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遗传标记技术的研究进展

花匠小妙招
2024-11-02 14:56

遗传标记技术的研究进展
王灿
主要内容
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遗传标记(ic marker)是指可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性。它具有两个基本特征,即可遗传性和可识别性,因此生物的任何有差异表型的基因突变均可作为遗传标记。在植物遗传育种研究中可被利用的遗传标记应具备以下几个基本条件:(1)多态性高;(2)表现共显性;(3)对农艺性状影响小;(4)经济方便,容易观察记载。
遗传标记包括形态标记(morphological marker)、细胞学标记(cytological marker)、生化标记(biochemical marker)和分子标记(molecular marker)四种类型。

形态标记主要是肉眼可见的植物的外部形态特征,如植株的株高,穗长,叶片、果实、花、花粉的颜色、形状、大小等,也包括理特性、生殖特性、抗病虫性等有关的一些特性。
形态标记简单直观、经济方便;但其数量在多数植物中是比较有限的,多态性较差,并且其表现易受环境的影响,有时某些标记还与不良性状连锁。此外形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程,周期较长。因此形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。
形态标记方法主要包括种子形态鉴定法与幼苗形态鉴定法。
虽然形态标记方法简单直观、经济方便。但是其缺点也很多:
(1)其数量在多数植物中是很有限的,且多态性较差;
(2)表现易受环境影响。形态(即表型)是基因组与环境之间相互作用的结果。由于基因与环境之间相互作用(G×E)的程度不同,因此比较不同时间或不同地点搜集的相关数据是不合适的;
(3)一些形态标记掩盖了连锁的次要基因的效应,因此几乎不可能用于筛选连锁基因进行鉴别;
(4)形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程,周期较长。
因此形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。

细胞学标记即植物细胞染色体的变异品,包括染色体核型(染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等)和带型(C带、N带、G带等)的变化。与形态标记相比,细胞学标记的优点是能进行一些重要基因的染色体或染色体区域定位。但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来培育,难度很大;同时某些物种对染色体变异反应敏感;还有些变异难以用细胞学方法进行检测。
除此之外,染色体核型及带型变化是由染色体数目与结构变化引起如多倍体、三体、缺体以及染色体易位、倒位、缺失、重复等,这类标记的数目很有限。因此到目前为止,真正应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。

生化标记主要包括蛋白质电泳法和物理化学法。
1)蛋白质电泳法;不同作物品种基因型不同,基因的直接表达产物一蛋白质在种类、数量、结构等方面亦不同。电泳法是根据蛋白质数量、大小和结构等方面的差异来揭示基因的差异,即由生化表现型反映基因型的生化标记方法,具有快速、准确性高、重复性好的优点。利用电泳技术对备检品种的种子或幼苗的蛋白质进行分离、染色,根据蛋白质电泳谱带的差异,并与品种的标准谱带相比较,从而鉴定品种的真实性和种子纯度。
电泳鉴定方法中以同工酶电泳法和种子蛋白电泳法在品种鉴定和种子纯度分析研究方面已得到广泛应用。
①同工酶电泳法;
同工酶是指来源相同,催化相同反应而结构不同的酶分子类型。同工酶谱差异主要是由决定酶蛋白本身的等位基因和非等位基因的差异造成的,同工酶谱是基因表达后的分子水平的表型,通过其谱带的分析能快速简便地识别出编码这些谱带的基因位点和等位基因。同工酶电泳法是从植物组织的蛋白粗提物中通过电泳技术和组织化学染色法来分离各种酶的同工酶,将酶的多种形式转变成肉眼可辨的酶谱带型。通过比较同工酶谱,来确定作物的种子纯度。目前,同工酶电泳法已被广泛用于建立遗传图谱、种群分析等相关研究中。目前,在作物种子纯度鉴定中,最常用的、多态性较强的是酯酶同工酶、过氧化物同工酶、磷酸酶同工酶等,所用电泳方法多为聚丙烯酰胺凝胶电泳法。
与形态鉴定法相比,同工酶电泳法具备两个方面的优点:(1)表现中性,对植物经济性状一般没有大的不良影响;(2)直接反映了基因产物差异,受环境影响较小。但同工酶电泳法也存在一些缺点:(1)多数作物种子需发芽,由于种子发芽速度不同造成个体间差异,容易引起误差;(2)同工酶的提取、电泳等多数需要在低温下进行,增加了电泳操作和电泳技术推广的难度;(3)同工酶存在时期特异性和器官特异性,在测定时需严格按一定程序操作,否则重演性低。由于同工酶分样存在上述不利因素,在应用中受到了一定的限制。

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