DNA標記技術

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關鍵詞

遺傳標記，DNA序列，染色體，變異，突變，小衛星DNA，蛋白質變異，遺傳作圖。

引言

遺傳標記是指染色體上基因或DNA序列的已知位置，用於識別個體或物種。它被描述為DNA序列中的變異或突變，可以是單個鹼基對的變化，也可以是較長的變化，例如小衛星DNA。基因標記有助於識別遺傳特徵，例如血型和蛋白質變異。

遺傳標記的例子包括單核苷酸多型性 (SNPs)、限制性片段長度多型性 (RFLPs)、串聯重複序列數目可變 (VNTRs)、微衛星DNA、複製數變異 (CNVs)、STRs和插入缺失 (indels)。

遺傳標記在所有動植物遺傳學的遺傳作圖中起著關鍵作用。利用基於DNA的標記，理論上可以利用任何雜交中存在的DNA序列的全部多樣性。遺傳標記用於追蹤遺傳，這有助於將遺傳疾病與相關的基因聯絡起來。

遺傳標記是一個地標。下一代測序 (NGS) 技術的出現徹底改變了基因組學和轉錄組學對生物學的研究方法。這些新的測序工具對於在人群中發現、驗證和評估遺傳標記也具有價值。本文探討了基於DNA的標記在標記輔助選擇中的應用前景，以及基因作圖中未來的發展趨勢。

技術

遺傳標記分為兩類：生化標記和分子標記。生化標記用於檢測基因水平的變化或變異，例如蛋白質和氨基酸的變化。

而分子標記用於檢測DNA水平的變化，例如核苷酸變化，如複製、缺失或插入等。這些標記表現出兩種遺傳模式，即顯性/隱性和共顯性。通常，共顯性標記比顯性標記提供的資訊更多。下面解釋一些常用的遺傳標記型別。

RFLP（限制性片段長度多型性）

RFLP是由使用特異性核酸內切酶的限制性酶產生的DNA序列變異個體中觀察到的多型性。大多數RFLP標記是共顯性的。其原理是由於插入或缺失突變引起的限制性酶位點的產生或缺失，是RFLP的主要基礎。

RFLP標記具有中等多型性、高度位點特異性、高度可重複性，並且在基因組中高度豐富且隨機分佈。RFLP分析實際上是一個費力、耗時且技術要求高的過程，不建議自動化。

AFLP（擴增片段長度多型性）

AFLP標記分析是RFLP和PCR技術的結合，包括使用限制性酶反應進行DNA消化和PCR擴增。這涉及大小範圍為80-500 bps的DNA片段。AFLP分析涉及的過程是從研究生物的組織中分離高質量的DNA。

AFLP是顯性標記，多型性被檢測為聚丙烯醯胺凝膠中電泳DNA條帶的存在或不存在。條帶根據每個樣品產生的大小記錄為存在或不存在。

RAPD（隨機擴增多型性DNA）

RAPD多型性技術是最方便和最廣泛使用的方法，因為它易於快速測定。在這種分析中，預先的DNA序列資訊不是重要的要求，因為隨機引物是市售的。RAPD PCR片段長度通常在0.5到5 kb之間。RAPD是顯性標記，資料質量有限。

RAPD分析是非位點特異性的，電泳凝膠模式的解釋相當混亂。由於這些條帶包含共遷移，因此難以分配和分析問題。最近的改進已將RAPD技術改進為更有效的標記方法，例如SCAR、SRAP和CAPS。

這些改進的RAPD標記變體克服了RAPD相關的缺點，並提高了標記應用的效率。

SSR微衛星多型性（簡單序列重複）

SSR是簡單的序列，它們以單核苷酸、雙核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸基序的串聯重複排列。最常見的基序是單、雙、三和四核苷酸。

SSR構成微衛星DNA的一類。SSR是位點特異性標記，以共顯性模式遺傳，這有助於植物作圖和種群遺傳學研究。SSR資訊量很大，但在DNA測序的標記發現或開發階段可能相當昂貴。

SNP（單核苷酸多型性）

SNP是由物種或不同物種中DNA序列單個鹼基對位置變化引起的遺傳多型性。SNP是生物體中DNA序列多型性最常見的一種形式。SNP通常位於基因組的編碼和非編碼以及基因間區域，頻率為每100-300個DNA鹼基對出現一個SNP。這些標記比其他分子標記更具吸引力，用於基因分型。SNP標記具有雙等位基因性和世代穩定性。SNP標記易於自動化、高通量，是分子植物育種應用中一種流行且方便的技術。

DArT（多樣性陣列技術）

DArT是一種基於微陣列雜交的通用方法，具有高通量和可重複性，用於檢測DNA指紋分析中單個片段的存在和不存在。50-100 ng的優質基因組DNA足以用於DArT分析。

DArT的優勢在於它非常經濟有效。DArT標記分析用於識別基因組文庫中的標記。DArT標記的評分精度很高，DArT微陣列平臺本身具有應用靈活性。與其他分子標記技術相比，DArT方法具有許多優點。

STS（序列標記位點）

STS是特徵短且具有序列唯一性的DNA片段。確切的STS序列通常只在基因組中的一個位置找到。STS在植物基因組研究中被發現有用並被採用。STS標記是共顯性的，技術上易於執行且高度可重複。這項技術已被應用於獲得幾種作物的物種的成功結果。

SSLP（或簡單序列長度多型性）

VNTR（或可變數量串聯重複）

STR（或短串聯重複）

SFP（或單特徵多型性）

RAD標記（或限制性位點相關的DNA標記）

要點

• 這些方法用於幫助研究成百上千個個體的眾多群體，而這些群體以前沒有可用的基因組資源，使用測序技術正在利用全基因組測序中的數千個遺傳標記進行新的發現。
• 基因組資源的可用性、多型性水平、樣品的合併以及限制性酶的選擇等多種因素都會影響高通量標記發現和基因分型實驗的設計和實施。
• 由於這些方法的資料分析有時具有挑戰性，因此解釋了用於新方法處理的高通量標記資料。
• 隨著測序成本持續快速下降，這種情況在未來幾年可能會發生變化。而且這些方法比全基因組測序更經濟。

結論

本文介紹了不同型別的DNA標記和技術，解釋了最流行和廣泛使用的分子標記的原理和方法。上面已經看到了一些最大和最詳盡的分子標記覆蓋範圍。討論的分子標記技術主要包括成熟的任意擴增DNA (AAD) 標記方法、基於微衛星的標記技術和基於逆轉座子的分子標記方法。事實上，分子或DNA標記技術為分子基因組學研究提供了巨大的機會。這些標記不應替代生化標記，而應將分子標記作為基因組學和植物育種中的補充技術，以提高農業生產、可持續糧食和營養供應。