微衛(wèi)星DNA標(biāo)記應(yīng)用前景淺議

馮欽

摘 要 微衛(wèi)星廣泛存在于真核生物基因組中，一般由1～6個堿基組成重復(fù)片段，因?yàn)槠浞N類多、分布廣及重復(fù)次數(shù)在個體間具有高度的變異性呈現(xiàn)高度的多態(tài)性、共顯性，所以微衛(wèi)星DNA標(biāo)記已經(jīng)成為種群遺傳學(xué)中被廣泛應(yīng)用的分子標(biāo)記。就微衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)、功能及其形成機(jī)制方面在特定基因定位，種群遺傳結(jié)構(gòu)分析、種群內(nèi)親緣關(guān)系界定、物種進(jìn)化分析等方面的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞 微衛(wèi)星；物種進(jìn)化；基因圖譜；親子鑒定

中圖分類號：S852.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）01--02

分子標(biāo)記是以個體之間的遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，是DNA水平上遺傳多態(tài)性的直接的反映。微衛(wèi)星標(biāo)記是繼RFLP、AFLP之后的一種新的遺傳標(biāo)記。微衛(wèi)星標(biāo)記已被廣泛應(yīng)用于保護(hù)遺傳學(xué)研究的各個領(lǐng)域，包括種群遺傳多樣性評估、種群遺傳結(jié)構(gòu)分析、遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位和親子鑒定等。

1 微衛(wèi)星標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)70年代，生物科學(xué)家Litt[1]等在研究寄居蟹基因組DNA時發(fā)現(xiàn)其基因組中存在許多不同堿基的重復(fù)序列。在后續(xù)研究中，發(fā)現(xiàn)人、動物和酵母基因組中均存在大量類似的重復(fù)單元并于1988年將此重復(fù)序列作為新的遺傳標(biāo)記并應(yīng)用于人類，創(chuàng)造出“微衛(wèi)星”（Microsatellite）的名稱。

2 微衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)

微衛(wèi)星又稱簡單重復(fù)系列（Simple Sequence Repeats，SSR）或簡單串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性（Short Tandem Repeat Polymorphism，STRP），這些位點(diǎn)由短的重復(fù)串聯(lián)序列（1～6 bp）組成。這些微衛(wèi)星序列廣泛分布于基因組中，其重復(fù)次數(shù)以及重復(fù)程度在不同生物及個體之間呈現(xiàn)高度多態(tài)性。依據(jù)微衛(wèi)星核心序列的排列方式將微衛(wèi)星分為3大類，完全重復(fù)（無間隔），不完全重復(fù)（間隔序列存在于重復(fù)單元中）和復(fù)合型（2個以上重復(fù)單元）。

3 微衛(wèi)星的篩選

目前，獲得微衛(wèi)星DNA的方法有3種。一是通過構(gòu)建基因組文庫，標(biāo)記核心重復(fù)序列作為探針，與基因組文庫進(jìn)行雜交篩選，然后測序進(jìn)而設(shè)計特異性引物等步驟；二是利用近緣物種DNA序列的同源關(guān)系，通過已知的微衛(wèi)星引物跨種使用，進(jìn)而篩選到適合新物種的微衛(wèi)星DNA標(biāo)記；三是利用高通量測序，構(gòu)建文庫，利用生物信息學(xué)知識進(jìn)行大面積篩選。目前，隨著基因組計劃的全面展開，三大DNA數(shù)據(jù)庫Genebank、EMBL、DDJB收錄的數(shù)據(jù)越來越多，通過檢索比對將更容易獲取更多的微衛(wèi)星標(biāo)記。

4 微衛(wèi)星的特點(diǎn)

微衛(wèi)星DNA遵循孟德爾遺傳，呈共顯性，在基因組中分布廣、多態(tài)性高，實(shí)驗(yàn)操作簡單，結(jié)果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，有效克服了RAPD、AFLP等標(biāo)記的隨機(jī)性，即不同位點(diǎn)但大小相同的等位基因，所以微衛(wèi)星成為分析生物群體遺傳結(jié)構(gòu)與變異的理想分子標(biāo)記。微衛(wèi)星呈現(xiàn)多態(tài)性，主要體現(xiàn)在其核心序列的重復(fù)數(shù)的多態(tài)性以及等位基因位點(diǎn)的多態(tài)性。研究結(jié)果表明，微衛(wèi)星重復(fù)單元重復(fù)次數(shù)越多，其等位基因的數(shù)目也越多。微衛(wèi)星的突變率較高，在不同物種及個體之間的相同位點(diǎn)的不同等位基因和不同位點(diǎn)之間均存在較大的多態(tài)性。

微衛(wèi)星DNA標(biāo)記符合孟德爾遺傳，遺傳信息從上一代傳遞到下一代，并呈共顯性，每個位點(diǎn)存在多個等位基因且具備較高的多態(tài)性，降低了自然選擇對其的影響，且其結(jié)果穩(wěn)定可靠。一系列不同微衛(wèi)星位點(diǎn)的等位基因數(shù)據(jù)，可以顯示遺傳重組事件和基因型關(guān)系，進(jìn)而推算種群間的遺傳交流。因此，微衛(wèi)星DNA標(biāo)記被廣泛應(yīng)用于物種進(jìn)化和種群結(jié)構(gòu)等方面。

5 微衛(wèi)星的應(yīng)用

5.1 群體遺傳結(jié)構(gòu)分析

微衛(wèi)星呈現(xiàn)共顯性，屬于單位點(diǎn)遺傳標(biāo)記。每個微衛(wèi)星位點(diǎn)存在多個等位基因，具有較高的雜合度，對于自然選擇的影響較小，因此微衛(wèi)星標(biāo)記非常適合研究種群變異。England[2]等利用8個微衛(wèi)星位點(diǎn)對黑尾果蠅群體進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)星比同工酶具有更高的多態(tài)性。Machugh[3]等利用25個微衛(wèi)星位點(diǎn)對39個不同品系的歐洲牛進(jìn)行分析，計算其個體之間的遺傳距離并構(gòu)建遺傳圖譜，圖譜顯示與已知的遺傳背景接近。微衛(wèi)星NA標(biāo)記，基于其位點(diǎn)的不同等位基因及雜合性，在分析種群間的遺傳結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)了高度的有效性。

5.2 物種進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)生

微衛(wèi)星的多態(tài)性可以反映物種的進(jìn)化歷程，物種的分化速度及遺傳距離，基于此推斷物種的系統(tǒng)進(jìn)化與演變。Estoup[4]等利用7個微衛(wèi)星引物對7個西方蜜蜂群（3個非洲、4個歐洲）進(jìn)行分析，表明西方蜜蜂是由3個親緣較遠(yuǎn)的蜜蜂群進(jìn)化而來。而Franck[5]則利用8微衛(wèi)星位點(diǎn)分析埃及蜜蜂，表明埃及蜜蜂來源于西方蜜蜂，進(jìn)一步研究意大利和西西里蜜蜂之間的遺傳差異，從而闡明了兩者的起源與進(jìn)化。

5.3 遺傳多樣性與物種資源保護(hù)

物種滅絕消失，其遺傳信息也將隨之而去，導(dǎo)致自然界的遺傳多樣性降低。因此，遺傳多樣性與保護(hù)已經(jīng)成為生物多樣性研究的主要內(nèi)容。微衛(wèi)星成多態(tài)性，統(tǒng)計不同位點(diǎn)的等位基因數(shù)目和頻率，進(jìn)而分析物種種群的遺傳結(jié)構(gòu)，評估其遺傳多樣性；同時，計算不同品種之間的遺傳變異關(guān)系。選擇有效基因，并對有效基因在世代過程中的傳遞進(jìn)行跟蹤，有意識的進(jìn)行選種，防止有效基因因?yàn)檫z傳票變而丟失，進(jìn)而提出可靠合理的遺傳保護(hù)措施[6]。目前，針對瀕危野生動物，應(yīng)當(dāng)建立個體遺傳檔案，有意識的制定繁殖進(jìn)化，防止近親交配，導(dǎo)致物種衰退。

5.4 親緣關(guān)系鑒定

微衛(wèi)星位點(diǎn)多態(tài)性高，每個位點(diǎn)存在多個等位基因，并且遵循孟德爾遺傳規(guī)律，呈顯性，遺傳信息穩(wěn)定的進(jìn)行世代傳遞。微衛(wèi)星在個體之間具有高度的個體專一性和多態(tài)性，基于以多個位點(diǎn)在一定的群體中計算等位基因的頻率從而推斷血緣鑒定。目前，隨著對動物個體及其品質(zhì)的要求越來越高，明確的譜系在育種過程中是非常必要的。大熊貓屬于一雌多雄的生殖方式，利用微衛(wèi)星張亞平等成功的對其家系進(jìn)行了驗(yàn)證[7]。

6 微衛(wèi)星的相關(guān)問題

目前，微衛(wèi)星標(biāo)記被廣泛應(yīng)用于生物種群遺傳學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、親子鑒定等領(lǐng)域，但是該技術(shù)也受到一些其他方面因素的制約。一是微衛(wèi)星的篩選，檢測及鑒定；二是對于非損傷性獲取樣品進(jìn)行檢測也存在一定的困難；三是PCR引物在不同物種間的保守性不高，需要針對不同物種設(shè)計特異性引物；四是引物擴(kuò)增可能出現(xiàn)無效等位基因，導(dǎo)致結(jié)果無法使用。同時，仍有很多有關(guān)微衛(wèi)星的研究尚在探索中，如微衛(wèi)星的功能、三堿基重復(fù)序列的不穩(wěn)定性的分子機(jī)理，以及微衛(wèi)星突變導(dǎo)致的疾病機(jī)理。

參考文獻(xiàn)

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[6]黃磊，王義權(quán).微衛(wèi)星分子標(biāo)記在瀕危動物保護(hù)遺傳學(xué)研究中的應(yīng)用[J].生物多樣性，2004（5）.

[7]高煥，孔杰，于飛，等.人工控制自然交尾條件下中國對蝦父本的微衛(wèi)星識別[J].海洋水產(chǎn)研究，2007，28（1）.

（責(zé)任編輯：趙中正）