分子生物學(xué)技術(shù)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用_第1頁(yè)
分子生物學(xué)技術(shù)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用_第2頁(yè)
分子生物學(xué)技術(shù)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用_第3頁(yè)
分子生物學(xué)技術(shù)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用_第4頁(yè)
分子生物學(xué)技術(shù)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用_第5頁(yè)
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鳥(niǎo)類的親緣關(guān)系不能只根據(jù)鳥(niǎo)類的外形和行為來(lái)判斷,比如鮮艷的蜂鳥(niǎo)和褐色的歐夜鶯這兩種迥然不同的鳥(niǎo)類就有親緣關(guān)系。有些鳥(niǎo)類差異過(guò)大,從未被聯(lián)想在一起,但科學(xué)證明它們的確是近親,例如常見(jiàn)的鸚鵡和不常見(jiàn)的鳴鳥(niǎo)。而那些行為習(xí)慣較為相似的鳥(niǎo)類,比如獵隼和其他食肉猛禽,在基因上可能沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。為闡述分子生物科學(xué)在鳥(niǎo)類親緣關(guān)系領(lǐng)域的應(yīng)用,本文簡(jiǎn)要介紹了幾種生物分子技術(shù)。1同工酶和蛋白電泳技術(shù)隨著蛋白質(zhì)電泳技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)蛋白質(zhì)的多態(tài)性進(jìn)行了深入的研究。該方法利用特定的電泳載體,將同工酶和非酶體蛋白的電荷性進(jìn)行區(qū)別,分離出不同的基因座,或相同位點(diǎn)的不同等位基因,以實(shí)現(xiàn)對(duì)基因型的識(shí)別。傳統(tǒng)的同工酶檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)橫向切片的淀粉凝膠電泳法或高分辨率的縱向板狀聚丙烯酰胺凝膠電泳法來(lái)實(shí)現(xiàn)的(見(jiàn)圖1)。試驗(yàn)必須在低溫環(huán)境中進(jìn)行,需確保樣品的新鮮度或利用低溫冷凍組織,再進(jìn)行萃?。浑娪緯r(shí)要確保環(huán)境溫度適宜,在低溫操作過(guò)程中維持酶和蛋白的活性。蛋白質(zhì)電泳技術(shù)僅能探測(cè)到編碼蛋白的基因位點(diǎn),不能測(cè)出某些潛在的變異性,可能會(huì)低估遺傳變異程度,這對(duì)研究近親群體的遺傳差異有不利影響;而且,可分析的同工酶種類也很少。雖然有以上缺點(diǎn),但其成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作快捷,在基因多樣性的研究中仍有廣闊的應(yīng)用前景。圖1水平式(A)和垂直式(B)平板凝膠電泳圖解2隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA分析隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA技術(shù)是一種新的DNA分子結(jié)構(gòu)分析方法。該方法基于PCR技術(shù),以10bp的短寡核糖核酸單鏈作為引子,且這種核糖核酸單鏈?zhǔn)前凑諌A基順序隨意排序的,通過(guò)這種方法可使基因組DNA擴(kuò)增,便于利用PCR技術(shù)對(duì)擴(kuò)增物進(jìn)行試驗(yàn)和觀察。然后用聚丙烯酰胺凝膠或瓊脂糖凝膠電泳法分離擴(kuò)增物,用溴化乙錠染色,對(duì)其DNA片段進(jìn)行多態(tài)性分析。RAPD技術(shù)能快速檢測(cè)DNA的多態(tài)性,無(wú)需對(duì)該品種進(jìn)行任何分子生物學(xué)的研究,且檢測(cè)效率高,樣品用量少,靈敏度高,操作簡(jiǎn)單快捷,成本低,所以能在近親樣品中擴(kuò)大不同的帶型。這項(xiàng)技術(shù)自威廉姆斯和威爾士?jī)蓚€(gè)研究小組于1990年共同開(kāi)發(fā)以來(lái),已經(jīng)在遺傳多樣性、分類和進(jìn)化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是,RAPD技術(shù)的,應(yīng)用也有不足之處,該技術(shù)對(duì)環(huán)境要求較高,反應(yīng)易受外界因素影響,重復(fù)性和可比性較差,經(jīng)濟(jì)效益一般。3DNA序列分析DNA一級(jí)序列是基因遺傳多樣性的根本體現(xiàn),是一種最直接的遺傳反映。PCR技術(shù)的問(wèn)世降低了科學(xué)研究人員的工作量,使PCR產(chǎn)物的直接測(cè)序過(guò)程不再?gòu)?fù)雜繁瑣;還使DNA序列分析結(jié)果更適合于揭示群體的差異。在DNA序列分析法中,需要對(duì)動(dòng)物線粒體DNA(mtDNA)進(jìn)行分析,它是一種共價(jià)閉環(huán)的雙鏈DNA,它是一種以母系遺傳為主的獨(dú)立復(fù)制體系,進(jìn)化速度是單拷貝核DNA的5~10倍,已經(jīng)成為近緣物種與種內(nèi)群體遺傳關(guān)系研究的重要標(biāo)志,因此,經(jīng)常利用mtDNA序列來(lái)分析鳥(niǎo)類的親緣關(guān)系。路基尼和蘭迪利用mtDNA調(diào)控區(qū)進(jìn)行序列分析,對(duì)70只來(lái)自不同區(qū)域的歐洲石雞進(jìn)行了研究。索倫森等人也從一種已絕跡的鳥(niǎo)類的骨頭中提取mtDNA,用PCR技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)增,并對(duì)其序列進(jìn)行了序列分析。再比如,內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)院對(duì)12種雀形目鳥(niǎo)類進(jìn)行了四種堿基比例電泳檢測(cè),獲得12對(duì)SrRNA序列,通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的保守位點(diǎn)、轉(zhuǎn)換位點(diǎn)、顛換位點(diǎn)的計(jì)算,得到A、T、G、C四個(gè)堿基的變異具情況(見(jiàn)表1)。最后再利用MEGA軟件進(jìn)行比對(duì),測(cè)算出這12種雀形目鳥(niǎo)類的遺傳距離。表112SrRNA序列三位點(diǎn)變異最后得到的結(jié)果較為準(zhǔn)確,比如長(zhǎng)尾山雀到山雀科鳥(niǎo)類的距離是0.1114~0.1198;白腰朱頂雀與白翅交嘴雀的遺傳距離為0.0028;獵隼到長(zhǎng)尾山雀的遺傳距離是0.5599......4DNA指紋分析DNA指紋的研究建立在DNA序列中的高變區(qū)上,而這種高變區(qū)又叫做“小衛(wèi)星DNA”。杰弗里斯等人的研究表明,在不同的DNA片段中,小衛(wèi)星DNA的復(fù)制單元具有不同的長(zhǎng)度和順序,但其核心的片段是同一的。不同的群體間存在著明顯的差異,DNA探針與含有核心序列的小衛(wèi)星DNA雜交,形成含多條圈帶的雜交圖譜,因?yàn)椴煌瑐€(gè)體之間的雜交圖譜不同,表現(xiàn)出個(gè)體特異性,而且像人類的指紋一樣獨(dú)一無(wú)二,因人而異,所以我們稱之為DNA指紋,其構(gòu)建過(guò)程(見(jiàn)圖2)。圖2DNA指紋的構(gòu)建過(guò)程相對(duì)于小型衛(wèi)星,基因組具有更多的隨機(jī)分布的微衛(wèi)星,因而可以提供更多的隨機(jī)分布的分子遺傳標(biāo)記。DNA指紋圖譜的特征是:多位點(diǎn)性、高變異性、基因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、遺傳穩(wěn)定性好,而多位點(diǎn)DNA指紋圖譜包含許多不同的圖帶,技術(shù)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析方面都比較復(fù)雜。要想簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,可以利用DNA指紋分析,一些小、微型衛(wèi)星探針?lè)謩e與各自的等位基因進(jìn)行雜交,就會(huì)得到一個(gè)包含1~2條圖帶的圖譜,即DNA指紋圖樣,這時(shí)若一次僅對(duì)個(gè)別小、微衛(wèi)星位點(diǎn)進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)起來(lái)就會(huì)比較省力、簡(jiǎn)便。PCR是DNA聚合酶鏈反應(yīng),可以在細(xì)胞外大規(guī)模進(jìn)行DNA的增殖的新型技術(shù)手段。當(dāng)難以得到傳統(tǒng)Southern雜交所需的DNA數(shù)量時(shí),可以通過(guò)PCR技術(shù)進(jìn)行DNA的擴(kuò)增(見(jiàn)圖3)來(lái)滿足試驗(yàn)需求。在對(duì)微衛(wèi)星、小衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)序后,利用PCR技術(shù)對(duì)其進(jìn)行特異性擴(kuò)增,從而確定其變異程度。采用PCR技術(shù)和局部酶切技術(shù),可以對(duì)多個(gè)重復(fù)單位進(jìn)行多次變異分析。DNA指紋分析技術(shù)不僅能夠有效研究鳥(niǎo)類親緣關(guān)系,在人類親子鑒別中也具有很大的實(shí)用意義,排除基因突變,后代DNA指紋圖上的每一條帶都可以在父親或是母親的遺傳圖譜上找到,而在后代中往往會(huì)有少數(shù)由遺傳變異所形成的新帶。圖3PCR技術(shù)進(jìn)行DNA擴(kuò)增的過(guò)程示意圖5結(jié)語(yǔ)所述幾種鳥(niǎo)類親緣關(guān)系生物學(xué)驗(yàn)證方法各有利弊,要結(jié)合實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,選用最合適的方法。在不改變?cè)囼?yàn)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的前提下,為保證試驗(yàn)的可靠性可

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