Молекулярный маркер представляет собой молекулу , содержащаяся в образце , взятом из организма ( биологические маркеры ) или другого вещества. Его можно использовать для выявления определенных характеристик соответствующего источника. Например, ДНК - это молекулярный маркер, содержащий информацию о генетических нарушениях и эволюционной истории жизни . Конкретные участки ДНК ( генетические маркеры ) используются для диагностики аутосомно-рецессивного генетического заболевания, кистозного фиброза , [1] таксономического сродства ( филогенетика ) и идентичности.( Штрих-кодирование ДНК ). Кроме того, известно , что формы жизни выделяют в окружающую среду уникальные химические вещества, в том числе ДНК , как свидетельство их присутствия в определенном месте. [2] Другие биологические маркеры , такие как белки , используются в диагностических тестах сложных нейродегенеративных расстройств , таких как болезнь Альцгеймера . [3] Небиологические молекулярные маркеры также используются, например, в исследованиях окружающей среды . [4]
Генетические маркеры
В генетике молекулярный маркер (идентифицируемый как генетический маркер ) - это фрагмент ДНК, который связан с определенным местом в геноме . Молекулярные маркеры используются в молекулярной биологии и биотехнологии для идентификации определенной последовательности ДНК в пуле неизвестной ДНК.
Типы генетических маркеров
Есть много типов генетических маркеров, каждый из которых имеет свои ограничения и сильные стороны. Генетические маркеры делятся на три категории: «маркеры первого поколения», «маркеры второго поколения» и «маркеры нового поколения». [5] Эти типы маркеров могут также определять доминирование и совместное доминирование в геноме. [6] Определение доминирования и совместного доминирования с помощью маркера может помочь идентифицировать гетерозигот от гомозигот в организме. Содоминантные маркеры более полезны, потому что они идентифицируют более одного аллеля, что позволяет кому-то проследить конкретный признак с помощью методов картирования. Эти маркеры позволяют амплификацию определенной последовательности в геноме для сравнения и анализа.
Молекулярные маркеры эффективны, потому что они идентифицируют множество генетических связей между идентифицируемыми участками в хромосоме и могут быть повторены для проверки. Они могут идентифицировать небольшие изменения в картографической популяции, что позволяет различать картируемые виды, позволяя разделить черты и идентичность. Они идентифицируют определенные места на хромосоме, что позволяет создавать физические карты. Наконец, они могут определить, сколько аллелей у организма по определенному признаку (биаллельному или полиаллельному). [7]
Список маркеров | Акроним |
---|---|
Полиморфизма длин рестрикционных фрагментов | RFLP |
Случайная амплифицированная полиморфная ДНК | RAPD |
Полиморфизм длины амплифицированного фрагмента | AFLP |
Номер переменной Тандемный повтор | ВНТР |
Олигонуклеотидный полиморфизм | OP |
Полиморфизм единичного нуклеотида | SNP |
Связанные с аллелем праймеры | как можно скорее |
Повторения с тегами обратной последовательности | ISTR |
Усиленный полиморфизм между ретротранспозонами | IRAP |
Как уже упоминалось, геномные маркеры обладают особыми сильными и слабыми сторонами, поэтому перед использованием необходимо изучить и изучить маркеры. Например, маркер RAPD является доминирующим (идентифицирующим только одну полосу различия), и он может быть чувствительным к воспроизводимым результатам. Обычно это связано с условиями, в которых он был произведен. RAPD также используются в предположении, что две выборки имеют один и тот же локус при создании выборки. [6] Для разных маркеров также может потребоваться разное количество ДНК. Для RAPD может потребоваться всего 0,02 мкг ДНК, в то время как для маркера RFLP может потребоваться 10 мкг ДНК, извлеченного из него для получения идентифицируемых результатов. [8] в настоящее время маркеры SNP оказались потенциальным инструментом в программах селекции нескольких культур. [9]
Картирование генетических маркеров
Молекулярное картирование помогает идентифицировать расположение определенных маркеров в геноме. Есть два типа карт, которые могут быть созданы для анализа генетического материала. Во-первых, это физическая карта, которая помогает определить, где вы находитесь на хромосоме, а также на какой хромосоме вы находитесь. Во-вторых, есть карта сцепления, которая определяет, как определенные гены связаны с другими генами на хромосоме. Эта карта сцепления может идентифицировать расстояния от других генов, используя (сМ) сантиМорганы в качестве единицы измерения. Содоминантные маркеры могут использоваться при картировании, чтобы идентифицировать определенные места в геноме и могут представлять различия в фенотипах. [10] Связывание маркеров может помочь идентифицировать определенные полиморфизмы в геноме. Эти полиморфизмы указывают на небольшие изменения в геноме, которые могут содержать нуклеотидные замены или перестройку последовательности. [11] При разработке карты полезно идентифицировать несколько полиморфных различий между двумя видами, а также идентифицировать сходную последовательность между двумя видами.
Применение в науках о растениях
При использовании молекулярных маркеров для изучения генетики конкретной культуры необходимо помнить, что маркеры имеют ограничения. Сначала следует оценить, какова генетическая изменчивость изучаемого организма. Анализируйте, насколько идентифицируема конкретная геномная последовательность, рядом или в генах-кандидатах. Карты могут быть созданы для определения расстояний между генами и различий между видами. [12]
Генетические маркеры могут помочь в разработке новых черт, которые можно запустить в массовое производство. Эти новые черты можно идентифицировать с помощью молекулярных маркеров и карт. Определенные черты, такие как цвет, могут контролироваться всего несколькими генами. Качественные признаки (требуется менее 2 генов), такие как цвет, можно определить с помощью MAS (отбор с помощью маркеров). Как только желаемый маркер найден, его можно будет отслеживать в рамках различных дочерних поколений. Идентифицируемый маркер может помочь проследить определенные признаки, представляющие интерес при скрещивании между разными родами или видами, с надеждой на передачу определенных признаков потомству.
Одним из примеров использования молекулярных маркеров для идентификации определенного признака в растении является фузариоз пшеницы. Фузариоз может быть разрушительным заболеванием зерновых культур, но определенные разновидности, потомство или разновидности могут быть устойчивыми к этому заболеванию. Эта устойчивость определяется конкретным геном, за которым можно следить с помощью MAS (Marker Assisted Selection) и QTL (Quantitative Trait Loci). [13] QTL идентифицируют конкретные варианты в пределах фенотипов или признаков и обычно определяют, где расположен GOI (интересующий ген). После скрещивания можно взять образцы потомства и оценить их, чтобы определить, какое потомство унаследовало эти признаки, а какое - нет. Этот тип селекции становится все более выгодным для селекционеров и фермеров, поскольку снижает количество пестицидов, фунгицидов и инсектицидов. [13] Другой способ введения ГОИ - это механическая или бактериальная передача. Это сложнее, но может сэкономить время и деньги.
Применение маркеров в селекции зерновых
- Оценка изменчивости генетических различий и характеристик внутри вида.
- Идентификация и дактилоскопия генотипов.
- Оценка расстояний между видами и потомством.
- Определение местоположения QTL.
- Идентификация последовательности ДНК из полезных генов-кандидатов [13]
Заявление
Он имеет 5 приложений в рыболовстве и аквакультуре:
- Идентификация видов
- Исследование генетической изменчивости и структуры популяции в естественных популяциях
- Сравнение дикой и заводской популяций
- Оценка демографического узкого места в естественном населении
- маркеры помогли разведение
Биохимические маркеры
Биохимические маркеры обычно являются маркерами белка. Они основаны на изменении последовательности аминокислот в молекуле белка. Самый важный белковый маркер - аллофермент . аллоферменты представляют собой вариантные формы фермента, которые кодируются разными аллелями в одном и том же локусе, и этот аллофермент отличается от вида к виду. Итак, для определения вариации используются аллоферменты. Эти маркеры относятся к типу i.
Преимущества:
- Содоминантные маркеры.
- Цена меньше.
Недостатки:
- Требовать предварительную информацию.
- Низкая мощность полиморфизма.
Приложения:
- Отображение связей.
- Исследования населения.
Смотрите также
- Биомаркер
- Они очень полезны, чтобы знать генетическую стабильность конкретного организма. Биосигнатура.
Рекомендации
- ^ Брэдли, Линда А .; Johnson, Dorene A .; Чапарро, Карлос А .; Робертсон, Нэнси Х .; Ферри, Ричард М. (январь 1998 г.). «Мультиплексный тест ARMS для 10 мутаций кистозного фиброза (CF): оценка в программе пренатального скрининга CF». Генетическое тестирование . 2 (4): 337–341. DOI : 10,1089 / gte.1998.2.337 .
- ^ Циммер, Карл (22 января 2015 г.). «Даже неуловимые животные оставляют ДНК, а ключи - позади» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 23 января 2015 года .
- ^ Choe, Leila H .; Датт, Майкл Дж .; Релкин, Норман; Ли, Кельвин Х. (23 июля 2002 г.). «Исследования потенциальных молекулярных маркеров спинномозговой жидкости для болезни Альцгеймера». Электрофорез . 23 (14): 2247–2251. DOI : 10.1002 / 1522-2683 (200207) 23:14 <2247 :: помощь-elps2247> 3.0.co; 2-м . PMID 12210229 .
- ^ Фрейзер, депутат; Юэ, ZW; Бузку, Б. (май 2003 г.). «Распределение источника мелких твердых частиц в Хьюстоне, штат Техас, с использованием органических молекулярных маркеров». Атмосферная среда . 37 (15): 2117–2123. DOI : 10.1016 / S1352-2310 (03) 00075-X .
- ^ Махесваран, М. (2004). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Кафедра молекулярной биологии и биотехнологии растений .
- ^ а б «Традиционные молекулярные маркеры - расширение» . article.extension.org . Проверено 13 декабря 2015 .
- ^ Махесваран, М. (август 2014 г.). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Продвинутая биотехнология .
- ^ «Молекулярная селекция и селекция с помощью маркеров» . Международная служба по приобретению приложений Agri-Biotech . ISAAA . Проверено 12 декабря 2015 .
- ^ Контрерас-Сото Р.И., Мора Ф., де Оливейра МАР, Хигаши В., Скапим С.А., Шустер И. ((2017). « Общегеномное ассоциативное исследование агрономических признаков сои с использованием маркеров SNP и анализа гаплотипов на основе SNP» . PLOS ONE . 2 .: 1-22 DOI : 10.1371 / journal.pone.0171105 . PMC 5289539 . PMID 28152092 - через сеть наук.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Гриффитс, Энтони Дж. Ф.; Миллер, Джеффри Х .; Судзуки, Дэвид Т .; Левонтин, Ричард С .; Гелбарт, Уильям М. (01.01.2000). «Картирование с помощью молекулярных маркеров» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Карты молекулярных связей» . forages.oregonstate.edu . Проверено 13 декабря 2015 .
- ^ «Молекулярная селекция и селекция с помощью маркеров» . Международная служба по приобретению приложений Agri-Biotech . ISAAA . Проверено 12 декабря 2015 .
- ^ а б в Корзун Виктор. «Молекулярные маркеры и их применение в селекции зерновых» (PDF) . Сессия I: МАС в растениях . Проверено 12 декабря 2015 .
- Учебники по молекулярным маркерам и генотипированию