遺傳標記在遺傳學的建立和發展過程中有著舉足輕重的作用,隨著遺傳學的進一步發展和分子生物學的異軍突起,遺傳標記先后相應地經歷了形態標記、細胞學標記、生化標記和DNA分子標記四個發展階段。前三種標記都是以基因表達的結果為基礎的,是對基因的間接反映;而DNA分子標記則是DNA水平遺傳變異的直接反映,它具有能對各個發育時期的個體、各個組織、器官甚至細胞作出“中性”以及操作簡便等特點。正是這些特點,奠定了它極其廣泛的應用基礎。DNA分子標記本質上是指能反映生物個體或種群間基因組中某種差異的特異特DNA片段[1]。DNA分子標記大多以電泳譜帶的形式表現生物個體之間DNA差異,通常也稱為DNA的指紋圖譜。在過去10多年中,分子標記技術得到了突飛猛進的發展,至今已有幾十種分子標記技術相繼出現,并在基因庫構建、基因克隆、基因組作圖、基因定位、作物遺傳育種、植物親緣關系鑒別等各個研究領域得到了廣泛的應用。
1.第一代分子標記
1.1 RFLP標記技術
1980年Botesin提出的限制性片段長度多態性(Restriction fragment length polymorphisms ,RFLP)可以作為遺傳標記,開創了直接應用DNA多態性的新階段,是最早應用的分子標記技術[2]。RFLP是檢測DNA在限制性內切酶酶切后形成的特定DNA片段的大小,反映DNA分子上不同酶切位點的分布情況,因此DNA序列上的微小變化,甚至1個核苷酸的變化,也能引起限制性內切酶切點的丟失或產生,導致酶切片段長度的變化。RFLP標記的等位基因具有共顯性的特點,結果穩定可靠,重復性好,特別適應于構建遺傳連鎖圖。但是,在進行RFLP分析時,需要該位點的DNA片段做探針,用放射性同位素及核酸雜交技術,既不安全又不易自動化。另外,RFLP對DNA多態性檢出的靈敏度不高,RFLP連鎖圖上還有很多大的空間區[3]。
1.2 RAPD標記技術
為了克服RFLP技術上的缺點,Williams等[4]于1990年建立了隨機擴增多態DNA(Randomamplified polymorphic DNA ,RAPD)技術,由于其獨特的檢測DNA多態性的方式使得RAPD技術很快滲透于基因研究的各個領域。RAPD是建立于PCR基礎之上的分子標記技術,基本原理是利用一個隨機引物(8~10個堿基)通過PCR反應非定點地擴增DNA片段,然后用凝膠電泳分離擴增片段來進行DNA多態性研究[5]。對任一特定引物而言,它在基因組DNA序列上有其特定的結合位點,一旦基因組在這些區域發生DNA片段插入、缺失或堿基突變,就可能導致這些特定結合位點的分布發生變化,從而導致擴增產物的數量和大小發生改變,表現出多態性。與RFLP相比,RAPD技術簡單,檢測速度快,DNA用量少,實驗設備簡單,不需DNA探針,設計引物也不需要預先克隆標記或進行序列分析,不依賴于種屬特異性和基因組的結構,合成一套引物可以用于不同生物基因組分析,用一個引物就可擴增出許多片段,而且不需要同位素,安全性好。當然,RAPD技術受許多因素影響,實驗的穩定性和重復性差[6],首先是顯性遺傳,不能識別雜合子位點,這使得遺傳分析相對復雜[7],在基因定位、作連鎖遺傳圖時,會因顯性遮蓋作用而使計算位點間遺傳距離的準確性下降;其次,RAPD對反應條件相當敏感,包括模板濃度、Mg2+濃度,所以實驗的重復性差[8]。
1.3 AFLP標記技術
擴增片段長度多態技術(AFLP),又名限制片段選擇擴增技術(Selective restriction fragment amplifi2cation ,SRFA),于1993年由荷蘭KEYGENE公司的Zabean和Vos等發明[9],并已申請ZL。AFLP是近年來迅速發展起來的一種分子標記技術,它將基因組DNA用成對的限制性內切酶雙酶切后產生的片段用接頭(與酶切位點互補)連接起來,并通過5′端與接頭互補的半特異性引物擴增得到大量DNA片段,從而形成指紋圖譜的分子標記技術。AFLP指紋呈孟德爾式共顯性和顯隱性遺傳。它兼具RAPD與RFLP的優點,有較高的穩定性,用少量的選擇性引物能在較短時間內檢測到大量位點,并且每對引物所檢測到的多個位點都或多或少地隨機分布在多條染色體上,各染色體上AFLP標記的數目與染色體長度呈正相關(r =0.501),而一對引物獲得的標記涉及的染色體數與標記數呈正相關(r =0.826)。因此,通過少量效率高的引物組合,可獲得覆蓋整個基因組的AFLP標記[10]。目前,AFLP作為一種高效的指紋技術,已在遺傳育種研究中發揮它的優勢[11]。不過也有研究認為,AFLP對基因組純度和反應條件要求較高[12],另外用于遺傳作圖時,少數的標記與圖譜緊密度有出入。此外,在RAPD和RFLP技術基礎上建立了SCAR(Sequence characterizedamplified regions ,序列特異性擴增區域)、CAPS(Cleaved ampli2fied polymorphic sequence ,酶切擴增多態序列)和DAF(DNA amplified fingerprints ,DNA擴增指紋)等標記技術[13]。這些技術的出現,進一步豐富、完善了第1代分子標記技術,增加了人們對DNA多態性的研究手段。