DNA标记技术

---

关键词

遗传标记，DNA序列，染色体，变异，突变，小卫星DNA，蛋白质变异，遗传作图。

引言

遗传标记是指染色体上基因或DNA序列的已知位置，用于识别个体或物种。它被描述为DNA序列中的变异或突变，可以是单个碱基对的变化，也可以是较长的变化，例如小卫星DNA。基因标记有助于识别遗传特征，例如血型和蛋白质变异。

遗传标记的例子包括单核苷酸多态性 (SNPs)、限制性片段长度多态性 (RFLPs)、串联重复序列数目可变 (VNTRs)、微卫星DNA、拷贝数变异 (CNVs)、STRs和插入缺失 (indels)。

遗传标记在所有动植物遗传学的遗传作图中起着关键作用。利用基于DNA的标记，理论上可以利用任何杂交中存在的DNA序列的全部多样性。遗传标记用于追踪遗传，这有助于将遗传疾病与相关的基因联系起来。

遗传标记是一个地标。下一代测序 (NGS) 技术的出现彻底改变了基因组学和转录组学对生物学的研究方法。这些新的测序工具对于在人群中发现、验证和评估遗传标记也具有价值。本文探讨了基于DNA的标记在标记辅助选择中的应用前景，以及基因作图中未来的发展趋势。

技术

遗传标记分为两类：生化标记和分子标记。生化标记用于检测基因水平的变化或变异，例如蛋白质和氨基酸的变化。

而分子标记用于检测DNA水平的变化，例如核苷酸变化，如复制、缺失或插入等。这些标记表现出两种遗传模式，即显性/隐性和共显性。通常，共显性标记比显性标记提供的信息更多。下面解释一些常用的遗传标记类型。

RFLP（限制性片段长度多态性）

RFLP是由使用特异性核酸内切酶的限制性酶产生的DNA序列变异个体中观察到的多态性。大多数RFLP标记是共显性的。其原理是由于插入或缺失突变引起的限制性酶位点的产生或缺失，是RFLP的主要基础。

RFLP标记具有中等多态性、高度位点特异性、高度可重复性，并且在基因组中高度丰富且随机分布。RFLP分析实际上是一个费力、耗时且技术要求高的过程，不建议自动化。

AFLP（扩增片段长度多态性）

AFLP标记分析是RFLP和PCR技术的结合，包括使用限制性酶反应进行DNA消化和PCR扩增。这涉及大小范围为80-500 bps的DNA片段。AFLP分析涉及的过程是从研究生物的组织中分离高质量的DNA。

AFLP是显性标记，多态性被检测为聚丙烯酰胺凝胶中电泳DNA条带的存在或不存在。条带根据每个样品产生的大小记录为存在或不存在。

RAPD（随机扩增多态性DNA）

RAPD多态性技术是最方便和最广泛使用的方法，因为它易于快速测定。在这种分析中，预先的DNA序列信息不是重要的要求，因为随机引物是市售的。RAPD PCR片段长度通常在0.5到5 kb之间。RAPD是显性标记，数据质量有限。

RAPD分析是非位点特异性的，电泳凝胶模式的解释相当混乱。由于这些条带包含共迁移，因此难以分配和分析问题。最近的改进已将RAPD技术改进为更有效的标记方法，例如SCAR、SRAP和CAPS。

这些改进的RAPD标记变体克服了RAPD相关的缺点，并提高了标记应用的效率。

SSR微卫星多态性（简单序列重复）

SSR是简单的序列，它们以单核苷酸、双核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸基序的串联重复排列。最常见的基序是单、双、三和四核苷酸。

SSR构成微卫星DNA的一类。SSR是位点特异性标记，以共显性模式遗传，这有助于植物作图和种群遗传学研究。SSR信息量很大，但在DNA测序的标记发现或开发阶段可能相当昂贵。

SNP（单核苷酸多态性）

SNP是由物种或不同物种中DNA序列单个碱基对位置变化引起的遗传多态性。SNP是生物体中DNA序列多态性最常见的一种形式。SNP通常位于基因组的编码和非编码以及基因间区域，频率为每100-300个DNA碱基对出现一个SNP。这些标记比其他分子标记更具吸引力，用于基因分型。SNP标记具有双等位基因性和世代稳定性。SNP标记易于自动化、高通量，是分子植物育种应用中一种流行且方便的技术。

DArT（多样性阵列技术）

DArT是一种基于微阵列杂交的通用方法，具有高通量和可重复性，用于检测DNA指纹分析中单个片段的存在和不存在。50-100 ng的优质基因组DNA足以用于DArT分析。

DArT的优势在于它非常经济有效。DArT标记分析用于识别基因组文库中的标记。DArT标记的评分精度很高，DArT微阵列平台本身具有应用灵活性。与其他分子标记技术相比，DArT方法具有许多优点。

STS（序列标记位点）

STS是特征短且具有序列唯一性的DNA片段。确切的STS序列通常只在基因组中的一个位置找到。STS在植物基因组研究中被发现有用并被采用。STS标记是共显性的，技术上易于执行且高度可重复。这项技术已被应用于获得几种作物的物种的成功结果。

SSLP（或简单序列长度多态性）

VNTR（或可变数量串联重复）

STR（或短串联重复）

SFP（或单特征多态性）

RAD标记（或限制性位点相关的DNA标记）

要点

• 这些方法用于帮助研究成百上千个个体的众多群体，而这些群体以前没有可用的基因组资源，使用测序技术正在利用全基因组测序中的数千个遗传标记进行新的发现。
• 基因组资源的可用性、多态性水平、样品的合并以及限制性酶的选择等多种因素都会影响高通量标记发现和基因分型实验的设计和实施。
• 由于这些方法的数据分析有时具有挑战性，因此解释了用于新方法处理的高通量标记数据。
• 随着测序成本持续快速下降，这种情况在未来几年可能会发生变化。而且这些方法比全基因组测序更经济。

结论

本文介绍了不同类型的DNA标记和技术，解释了最流行和广泛使用的分子标记的原理和方法。上面已经看到了一些最大和最详尽的分子标记覆盖范围。讨论的分子标记技术主要包括成熟的任意扩增DNA (AAD) 标记方法、基于微卫星的标记技术和基于逆转座子的分子标记方法。事实上，分子或DNA标记技术为分子基因组学研究提供了巨大的机会。这些标记不应替代生化标记，而应将分子标记作为基因组学和植物育种中的补充技术，以提高农业生产、可持续粮食和营养供应。