【教材拓展】分子生物学基因定位方法之一——简单重复序列(SSR)定位

来源:仪征中学 时间:2024-05-20
 
问题的提出: 基因的定位是 高中生物学的重点和难点,也是高考中的高频考点。定位的方法有许多,可以通过杂交后统计子代的表型及其比例进行基因定位是最常见的方法,同时,也包含了发生变异后,如染色体数目变异带来的变化推得基因在染色体的位置,而现在在考试中,经常会出 现利用分子学手段进行基因定位,如简单重复序列DNA标记(SSR)、限制性片段长度多态性标记(RFLP)、单核苷酸酸多态性(SNP)等,它们都是通过非基因片段作为标记进行基因定位。下面介绍通过简单重复序列DNA标记(SSR)的方法进行基因定位。
试题: 水稻是两性植株,在长日照和短日照下都能开花,但开花的起始时间影响其最终产量。科研人员筛选得到在长日照下晚开花的突变体M,并对该突变体M进行了相关研究。
(1) 在长日照条件下,野生型水稻正常开花,已知正常开花和晚开花由一对等位基因控制,科研人员将突变体M与野生型水稻进行杂交实验,F1都表现为正常开花,F2出现1/4晚开花。控制开花的基因           (填“可能”或“不可能”)位于X染色体上,原因是                       。将F2中正常开花的水稻自交,F3中正常开花:晚开花的比例为                      。(答案:不可能  水稻是两性植株,无性染色体    5 1)
解析: 在长日照条件下,野生型水稻正常开花,已知正常开花和晚开花由一对等位基因控制,科研人员将突变体与野生型水稻进行杂交,F1都表现为正常开花,F2出现1/4晚开花,说明正常开花为显性性状。控制开花的基因不可能位于X染色体上,原因是水稻是两性植株,无性染色体。若用A、a分别表示正常开花和晚开花,则亲本的基因型为AA、aa,F1的基因型为Aa,F2能正常开花的水稻中有2/3Aa、1/3AA,将F2中正常开花的水稻自交得到晚开花aa的概率为2 /3×1/4=1/ 6,所以F3中正常开花比上晚开花的比例为51。
(2)水稻的染色体上有简单重复序列SSR(如:GAGAGA……),非同源染色体上的SSR、不同品种的同源染色体上的SSR都不同,因此SSR技术常用于染色体特异性标记。科研人员先提取不同水稻个体的DNA,再对9号染色体上特异的SSR进行PCR扩增并电泳分析,结果如下图。若控制晚开花的基因在9号染色体上,推测F2中晚开花个体SSR扩增结果,请下图中画出4、5、41号个体的电泳条带                   

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注:1号:野生型;2号:突变体M;3号:F 1 ;4-41号:F2中的晚开花个体
若控制晚开花的基因不在9号染色体上,则F2中晚开花个体SSR扩增结果有                 种类型,比例约为                 答案: 条带见解析    3   1︰2︰1
解析: 若控制晚开花的基因(隐性基因)在9号染色体上。2号代表突变体M。则推知,位于上面的条带代表的是隐性基因,即晚开花基因,位于下面的条带代表的是显性基因,即正常开花基因。由此可以推测,4、5、41号所代表的F2代晚开花个体全为隐性纯合子,因此,4、5、41个体的扩增结果如下图:

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若控制晚开花的基因不在9号染色体上,由电泳图可知,F1带有两种9号染色体扩增序列,其自交后代F2的扩增结果有3种类型,含一种9号染色体扩增序列含两种9号染色体扩增序列含另一种9号染色体扩增序列=121。
简单重复序列(SSR)

简单重复序列(Simple Sequence Repeat, SSR),又称微卫星序列,指基因组中由1-6个核苷酸组成的串联重复序列,如CACACA……,广泛分布在各种真核生物基因组中。

原理:

微卫星的突变率在不同物种、同一物种的不同位点或同一位点的不同等位基因间存在很大差异。尽管微卫星 DNA分布于整个基因组的不同位置,但其两端序列多是保守的单拷贝序列,根据这两端的序列设计一对特异引物,通过PCR技术将期间的核心微卫星DNA序列扩增出来,利用电泳分析技术就可以得到其长度的多态性,此即SSR标记的原理。

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不同的基因带有不同的SSR标记,PCR扩增后,电泳后的结果也不相同,如下图所示:

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根据不同的基因和不同的SSR标记连锁情况,通过PCR扩增后,电泳后条带的不同位置来确定基因的位置。

应用:

微卫星标记因具有多态性丰富、分布广泛、遗传共显性等优点广泛应用于遗传图谱构建、分子标记辅助育种、种质资源鉴定、遗传多样性研究等领域

正常开花基因(A)与SSR(5kb)连锁,晚开花基因(a)与SSR(8kb),上述试题可以用下图来理解:

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