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衛星DNA(satelliteDNA)是一類高度重複序列DNA在介質氯化銫中作密度梯度離心,離心速度可以高達每分鐘幾萬轉;此時DNA分子將按其大小分佈在離心管內不同密度的氯化銫介質中,小的分子處於上層,大的分子處於下層;從離心管外看,不同層面的DNA形成了不同的條帶。根據熒光強度的分析,可以看到在一條主帶以外還有一個或多個小的衛星帶。這些在衛星帶中的DNA即被稱為衛星DNA,這種DNA的GC含量一般少於主帶中的DNA,浮力密度也低。

1 衛星DNA -分類

衛星DNA衛星DNA測定
衛星DNA按其浮力密度的大小可以分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類,其浮力密度分別是1.687,1.693,1.697和1.700g/cm3。各類衛星DNA都是由各種不同的重複序列家族所組成。衛星DNA通常是串聯重複序列。衛星DNA按其重複單元的核苷酸的多少,可以分為兩類。一類是小衛星DNA(minisatelliteDNA),由幾百個核苷酸對的單元重複組成。另一類是微衛星DNA(microsatelliteDNA),由2個到20個左右的核苷酸對的單元重複成百上千次所組成。衛星DNAI家族由42bp的單元組成,其中17bp(ACATAAAATATAAAGT)為可變區,25bp(ACCCAAAAAGTTATTATATACTGT)為重複單元。衛星DNAⅡ家族是保守性差的ATTCC重複。衛星DNAⅢ是較保守的ATTCC
衛星DNA衛星DNA
重複,且與10bp的序列(ATCGGGTTG)相間分佈。衛星DNA還有另一些分類的名稱,如α衛星DNA是靈長類特有的單元為171bp的高度重複序列,最初是在非洲青猴基因組中發現,現在已確定分佈在人染色體的著絲粒區。β衛星DNA家族是單元為68bp的串聯重複序列,富含GC。γ衛星DNA是220bp的串聯重複。第Ⅳ類衛星DNA稱為隱藏的衛星DNA(cryptilsatellite)。這是包含了多種串聯重複序列的DNA分子,離心時並不像衛星DNA那樣也分開,但它的屬性卻類似衛星DNA。衛星DNA位於有重要功能的真核染色體的著絲粒和端粒上。

2 衛星DNA -基本信息

衛星DNA衛星DNA
衛星DNA標記(microsatelliteDNA)是近十多年發展起來的一種新型的分子遺傳標記。它具有數量大、分佈廣且均勻、多態信息含量高、檢測快速方便等特點,目前被廣泛應用於動、植物基因定位、連鎖分析、血緣關係鑒定、遺傳多樣性評估、系統發生樹構建、標記輔助選擇等方面。

微衛星DNA又稱短串聯重複序列(shorttandemrepeat,STR)或簡單重複序列(simplesequencerepeats,SSR),廣泛隨機地分佈於真核生物基因組中,在DNA序列中平均每6kb就可能出現一個,約佔人基因組的10%,其基本構成單位(核心序列)為1-6bp,呈串聯重複排列而成。按核心序列鹼基數不同可分別稱為單二、三、四、五或六核苷酸,鹼基組成分別有2(A/T,C/G),4(AC/TG,AG/TC,AT/TA,CG/GC)10,102和350種。人類基因組中以(CA/GT)n,簡稱(CA)n重複序列最多,總共約有5×104-105個,即平均每6-60kbDNA就存在一個(CA)n,重複次數約15~16次;相應地,大鼠平均為18kb,小鼠平均為16kb,綿羊平均65kb(Crawford等,1995)。與其它DNA多態標記一樣,微衛星DNA呈孟德爾共顯性方式遺傳(Winter,1992)。

Weber(1990)按照重複結構的不同,把微衛星標記分為完全重複型(perfect)、不完全重複型(imperfect)和複合型(compound)三種。完全重複型指由不中斷的重複單位構成的微衛星;不完全重複型指重複單位中間有3個以下的非重複鹼基,且其兩端不中斷的部分重複數大於3;複合型指微衛星兩端或兩類以上的串聯重複單位由不多於3個連續的非重複鹼基分隔開,但各不中斷的重複單位的重複數大於或等於5。

關於衛星的產生機理,多數學者認為是DNA複製和修復過程中的滑動錯配或染色體減數分裂時姊妹染色單體不均等交換的結果(Tachida等,1992;Tautz等,1984),微衛星在基因組中的功能尚不清楚,已發現微衛星能參與遺傳物質的結構改變,基因調控及細胞分化等過程,有自身特異結合蛋白,尚能直接編碼蛋白質,是一種非常活躍的鹼基序列,微衛星核心序列是高度保守的,它與希氏大腸桿菌的Chi序列相似,揭示微衛星核心序列可能是與重組有關的蛋白質連接位點。微衛星可直接編碼蛋白質,如脆性X綜合症基因內(CGG)n串聯重複,編碼30個精氨酸;(CAG)n是人類基因庫DNA序列外顯子中發現最多的一種。另外,微衛星在促進染色體凝集,維持染色體結構等方面也有作用,可參與染色體摺疊、染色體端粒形成等。(CA/GT)n、(GATA)n可能與致育性、性別分化、X染色體失活有關。

3 衛星DNA -特點

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衛星DNA具有多態性和保守性,衛星位點由微衛星的核心序列與其兩側的側翼序列構成,側翼序列使某一衛星特異地定位於染色體的某一部位,而衛星本身的重複單位變異則是形成微衛星多態性的基礎。在某一個體基因組中兩條同源染色體的相對(側翼序列相同)位置上如兩側翼序列間所包含的衛星重複單位數相同與不同,則分別表現為純合基因型和雜合基因型。衛星DNA的保守性表現在哺乳動物之間,特別是一些緊密相關的物種如牛與羊、馬屬動物之間以及雞與火雞之間具有一定程度的保守性。Moore等(1995)用牛的衛星引物分別在羊、馬及人的基因組中進行擴增發現,在羊中56%的引物可擴增出特異產物,其中42%的擴增產物表現出多態性;而在馬及人中未擴增出多態產物。Levin等(1995)用48個雞微衛星位點的引物,以火雞的基因組DNA進行擴增發現:92%的引物可擴增出產物,33%的擴增產物經鑒定是與雞同樣的微衛星,其中28%的產物表現出多態性。由於衛星DNA引物在物種間的通用性,使得物種如牛、綿羊、山羊之間引物的互用成為可能。Gortari等(1997)研究表明;58%的牛引物可以在綿羊中擴增出特異產物且40%的擴增產物表現出多態性。Vaiman等(1996)的研究同樣表明34%的牛引物以及綿羊引物在山羊中呈多態且其發表的第一個公山羊遺傳圖譜中的219衛星標記中,有45個來自綿羊衛星,164個來自牛衛星。Schibler等(1998)在人的遺傳圖譜中尋找到了43個牛和綿羊的衛星及34個山羊衛星。許多研究結果表明反芻動物中的牛、綿羊和山羊3個物種在染色體水平上具有高度的相關性,因此,可用牛的衛星標記引物來構建綿羊或山羊的遺傳基因圖譜。

衛星DNAPCR擴增的高度靈敏性、高度特異性使得微衛星的檢測十分方便而且準確。傳統的方法是將PCR產物在非變性或變性聚丙烯醯胺凝膠中電泳進行基因分型。對於熒光素、同位素或生物標記的引物,可以採用其相應的顯示方法,而對不帶標記的引物可以銀染后觀察結果。熒游標記自動測序技術的發展使得微衛星DNA的基因分型變得快速、準確,從而大大地提高了微衛星標記分型效率和準確率,同時節約了實驗成本和時間,使得應用微衛星進行了大規模基因組掃描成為可能。

4 衛星DNA -優點

衛星DNA具有很多優點,然而如何獲得所需要的衛星位點,一般有以下兩種方法:一種是利用衛星位點的保守性,從衛星資料庫中搜索出某物種已知衛星引物,然後以相近物種的基因組總DNA為模板,用已知引物進行擴增並進行多態性分析,再對特異擴增產物進行測序,從而獲得適合另一物種的高度多態的微衛星位點。另一種方法則是直接從基因組文庫中篩選衛星位點。近年來,「隨機擴增衛星DNA多態性」法和藉助染色體顯微切割等手段使得新衛星位點的發現效率更高,更為簡單。

5 衛星DNA -標記的應用

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衛星標記應用遺傳多樣性的分析與評估,生物個體表現出的各種遺傳變異,在本質上就是DNA的差異,因此通過研究DNA的變異來分析群體的遺傳結構及遺傳多樣性則更為直接,Arranz等(1996)對牛的衛星和蛋白質標記的比較研究發現衛星標記比蛋白質標記具有更加豐富的多態性,且其兩者所得到的系統發生樹基本上是一致的。這些都說明,衛星在研究親緣關係較近的群體遺傳關係時是較優越的標記之一。van-zeveren等(1995)利用7個衛星標記對4個比利時豬種進行了研究,通過等位基因頻率、多態信息含量(PIC)、遺傳雜合度、有效等位基因數及品種內個體相似概率等5個指標的比較,得出了品種內的遺傳差異和遺傳關係。Li等(2000)用衛星方法對中國七個地方豬種遺傳多樣性的研究表明,中國地方豬種的遺傳多樣性高於外來品種,七個品種的聚類與它們的地理分化時間大致吻合。MacHugh等(1996,1997,1998)藉助20個衛星標記對7個歐洲牛品種,6個非洲牛品種和4個亞洲牛品種的遺傳結構進行檢測,分析了各個牛品種內的遺傳變異及品種間的遺傳關係,並對來自三大洲的普通牛和瘤牛起源,馴化和系統發生關係做好了深入探討。Zhou等(1999)對23個高度近交系雞的42個衛星位點進行了分析,繪製了系統發生樹,結果表明衛星在遺傳多樣性的研究上是準確可靠的。Morin等(1994)用人源衛星位點來檢查自由生活狀態下的黑猩猩種群的親緣關係、社會結構和子關係,使其得以驗證種群內關於親緣關係的假說。

6 衛星DNA -用途

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體細胞克隆:可以把某一個體的遺傳物質完整地傳遞下去,因而它對於保存並傳播優良個體和珍稀瀕危動物的基因組具有重大意義。確定異種重構胚的核是否來自於供體的核就顯得異常關鍵。中國科學院昆明動物研究所丁波、張亞平等人建立了一種從早期囊胚中提取DNA以進行核內和核外DNA分析的方法。用這種方法從異種克隆大熊貓重構胚中提取總DNA,以大熊貓特異的衛星DNA引物成功地擴增出了衛星座位g010。PCR產物雙向測序表明,2個重構胚與大熊貓供體對照序列完全一致。結果證明該異種大熊貓重構胚的核的確來自大熊貓供體細胞核。

無毛鼴鼠交配:衛星DNA它是由2-6bp重複單位構成的DNA序列,通常多態性片段長度在100-300bp。以人類基因組為例,平均每15-20kb就存在1個STR座位,據此估計整個人類基因組中大約有50,000-100,000個STR位點。由於微衛星DNA具有高度的多態性和遺傳穩定性,所以非常適合作為遺傳學DNA分子標記,目前STR分析已廣泛應用於遺傳製圖、連鎖性分析、親子鑒定、疾病基因定位和物種多態性研究等諸多領域。

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Ingram認為無毛鼴鼠是一個任意交配的群體,造成一個個體的DNA標記microsatellites來源廣泛,而不是像人類那樣,只能從父親和母親那兒獲得兩套系統。通過尋找在這個傳代的過程中無毛鼴鼠社會結構與模式的變化,Ingram發現經過一代又一代的繁衍,無毛鼴鼠越來越多的「兄弟姐妹」,以至於它們之間的相似度比它們與父母之間的相似度更大,因此也就越趨向於社會生活,並且秉承由上代傳下來的習俗共同生活。而且Ingram得出結論認為某種動物種類越少,其基因池(genepool)也越小。通過這一研究,不僅了解了無毛鼴鼠的生活習慣與規律,而且為人類控制有害物種十分有利。

親子鑒定:1、親子關係確認:當肯定子代某個標記基因來自生父,而假設父親也帶有這個基因的情況下,則不能排除它是該子代的生父,這一結論主要是根據實驗結果來進行分析。當得到父代和子代的微衛星位點擴增電泳圖后,可以根據各個個體間實驗結果的相似程度來確定它們之間的關係。更方便的方法是用掃描儀對電泳圖掃描,獲得各位點的檢測峰值圖,峰值曲線一樣的個體可以判定存在父子關係,並可估計出它是該子代生父的可能性大小。
2、親子關係的排除:利用微衛星位點的多態性,以微衛星位點在一定群體中各等位基因頻率為基礎,用排除親子關係概率來表示對假設父親的排除可能性大小,同時也表示了該標記在親子鑒定中的能力,這個概率取決於群體中該標記基因型及其頻率的大小。

7 衛星DNA -相關詞條

染色體鹼基組蛋白核小體多順反子

8 衛星DNA -參考資料

1、http://www.cnaho.com/links/xdxmsy/2004-10/2004-10-05.htm
2、http://journal.shouxi.net/qikan/articledes.php?id=126591
3、http://www.cqvip.com/qk/84082X/200603/22866787.html

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