專利名稱：遺傳標(biāo)記的發(fā)展與種類的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
遺傳標(biāo)記的發(fā)展與種類，屬于遺傳育種學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
遺傳標(biāo)記是指可以明確反映等位基因變異的生物特征。自孟德?tīng)枙r(shí)代起，人們 就對(duì)高等植物許多單基因決定的性狀進(jìn)行了歸類分析，試圖把這些性狀作為一種標(biāo)記來(lái) 更好地研究生物遺傳與變異的規(guī)律。但直到1910年摩爾根發(fā)現(xiàn)連鎖遺傳規(guī)律和1913年 Sturtevant提出以基因重組的交換值作為染色體上基因間距離的標(biāo)準(zhǔn)之后，遺傳標(biāo)記才被 廣泛用于連鎖分析和基因定位等方面的研究。其基本原理就是同源染色體減數(shù)分裂過(guò)程中 發(fā)生交換，交換的結(jié)果使染色體上的基因發(fā)生重組，兩個(gè)基因之間發(fā)生重組的頻率取決于 它們之間的相對(duì)距離，通過(guò)兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)和三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確地估算出交換值，就可確定基因在染 色體上的相對(duì)位置(劉樹(shù)兵等，1999)。遺傳學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了新型遺傳標(biāo)記的產(chǎn)生，使其經(jīng) 歷了從形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記到DNA標(biāo)記的發(fā)展過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
1、形態(tài)標(biāo)記 形態(tài)標(biāo)記是指那些能夠明確顯示遺傳多樣性的外觀性狀，如株高、穗形、粒色或芒 性等相對(duì)差異。典型的形態(tài)標(biāo)記用肉眼即可識(shí)別和觀察，廣義的形態(tài)標(biāo)記還包括那些借助 簡(jiǎn)單測(cè)試即可識(shí)別的某些性狀如生理特性、生殖特性、抗病性等。由自發(fā)突變或理化誘變均 可獲得具有特定形態(tài)特征的遺傳標(biāo)記材料。形態(tài)標(biāo)記材料多數(shù)僅帶有一個(gè)標(biāo)記基因，少數(shù) 則帶有多個(gè)標(biāo)記基因。后者用于基因連鎖分析時(shí)，可同時(shí)分析幾個(gè)標(biāo)記性狀。
形態(tài)標(biāo)記在遺傳研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但由于數(shù)量少，可鑒別標(biāo)記基因有 限，在染色體上的分布又不均勻，因而難以建立飽和的遺傳圖譜。另外，許多形態(tài)標(biāo)記還要 受到環(huán)境、生育期等因素的影響，使形態(tài)標(biāo)記的應(yīng)用受到一些限制。
2、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記 細(xì)胞學(xué)標(biāo)記是指能明確顯示遺傳多態(tài)性的細(xì)胞學(xué)特征。染色體的結(jié)構(gòu)特征和數(shù)量 特征是常見(jiàn)的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記，它們分別反映了染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的遺傳多態(tài)性。染色體結(jié) 構(gòu)特征包括染色體的核型和帶型。核型特征是指染色體的長(zhǎng)度、著絲粒的位置和隨體的有 無(wú)等，由此可以反映染色體的缺失、重復(fù)、倒位和易位等遺傳變異；帶型特征是指染色體經(jīng) 特殊染色后，帶的顏色深淺、寬窄和位置順序等，由此可以反映染色體上常染色質(zhì)和異染色 質(zhì)的分布差異。染色體數(shù)量特征是指細(xì)胞中染色體數(shù)目的多少，染色體數(shù)量上的遺傳多態(tài) 性包括整倍體和非整倍體變異，前者如多倍體，后者如缺體、單體、三體、端著絲粒染色體等 非整倍體。用具有染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)變異的材料與染色體正常的材料進(jìn)行雜交，其后代常 導(dǎo)致特定染色體上的基因在減數(shù)分裂過(guò)程中的分離和重組發(fā)生偏離，由此可以測(cè)定基因所 在的染色體及其相對(duì)位置。因此，染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的特征可以作為一種遺傳標(biāo)記。在小
麥中，利用每條染色體的模式圖、c-分帶的帶型、缺失斷點(diǎn)的位置及分子標(biāo)記在缺失間隔區(qū)的定位，構(gòu)建了整個(gè)小麥基因組的物理圖譜(方宣鈞等，2001)。此外，許多染色體結(jié)構(gòu)和 數(shù)量變異常具有相應(yīng)的形態(tài)學(xué)特征，因此可以在雜種后代中直接對(duì)相應(yīng)的形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行選 擇，不必進(jìn)行染色體鑒定就可以確定其細(xì)胞學(xué)特征，從而提高了細(xì)胞學(xué)標(biāo)記的利用效率。
細(xì)胞學(xué)標(biāo)記克服了形態(tài)標(biāo)記易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)，但這種標(biāo)記材料的產(chǎn)生需要花 費(fèi)大量的人力和物力進(jìn)行培養(yǎng)選擇。有些物種對(duì)染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異耐受性較差，難 以獲得相應(yīng)的標(biāo)記材料。某些物種雖然已有細(xì)胞學(xué)標(biāo)記，但這些標(biāo)記常常伴有對(duì)生物有害 的表型效應(yīng)，或者觀察和鑒定時(shí)比較困難，從而限制了細(xì)胞學(xué)標(biāo)記的應(yīng)用。
3、蛋白質(zhì)標(biāo)記 用作遺傳標(biāo)記的蛋白質(zhì)通?？煞譃榉敲傅鞍踪|(zhì)和酶蛋白質(zhì)兩種。在非酶蛋白質(zhì)標(biāo) 記中，用的較多的是種子貯藏蛋白，這些蛋白質(zhì)可以通過(guò)一維或二維聚丙烯酰胺凝膠電泳 技術(shù)進(jìn)行分析。在小麥種子貯藏蛋白中，醇溶蛋白和谷蛋白約占蛋白質(zhì)總量的90%，遺傳 分析表明它們是較好的遺傳標(biāo)記，已被廣泛用于小麥的遺傳學(xué)研究。酶蛋白質(zhì)中作為遺傳 標(biāo)記的主要是同工酶。同工酶是指具有相同催化功能而結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)又不同的一類酶。 其遺傳學(xué)行為一般符合孟德?tīng)栆?guī)律，共顯性表達(dá)，因而是一種良好的遺傳標(biāo)記(Markert & Moller，1959)。 蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的直接產(chǎn)物，與形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記相比，數(shù)量上更豐富，受 環(huán)境影響更小，能更好地反映遺傳多樣性，因此蛋白質(zhì)標(biāo)記是一種較好的遺傳標(biāo)記。但蛋白 質(zhì)標(biāo)記仍然存在諸多不足，如每一種同工酶標(biāo)記都需要特殊的顯色方法和技術(shù)；某些酶的 活性具有發(fā)育和組織特異性；局限于反映基因編碼區(qū)的表達(dá)信息等。最主要的是標(biāo)記的數(shù) 量仍比較有限，在品種間差異較少，遠(yuǎn)不能滿足研究的需要。
4、DNA木示i己 DNA標(biāo)記，又稱分子標(biāo)記，是DNA水平上遺傳多態(tài)性的直接反映。DNA水平的遺傳 多態(tài)性表現(xiàn)為核苷酸序列的任何差異，甚至是單個(gè)核苷酸的變異。因此，DNA標(biāo)記在數(shù)量上 幾乎是無(wú)限的。與以往的遺傳標(biāo)記相比，DNA標(biāo)記還有許多特殊的優(yōu)點(diǎn)(l)在各個(gè)組織、各 發(fā)育時(shí)期均可檢測(cè)到，不受季節(jié)、環(huán)境的限制，不存在表達(dá)與否的問(wèn)題。(2)遍及整個(gè)基因 組，數(shù)量多。(3)表現(xiàn)中性，不影響性狀表達(dá)，與優(yōu)良性狀無(wú)必然的連鎖關(guān)系。(4)自然界存 在著許多等位變異，多態(tài)性高，不需創(chuàng)造特殊的遺傳材料。(5)有許多標(biāo)記表現(xiàn)為共顯性，能 鑒別純合基因型和雜合基因型。目前，DNA標(biāo)記已廣泛用于種質(zhì)資源研究、遺傳圖譜構(gòu)建、 目的基因定位和分子標(biāo)記輔助選擇等各個(gè)方面(賈繼增，1996)。依據(jù)對(duì)DNA多態(tài)性的檢測(cè) 手段，DNA標(biāo)記可分為以下四大類 第一類為基于DNA-DNA雜交的DNA標(biāo)記。其中最具代表性的是發(fā)現(xiàn)最早且應(yīng)用廣 泛的RFLP標(biāo)記。 第二類為基于PCR的DNA標(biāo)記。根據(jù)所用引物的特點(diǎn)，這類DNA標(biāo)記可分為隨機(jī) 引物PCR標(biāo)記和特異引物PCR標(biāo)記。隨機(jī)引物PCR標(biāo)記包括RAPD標(biāo)記、ISSR標(biāo)記等。隨 機(jī)引物PCR所擴(kuò)增的DNA區(qū)段是事先未知的，具有隨機(jī)性和任意性，因此隨機(jī)引物PCR標(biāo)記 技術(shù)可用于對(duì)任何未知基因組的研究。特異引物PCR標(biāo)記包括SSR標(biāo)記、STS標(biāo)記等。特 異引物PCR所擴(kuò)增的DNA區(qū)段是事先已知的，具有特異性，因此特異引物PCR標(biāo)記技術(shù)依賴 于對(duì)各個(gè)物種基因組信息的了解。 第三類為基于PCR與限制性酶切技術(shù)結(jié)合的DNA標(biāo)記。這類DNA記可分為兩種類
5型，一種是通過(guò)對(duì)限制性酶切片段的選擇性擴(kuò)增來(lái)顯示限制性片段長(zhǎng)度的多態(tài)性，如AFLP 標(biāo)記；另一種是通過(guò)對(duì)PCR擴(kuò)增片段的限制性酶切來(lái)揭示被擴(kuò)增區(qū)段的多態(tài)性，如CAPS標(biāo)記。 第四類為基于單核苷酸多態(tài)性的DNA標(biāo)記。如SNP標(biāo)記。上述三類分子標(biāo)記技術(shù) 是基于片段長(zhǎng)度的差異，而SNP標(biāo)記是由DNA序列中因單個(gè)堿基的變異而引起的遺傳多態(tài) 性。目前SNP標(biāo)記一般通過(guò)DNA芯片技術(shù)進(jìn)行分析。
具體實(shí)施例方式
1、形態(tài)標(biāo)記是指那些能夠明確顯示遺傳多樣性的外觀性狀，如株高、穗形、粒色或 芒性等相對(duì)差異。典型的形態(tài)標(biāo)記用肉眼即可識(shí)別和觀察，廣義的形態(tài)標(biāo)記還包括那些借 助簡(jiǎn)單測(cè)試即可識(shí)別的某些性狀如生理特性、生殖特性、抗病性等。。 2、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記是指能明確顯示遺傳多態(tài)性的細(xì)胞學(xué)特征。染色體的結(jié)構(gòu)特征和數(shù) 量特征是常見(jiàn)的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記，它們分別反映了染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的遺傳多態(tài)性。染色體 結(jié)構(gòu)特征包括染色體的核型和帶型。核型特征是指染色體的長(zhǎng)度、著絲粒的位置和隨體的 有無(wú)等，由此可以反映染色體的缺失、重復(fù)、倒位和易位等遺傳變異；帶型特征是指染色體 經(jīng)特殊染色后，帶的顏色深淺、寬窄和位置順序等，由此可以反映染色體上常染色質(zhì)和異染 色質(zhì)的分布差異。染色體數(shù)量特征是指細(xì)胞中染色體數(shù)目的多少，染色體數(shù)量上的遺傳多 態(tài)性包括整倍體和非整倍體變異，前者如多倍體，后者如缺體、單體、三體、端著絲粒染色體 等非整倍體。用具有染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)變異的材料與染色體正常的材料進(jìn)行雜交，其后代 常導(dǎo)致特定染色體上的基因在減數(shù)分裂過(guò)程中的分離和重組發(fā)生偏離，由此可以測(cè)定基因 所在的染色體及其相對(duì)位置。因此，染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的特征可以作為一種遺傳標(biāo)記。
3、用作遺傳標(biāo)記的蛋白質(zhì)通常可分為非酶蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)兩種。在非酶蛋白質(zhì) 標(biāo)記中，用的較多的是種子貯藏蛋白，這些蛋白質(zhì)可以通過(guò)一維或二維聚丙烯酰胺凝膠電 泳技術(shù)進(jìn)行分析。 4、依據(jù)對(duì)DNA多態(tài)性的檢測(cè)手段進(jìn)行分析。
權(quán)利要求
形態(tài)標(biāo)記形態(tài)標(biāo)記是指那些能夠明確顯示遺傳多樣性的外觀性狀，如株高、穗形、粒色或芒性等相對(duì)差異，典型的形態(tài)標(biāo)記用肉眼即可識(shí)別和觀察，廣義的形態(tài)標(biāo)記還包括那些借助簡(jiǎn)單測(cè)試即可識(shí)別的某些性狀如生理特性、生殖特性、抗病性等，由自發(fā)突變或理化誘變均可獲得具有特定形態(tài)特征的遺傳標(biāo)記材料，形態(tài)標(biāo)記材料多數(shù)僅帶有一個(gè)標(biāo)記基因，少數(shù)則帶有多個(gè)標(biāo)記基因，后者用于基因連鎖分析時(shí)，可同時(shí)分析幾個(gè)標(biāo)記性狀；形態(tài)標(biāo)記在遺傳研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但由于數(shù)量少，可鑒別標(biāo)記基因有限，在染色體上的分布又不均勻，因而難以建立飽和的遺傳圖譜，另外，許多形態(tài)標(biāo)記還要受到環(huán)境、生育期等因素的影響，使形態(tài)標(biāo)記的應(yīng)用受到一些限制。
2. 細(xì)胞學(xué)標(biāo)記細(xì)胞學(xué)標(biāo)記是指能明確顯示遺傳多態(tài)性的細(xì)胞學(xué)特征，染色體的結(jié)構(gòu) 特征和數(shù)量特征是常見(jiàn)的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記，它們分別反映了染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的遺傳多態(tài) 性，染色體結(jié)構(gòu)特征包括染色體的核型和帶型，核型特征是指染色體的長(zhǎng)度、著絲粒的位置 和隨體的有無(wú)等，由此可以反映染色體的缺失、重復(fù)、倒位和易位等遺傳變異；帶型特征是 指染色體經(jīng)特殊染色后，帶的顏色深淺、寬窄和位置順序等，由此可以反映染色體上常染色 質(zhì)和異染色質(zhì)的分布差異，染色體數(shù)量特征是指細(xì)胞中染色體數(shù)目的多少，染色體數(shù)量上 的遺傳多態(tài)性包括整倍體和非整倍體變異，前者如多倍體，后者如缺體、單體、三體、端著絲 粒染色體等非整倍體，用具有染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)變異的材料與染色體正常的材料進(jìn)行雜 交，其后代常導(dǎo)致特定染色體上的基因在減數(shù)分裂過(guò)程中的分離和重組發(fā)生偏離，由此可 以測(cè)定基因所在的染色體及其相對(duì)位置，因此，染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的特征可以作為一種遺傳標(biāo)記，在小麥中，利用每條染色體的模式圖、c-分帶的帶型、缺失斷點(diǎn)的位置及分子標(biāo)記在缺失間隔區(qū)的定位，構(gòu)建了整個(gè)小麥基因組的物理圖譜；此外，許多染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量變 異常具有相應(yīng)的形態(tài)學(xué)特征，因此可以在雜種后代中直接對(duì)相應(yīng)的形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行選擇，不 必進(jìn)行染色體鑒定就可以確定其細(xì)胞學(xué)特征，從而提高了細(xì)胞學(xué)標(biāo)記的利用效率。
3. 蛋白質(zhì)標(biāo)記用作遺傳標(biāo)記的蛋白質(zhì)通?？煞譃榉敲傅鞍踪|(zhì)和酶蛋白質(zhì)兩種。在非 酶蛋白質(zhì)標(biāo)記中，用的較多的是種子貯藏蛋白，這些蛋白質(zhì)可以通過(guò)一維或二維聚丙烯酰 胺凝膠電泳技術(shù)進(jìn)行分析，在小麥種子貯藏蛋白中，醇溶蛋白和谷蛋白約占蛋白質(zhì)總量的 90%，遺傳分析表明它們是較好的遺傳標(biāo)記，已被廣泛用于小麥的遺傳學(xué)研究。酶蛋白質(zhì)中 作為遺傳標(biāo)記的主要是同工酶，同工酶是指具有相同催化功能而結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)又不同的 一類酶，其遺傳學(xué)行為一般符合孟德?tīng)栆?guī)律，共顯性表達(dá)，因而是一種良好的遺傳標(biāo)記，蛋 白質(zhì)是基因表達(dá)的直接產(chǎn)物，與形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記相比，數(shù)量上更豐富，受環(huán)境影響更 小，能更好地反映遺傳多樣性，因此蛋白質(zhì)標(biāo)記是一種較好的遺傳標(biāo)記，但蛋白質(zhì)標(biāo)記仍然 存在諸多不足，如每一種同工酶標(biāo)記都需要特殊的顯色方法和技術(shù)；某些酶的活性具有發(fā) 育和組織特異性；局限于反映基因編碼區(qū)的表達(dá)信息等，最主要的是標(biāo)記的數(shù)量仍比較有 限，在品種間差異較少，遠(yuǎn)不能滿足研究的需要。
4. DNA標(biāo)記DNA標(biāo)記，又稱分子標(biāo)記，是DNA水平上遺傳多態(tài)性的直接反映，DNA水平 的遺傳多態(tài)性表現(xiàn)為核苷酸序列的任何差異，甚至是單個(gè)核苷酸的變異，因此，DNA標(biāo)記在 數(shù)量上幾乎是無(wú)限的，與以往的遺傳標(biāo)記相比，DNA標(biāo)記還有許多特殊的優(yōu)點(diǎn)(l)在各個(gè) 組織、各發(fā)育時(shí)期均可檢測(cè)到，不受季節(jié)、環(huán)境的限制，不存在表達(dá)與否的問(wèn)題；(2)遍及整 個(gè)基因組，數(shù)量多；(3)表現(xiàn)中性，不影響性狀表達(dá)，與優(yōu)良性狀無(wú)必然的連鎖關(guān)系；(4)自 然界存在著許多等位變異，多態(tài)性高，不需創(chuàng)造特殊的遺傳材料；(5)有許多標(biāo)記表現(xiàn)為共顯性，能鑒別純合基因型和雜合基因型，目前，DNA標(biāo)記已廣泛用于種質(zhì)資源研究、遺傳圖譜 構(gòu)建、目的基因定位和分子標(biāo)記輔助選擇等各個(gè)方面，依據(jù)對(duì)DNA多態(tài)性的檢測(cè)手段，DNA 標(biāo)記可分為以下四大類第一類為基于DNA-DNA雜交的DNA標(biāo)記，其中最具代表性的是發(fā)現(xiàn)最早且應(yīng)用廣泛的 RFLP標(biāo)記；第二類為基于PCR的DNA標(biāo)記，根據(jù)所用引物的特點(diǎn)，這類DNA標(biāo)記可分為隨機(jī)引物 PCR標(biāo)記和特異引物PCR標(biāo)記，隨機(jī)引物PCR標(biāo)記包括RAPD標(biāo)記、ISSR標(biāo)記等，隨機(jī)引物 PCR所擴(kuò)增的DNA區(qū)段是事先未知的，具有隨機(jī)性和任意性，因此隨機(jī)引物PCR標(biāo)記技術(shù)可 用于對(duì)任何未知基因組的研究，特異引物PCR標(biāo)記包括SSR標(biāo)記、STS標(biāo)記等，特異引物PCR 所擴(kuò)增的DNA區(qū)段是事先已知的，具有特異性，因此特異引物PCR標(biāo)記技術(shù)依賴于對(duì)各個(gè)物 種基因組信息的了解；第三類為基于PCR與限制性酶切技術(shù)結(jié)合的DNA標(biāo)記，這類DNA記可分為兩種類型，一 種是通過(guò)對(duì)限制性酶切片段的選擇性擴(kuò)增來(lái)顯示限制性片段長(zhǎng)度的多態(tài)性，如AFLP標(biāo)記； 另一種是通過(guò)對(duì)PCR擴(kuò)增片段的限制性酶切來(lái)揭示被擴(kuò)增區(qū)段的多態(tài)性，如CAPS標(biāo)記，第四類為基于單核苷酸多態(tài)性的DNA標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明遺傳標(biāo)記的發(fā)展與種類，是指可以明確反映等位基因變異的生物特征，自孟德?tīng)枙r(shí)代起，人們就對(duì)高等植物許多單基因決定的性狀進(jìn)行了歸類分析，試圖把這些性狀作為一種標(biāo)記來(lái)更好地研究生物遺傳與變異的規(guī)律。其基本原理就是同源染色體減數(shù)分裂過(guò)程中發(fā)生交換，交換的結(jié)果使染色體上的基因發(fā)生重組，兩個(gè)基因之間發(fā)生重組的頻率取決于它們之間的相對(duì)距離，通過(guò)兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)和三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確地估算出交換值，就可確定基因在染色體上的相對(duì)位置。遺傳學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了新型遺傳標(biāo)記的產(chǎn)生，使其經(jīng)歷了從形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記到DNA標(biāo)記的發(fā)展過(guò)程。
文檔編號(hào)C12Q1/02GK101760539SQ200810238630
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者李祥 申請(qǐng)人:李祥