果的特异性取决于引物的特异性，扩增产物的大结果的特异性取决于引物的特异性，扩增产物的大小也是由特异引物限定的

38、。因此，小也是由特异引物限定的。因此，PCR所用引物质量要高，所用引物质量要高，且需纯化。且需纯化。PCR反应中引物的量也影响反应中引物的量也影响PCR扩增效果，当扩增效果，当PCR引物量太低，则产物量降低，会出现假阴性。引物浓度引物量太低，则产物量降低，会出现假阴性。引物浓度过高会促进引物的错误引导非特异产物合成，还会增加引物过高会促进引物的错误引导非特异产物合成，还会增加引物二聚体二聚体的形成。的形成。PCRPCR反应条件反应条件vPCR反应五要素：反应五要素：参加参加PCR反应的物质主要有五种即引物、酶、反应的物质主要有五种即引物、酶、dNTP、模、模板和板和Mg2+第六十页，本课件共有

39、90页 b.酶酶该酶的最适温度很高（该酶的最适温度很高（79），使引物在高温），使引物在高温下进行退火和延伸，这样便增加了反应的总强度下进行退火和延伸，这样便增加了反应的总强度并减少了与错配引物的延伸。在并减少了与错配引物的延伸。在PCR反应中，每反应中，每100l反应液中含反应液中含1-2.5uTaqDNA聚合酶为佳，酶聚合酶为佳，酶的浓度太低会使扩增产物产量降低，如果酶的浓的浓度太低会使扩增产物产量降低，如果酶的浓度太高则会出现非特异性扩增。度太高则会出现非特异性扩增。TaqDNA聚合酶聚合酶保存不当而失活是保存不当而失活是PCR实验失败的常见原因。实验失败的常见原因。第六十一页，本课件共

40、有90页 c.d NTP四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dCTP、dGTP、dTTP）是）是DNA合成的基本原料，合成的基本原料，PCR反应中反应中dNTP含量太低，含量太低，PCR扩增产量太少、易出现假阴扩增产量太少、易出现假阴性。过高的性。过高的dNTP浓度会导致聚合将其错误掺入，浓度会导致聚合将其错误掺入，因此应当避免。因此应当避免。第六十二页，本课件共有90页 d.模板模板PCR可以以可以以DNA或或RNA为模板进行核酸的体外为模板进行核酸的体外扩增。不过扩增。不过RNA的扩增首先逆转录成的扩增首先逆转录成cDNA后才能后才能进行进行PCR循环。不同来源的核酸标本必须

41、经处理后循环。不同来源的核酸标本必须经处理后才能用于才能用于PCR的扩增，处理不当或处理过程中的扩增，处理不当或处理过程中DNA掉失都会导致掉失都会导致PCR扩增失败。采集标本方法不当，扩增失败。采集标本方法不当，未能获得所要检测的靶未能获得所要检测的靶DNA都会导致出现假阴性。都会导致出现假阴性。但是如果待扩增标本中模板但是如果待扩增标本中模板DNA浓度太高也会导致浓度太高也会导致扩增失败扩增失败。第六十三页，本课件共有90页 e.Mg2+Mg2+浓度直接影响着酶的活性与忠实性，浓度直接影响着酶的活性与忠实性，这是这是TaqDNA聚合酶活性所必需的。另外它还影聚合酶活性所必需的。另外它还影响

42、着引物的退火，模板与响着引物的退火，模板与PCR产物的解链温度，产物的解链温度，产物的特异性，引物二聚体的形成等。产物的特异性，引物二聚体的形成等。Mg2+浓浓度过低时，酶活力显著降低；过高时，通常会导度过低时，酶活力显著降低；过高时，通常会导致非特异性扩增产物的累积。致非特异性扩增产物的累积。第六十四页，本课件共有90页1.分子遗传图谱的构建目前几乎所有重要农作物，如拟南芥、番茄、玉米、水稻、目前几乎所有重要农作物，如拟南芥、番茄、玉米、水稻、甜菜、小麦、大豆、马铃薯、棉花、油菜等的甜菜、小麦、大豆、马铃薯、棉花、油菜等的RFLPRFLP图谱均已构成，图谱均已构成，随着多种标记的不断添加与定

43、位，分子遗传图谱正日渐趋于饱和。随着多种标记的不断添加与定位，分子遗传图谱正日渐趋于饱和。遗传图谱对于基因定位至关重要，图谱上包括的标记遗传图谱对于基因定位至关重要，图谱上包括的标记数越多，分布越均匀，则基因定位就越精细。高密度分子遗传数越多，分布越均匀，则基因定位就越精细。高密度分子遗传图谱的绘制使一些植物的遗传学研究取得了重大进展，并对分图谱的绘制使一些植物的遗传学研究取得了重大进展，并对分子标记辅助育种选择技术和基因图位克隆技术的发展产生了巨子标记辅助育种选择技术和基因图位克隆技术的发展产生了巨大的推动作用。大的推动作用。第一、二类分子标记的应用第一、二类分子标记的应用第六十五页，本课件

44、共有90页2.遗传多样性与种质鉴定分子标记广泛存在于基因组DNA的各个区域，数量巨大，通过对随机分布于整个基因组的分子标记的多态性进行比较，就能够全面评估研究对象的多样性，并揭示其遗传本质。利用遗传多样性的结果可以对种质进行聚类分析，进而了解其系统发育与亲缘关系。而以分子标记为基础的比较基因组研究则有利于探明近缘物种间的遗传同源性以及物种起源等生命科学领域中的重要问题。第六十六页，本课件共有90页v微卫星标记等具有很高的多态性，可以用于鉴别同一物种的不同基因型，如Olufowote等选择4个SSR标记即可有效地评估栽培稻内不同品种间的异质性；Guifford等用3个SSR标记就能区分21个苹果

45、品种。分子标记的这一特点还可用于鉴别品种的混杂情况和真假杂种的判断等。第六十七页，本课件共有90页3.重要农艺性状相关基因的定位基因定位就是确定基因在染色体上的位置及与之相连锁的分子标记，高密度分子遗传图谱的构建使基因定位工作变得相对容易。目前已完成了重要作物大量控制农艺性状表现如抗病性、抗虫性、育性等的主基因的定位工作，为开展这些基因的分子育种奠定了基础。第六十八页，本课件共有90页v尤为重要的是分子标记技术为呈数量遗传、易受环境条件影响的重要农艺性状的QTL定位提供了有效手段，目前涉及到QTL图谱绘制及大量复杂的数据统计、分析、运算工作已有多个配套的计算机软件被开发出来。QTL的定位使得控

46、制数量性状的多基因被转变成一个个独立的“主基因”，便于进行遗传操作，这无疑有利于对产量、生育期等性状的定向改良。第六十九页，本课件共有90页4.分子标记辅助选择选择是育种的重要环节，传统育种对目标性状多采用直接选择的方法，但作物的许多农艺性状不容易观测或易受环境影响、表现不稳定，直接选择比较困难。而在完成基因的分子标记定位后，就可以通过连锁标记对这些性状进行间接选择，从而提高它们的选择效率。第七十页，本课件共有90页v与传统选择相比，分子标记辅助选择有许多显著的优点，主要体现在：（1）可以清除同一座位不同等位基因间或不同座位间互作的干扰，消除环境的影响；（2）在幼苗阶段就可以对在成熟期表达的性

47、状进行鉴定，如果实性状、雄性不育等；（3）可有效地对表型鉴定十分困难的性状进行鉴定，如抗病性、根部性状等；（4）共显性标记可区分纯合体和杂合体，不需下代再鉴定；（5）可同时对多个性状进行选择，开展聚合育种，快速完成对多个目标性状的同时改良；（6）加速回交育种进程，克服不良性状连锁，有利于导入远缘优良基因。第七十一页，本课件共有90页v将分子标记辅助选择应用于作物改良的实践中，已取得一些实质性进展。如国际水稻所利用与Xa-4，xa-5，xa-13和Xa-21四个抗白叶枯病基因连锁的STS标记辅助选择，成功地将这四个基因以不同组合方式聚合在一起，育成了高抗、多抗白叶枯病水稻新品种。第七十二页，本课

48、件共有90页5.重要农艺性状的图位克隆图位克隆（Map-basedcloning）是近几年随着植物分子标记遗传图谱的相继建立和基因分子定位而发展起来的一种新的基因克隆技术。利用分子标记辅助的图位克隆无须事先知道基因的DNA序列，也不用了解基因的表达产物是什么就可以直接克隆基因。第七十三页，本课件共有90页一）单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)1.定义v单核苷酸多态性(SNP)主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。不同个体间，基因组不同个体间，基因组DNA某部位的单核苷酸的变异。某部位的单核苷酸的变异。1996年，年，L

49、ander报道了用单核苷酸多态性报道了用单核苷酸多态性标记（标记（singlenucleotidpolymorphismSNP）。是）。是第三代遗传标记。第三代遗传标记。第三类分子标记技术以DNA序列分析为核心第七十四页，本课件共有90页 SNP在人类基因组中广泛存在，平均每5001000个碱基对中就有1个，估计其总数可达1700万个甚至更多。在基因组DNA中，任何碱基均有可能发生变异，因此SNP既有可能在基因序列内，也有可能在基因以外的非编码序列上。总的来说，位于编码区内的SNP(codingsNP,cSNP)比较少，因为在外显子内，其变异率仅及周围序列的1/5。但它在遗传性疾病研究中却具有

50、重要意义，因此cSNP的研究更受关注。第七十五页，本课件共有90页SNP与与RFLP和和STR标记的主要不同之处在于，它不再以标记的主要不同之处在于，它不再以DNA片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记。片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记。第七十六页，本课件共有90页第七十七页，本课件共有90页SNP的优点的优点v(1)SNP在人群中是二等位基因性的，在任何人群中其等位基因频率都可估计出来。v(2)它在基因组中的分布较微卫星标记广泛得多。v(3)与串联重复的微卫星位点相比，SNP是高度稳定的，尤其是处于编码区的SNP(cSNP),而前者的高突变率容易引起对人群的