遗传多样性及其研究方法

1、 遗传多样性及其研究方法任旭琴(淮阴工学院农食系 , 江苏 淮安 223001摘 要 :在阐述遗传多样性的意义的基础上 , 对遗传多样性的研究方法从形态学 、 细胞 、 生化和 DNA 等水平分别进行了详 细概述 。关键词 :遗传多样性 ;DNA 分子标记 ; 同工酶中图法分类号 :Q3-06 文献标识码 :A 文章编号 :1009-7961-(2002 05-0006-03收稿日期 :2002-03-13; 修改日期 :2002-09-20作者简介 :任旭琴 (1973, 女 (汉 , 山西高平人 , 淮阴工学 院助教 , 农学硕士 .1 遗传多样性的意义 根据联合国 生物多样性公约 , 生

2、物多样性, 地 、 综合体 17。 组成部分 , 础方面 , 织形式 , 物种的多样性也就显示了基因的多样性 。 因此 , 广义的遗传多样性是指地球上所有生物所 携带的遗传信息的总和 。遗传多样性是重要的生物资源 。遗传多样性 的丧失是人类赖以生存资源的永久性丧失 , 随着 现代工业和科技的不断发展 , 生态环境明显恶化 , 遗传多样性的研究 、 保护及可持续利用已成为全 球瞩目的问题 。所以广义上讲 , 保护遗传多样性 就是保持生物多样性和人类赖以生存的生态环 境 。2 遗传多样性的研究方法自 19世纪达尔文在 物种起源 中揭示出生 物中普遍存在变异现象即多样性开始 , 国内外学 者就已经对

3、遗传多样性进行了广泛 、 深入的研究 。 随着生物学研究水平的提高和实验手段的不断改 进 , 检测遗传多样性的方法逐步发展起来 。2. 1形态学标记形态学标记 (m orphological markers 是指植物的外部特征特性 8。 传统的检测方法是根据个体间 的形态差异来区分某些特殊个体的 。由于表型和、 调控 、 个体发育等复 , 根据表型上的差异来反应基因型 关键所在 。所以 , 形态学或表型性状检测遗传多 样性是最直接的 、 简便易行的方法 。但是 , 由于形 态学或表型性状数量较少 , 易受环境条件 、 人为因 素测量工具及基因显隐性等因素的影响 , 遗传表 达不稳定 , 因此在

4、有些情况下并不能完全真实全 面地反映遗传多样性 。2. 2细胞学标记细胞学标记 (cytological markers 主要是指染色 体核型 (染色体数目 、 大小 、 随体 、 着丝点位置等 及带型 (C 带 、 G 带 、 N 带等 8。染色体分带技术 是一种直观 、 快速而经济的检测外源遗传物质的 方法 。 由于染色体分带技术的技术性较强 , 易受 实验条件的影响 , 且大多数染色体具有这种细胞 学标记数目有限 , 导致细胞学标记对某些不具有 特异性带型的染色体或片段进行鉴定时结果的可 靠性略差 。2. 3生化标记生化标记 (biochemical markers 主要包括同工 酶 ,

5、 是鉴定外源 DNA 和研究物种起源进化的有效 工具 , 它们比形态标记更能提供较大的差异信息 , 1966年 , Hubby 、 Lew ontin 、 Johns on 和 Harris 分别报 道了利用凝胶电泳技术结合酶的特异性染色对果 蝇和人类群体遗传变异的定量研究 , 打开了用一 种全新方法研究天然群体变异的大门 。这种方法 就是后来在系统学和进化研究领域广泛应用的同 工酶电泳技术 (Is ozyme electrophosis 。其基本原理 是根据不同蛋白质所带电荷性质不同 , 通过蛋白 质电泳或色谱技术以及专门的染色反应显示出不第 11卷第 5期 2002年 10月 淮 阴 工

6、学 学 报Journal of Huaiyin Institute of T echnology V ol. 11N o. 5OCT. 2002同形式的同工酶 , 从而鉴别不同的基因型 。生化 标记具有实验程序简单 , 易操作 , 成本较低 , 比较 稳定 , 比形态学标记更能提供较大的差异信息等 优点 , 但是生化标记数目在一定程度上仍然有限 , 且不具有共显性 , 因而限制了它的应用 。2. 4 分子标记广义的分子标记是指可遗传的并可检测的 DNA 序列或蛋白质 。 狭义的分子标记是指以 DNA 多态性为基础的遗传标记 。本文指的分子标记即 为后者 。 由于 DNA 分子标记克服了同工酶遗

7、传标 记数量有限的不足 。自 1980年以来 , 分子标记技 术发展很快 。2. 4. 1 限制性片段长度多态性 (Restriction Frag 2 ment Length P olym orphism , RF LP RF LP 是最早发展的分子标记 ,DNA10。 RF LP :, 不受环 境影响 ;RF LP B 标记等为基因之间呈共显性 ; 非等 位的 RF LP 标记之间不存在上位效应及其它形式 的基因互作 ; 结果稳定可靠 , 重复性好 。但是分析 程序复杂 , 技术难度大 , 费时 , 成本高 , 需要适合的 探针和放射性同位素 , 而且每次反应需要 DNA 量 较大 , 多

8、态位点数目有限 , 所以应用受一定的限 制 。2. 4. 2 随机扩增多态性 DNA (Random Am plified P olym orphic DNA ,RAPD RAPD 技术是由 Williams 和 Welsh 领导的两个 研究 小 组 同 时 提 出 的 , Williams 称 之 为 RAPD , Welsh 称之为 AP -PCR 6,17,18。它是利用一个随 机序列的寡核苷酸作引物 , 通常为 10个核苷酸 , 以基因组 DNA 作为模板进行 PCR 扩增反应 , 经琼 脂糖凝胶电泳来检测 DNA 序列的多态性 。 RAPD 标记检测灵敏方便 , 多态性强 , 可检测

9、出 RF LP 标 记不能检测的重复顺序区 , 因此可填补 RF LP 图谱 的空缺 。但是 RAPD 是显性标记 , 容易受反应条 件影响 , 稳定性较差 。2.4. 3 扩增片段长度多态性 (Am plified Fragmeng Length P olym ophism , AF LP AF LP 是 Z abeau 和 V os 等发明的一项技术 18。 AF LP 主要包括模板 DNA 的制备 , 引物的组装 , 酶 切片段被选择性扩增 。其实质是利用两种或两种 以上的酶切割 DNA , 形成不同酶切位点的限制性 酶切片段 , 在所得的酶切片段上加上双链人工接 头 , 作为 PCR

10、扩增的模板 。显然 ,AF LP 兼具备了 RF LP 和 RAPD 两种标 记方 法 的 优 点 。而 且 AF LP 能 提 供 比 RF LP 和 RAPD 更多的多态性信息 , 但是 AF LP 在技术上复 杂 , 较难操作 。2. 4. 4 微卫星标记微卫星 DNA 又称简单重复序列 (Sim ple Se 2 quence Repeats , SSR , 是由重复数目可变的串联重 复核心序列组成 , 如 (G A n , (G AT A n 等 , 长度一般 小于 100bp , , 由于重复次数 。微卫星 典型的共显性 , ,DNA 的用量少 , 扩增 。3 建议检测遗传多样性的

11、方法是随着生物学 , 尤其 是遗传学和分子生物学的发展而不断提高和完善 的 , 本文主要从形态学水平 , 细胞学水平 , 生化水 平和分子水平对遗传多样性的检测方法作了扼要 介绍 , 可以看出 , 不同的检测方法在理论上或在实 际研究中都有各自的优点和局限 , 目前还找不到 一种完全取代其它方法的技术 。因此 , 在研究生 物的遗传多样性时 , 可将几种检测方法综合使用 , 扬长避短 , 建立快速有效的综合方法 。同时在分 子标记中 , 除 RF LP 外 , 其它分子标记都是建立在 PCR 反应基础上的 , 又各有所长 , 所以我们可以借 助于 PCR , 结合各种分析方法 , 更快速 、

12、更简单 、 更 可靠地获得分子标记 , 从而加快遗传多样性的研 究进程 。参考文献 :1WRI et al. 马克平等译 . 全球生物多样性策略 M.北京 :中国标准出版社 ,19932陈灵芝 . 中国的生物多样性 -现状及其保护策略 M.北京 :中国标准出版社 ,19933戴思兰 . DNA 遗传标记在林业生产中的应用 J.生物工程进展 ,19964葛颂等 . 植物群体遗传结构研究的回顾和展望 M.高等教育出版社 ,19965惠东威 , 陈受宜 . RAPD 技术及其应用 J.生物工 程进展 , 19926贾继增 . 分子标记种质资源鉴定和分子标记育种 J.中国农业科学 , 1996,29:

13、(4 1-107李强 , 韩一凡 . 木本植物分子生物学的研究进展 J.世界林业研究 ,1996 第 5期 遗传多样性及其研究方法 7 8罗林广等 . 分子标记及其在作物遗传育种中的应 用 J.江西农业学报 ,1997,9(1 :45-549邱芳 , 伏健民等 . 遗传多样性的分子检测 J.生物 多样性 , 1998,6(2 :510世界资源研究所 . 全球多样性策略 M.北京 . 中 国标准出版社 ,199311Chan, K. F. and Sun , M. :G enetic diversity and re 2 lationships detected by is ozyme and

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