保護生物學(xué)遺傳多樣性及保護課件

1、什么是遺傳多樣性？ 廣義的遺傳多樣性是生物 所攜帶遺傳信息的總和， 包括種間和種內(nèi)遺傳變異。 狹義的遺傳多樣性是種內(nèi)的遺傳多樣性，包括種內(nèi)和不同個體間的遺傳變異總和。 遺傳多樣性與生存能力、競爭力和適應(yīng)能力有關(guān)， 遺傳多樣性反應(yīng)進化潛力，是生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的基礎(chǔ)和核心。 遺傳多樣性起因于DNA分子水平，但會從轉(zhuǎn)錄、翻譯水平影響形態(tài)和生理特征從細(xì)胞、器官等水平表現(xiàn)出來。1遺傳多樣性的意義 追溯物種的進化歷史、探索物種進化的潛能 生物群體中的變異大小與其進化速率成正比，結(jié)合地球歷史事件分析當(dāng)今局勢，預(yù)測將來發(fā)展趨勢。 制定生物多樣性保護措施 遺傳變異性高-對環(huán)境適應(yīng)能力強-進化潛力大 遺

2、傳變異性低- 弱- 小 是保護生物多樣性和采取保護措施的基礎(chǔ)。 生物資源的保持與利用 保存群體所具有的基因種類及特有的基因組合體系。2遺傳多樣性分析與評價 遺傳多樣性的來源1.突變：染色體變異，有缺失、重復(fù)、倒位、易位、等結(jié)構(gòu)變異和染色體整倍體變異、非整倍體變異等數(shù)目變異。基因突變：自發(fā)突變和誘發(fā)突變；有堿基替換、移碼突變、缺失突變。2. 遺傳重組：遺傳物質(zhì)重排，形成新的變異。類型有同源重組、位點專一重組、轉(zhuǎn)座重組、異常重組（復(fù)制重組）。3. 選擇壓力：增加有利基因?qū)Νh(huán)境的適應(yīng)性進化，如存活力、抗病力、生理耐受力、取食能力、生殖力、交配陳功率、競爭和種群行為等因素。4. 基因流：個體在種群間移

3、動，使兩種群的基因庫內(nèi)的各等位基因的相對頻率改變。5. 遺傳漂變：有限群體內(nèi)，群體中基因頻率出現(xiàn)時代傳遞的隨機性波動。3Evolutionary ChangeMutationGenetic driftMigration/gene flowNatural selectionMost mutations are recessive. Here the mutation is dominant4遺傳多樣性分析與評價 遺傳多樣性的喪失1.奠基者效應(yīng)：群體基因庫來自最初建群的少數(shù)個體，初始群體的基因頻率對后代種群的影響較大（新建種群 源種群）。2.瓶頸效應(yīng)：一個群體的大小驟然減少時，某些基因從基因庫中消

4、失，后來的少數(shù)個體發(fā)展為大群體。3.近交：親緣個體間的交配，使雜合子數(shù)量降低，純合子數(shù)量增加，有害的隱性基因表達(dá)，導(dǎo)致近交衰退。4.雜交：遺傳上有明顯分化的個體間的 交配：雜交衰退、遺傳同化、漸滲雜交。5遺傳多樣性的評價指標(biāo) 多態(tài)位點百分率：種群中等位基因所占的比例。 雜合度：雜合體出現(xiàn)的頻率評價遺傳多樣性。h =Pi為某一第i個等位基因頻率，k為該座位上等位基因的數(shù)目，r為所檢測的座位數(shù)，h為群體中某座位的雜合度，H為群體平均雜合度。i 多態(tài)信息含量（PIC）：直接翻譯遺傳標(biāo)記中所包含或所能提供的遺傳信息容量。它是一個親本為雜合子，另一親本為不同基因型的概率。PIC =Pi 、Pj為某一第i

5、和j個等位基因頻率，k為等位基因的數(shù)目。6遺傳多樣性的檢測方法 形態(tài)學(xué)水平 生化水平 染色體水平 線粒體DNA水平 核基因組DNA水平7遺傳多樣性的檢測方法：形態(tài)學(xué)水平 形態(tài)學(xué)或表型性狀檢測是最古老、最簡便的方法 外部形態(tài)性狀，如毛色、體型、外形、生理特性、抗病性等 表型性狀（單主基因決定）和數(shù)量性狀（多主基因決定）8表型可塑性Flexibility (plasticity) in phenotype based on environmental conditions.9遺傳多樣性的檢測方法：生化水平 同工酶分析：分析蛋白多態(tài)性 同工酶：機體產(chǎn)生的催化同一反應(yīng)但具不同分子形式的酶。 常見的同工

6、酶：乳酸脫氫酶（EST）、蘋果酸脫氫酶（MDH）、異檸檬酸脫氫酶（IDHP）、超氧化物歧化酶（SOD）等 同工酶方法的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：遵循孟德爾規(guī)律； 呈共顯性表達(dá)； 操作易行 缺點：蛋白水平的分析； 具時間和發(fā)育特異性 非功能基因無法表現(xiàn)。10遺傳多樣性的檢測方法：染色體水平 體現(xiàn)在染色體數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)的變異。 染色體核型：某種生物中染色體的數(shù)目、染色體形態(tài)特征，如大小、著絲粒的位置、臂比值，有無隨體等，用于區(qū)分不同種。 染色體帶型：用染料顯帶技術(shù)使染色體顯現(xiàn)出的深淺不同的帶紋，用于種間和種下水平親緣關(guān)系的檢測。11遺傳多樣性的檢測方法：線粒體DNA水平 線粒體DNA（mitochondr

7、ial DNA，mtDNA）： 核外遺傳物質(zhì) 動物細(xì)胞：雙鏈環(huán)狀分子，14-26kb 編碼區(qū)：22個tRNA, 2個rRNA， 13個參與呼吸鏈關(guān)鍵復(fù)合酶基因 控制區(qū)：非編碼區(qū)，序列和長度變異 最大的區(qū)域：突變高，進化快。 母系遺傳：母本mtDNA具有同序性 mtDNA排列順序、tRNA和rRNA進化慢。12遺傳多樣性的檢測方法：線粒體DNA水平 線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）： 異質(zhì)mtDNA: 同個體內(nèi)不同類型的mtDNA 長度異質(zhì)性：D環(huán)區(qū)的串聯(lián)重復(fù)-中性選擇 位點異質(zhì)性：核苷酸位點上mtDNA不同-堿基轉(zhuǎn)換、插入或缺失 產(chǎn)生原因： 體細(xì)胞中缺乏組蛋白的保

8、護，易突變。 父系滲入現(xiàn)象 mtDNA重組現(xiàn)象 13遺傳多樣性的檢測方法：線粒體DNA水平 線粒體DNA的檢測方法： 直接測序法：測定mtDNA的全序列或部分序列，比較差異。如D-loop區(qū)，rRNA、tRNA及蛋白編碼基因。 限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）：運用限制性內(nèi)切酶識別特異性DNA序列，切割DNA，使片段長度發(fā)生變化，進行電泳檢測。 PCR-RFLP：先對mtDNA進行體外擴增，再RFLP檢測。 線粒體DNA的應(yīng)用： 應(yīng)用于物種起源與進化。種群識別物種保護、種內(nèi)種間親緣關(guān)系、群體遺傳結(jié)構(gòu)及基因流動等方面14遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 限制性

9、片段長度多態(tài)性（RFLP）：運用限制性內(nèi)切酶識別特異性DNA序列，切割DNA，使片段長度發(fā)生變化，進行電泳檢測。15遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 隨機擴增多態(tài)性DNA（RAPD）：利用一系列短的寡核苷酸作為引物，對基因組DNA進行擴增，再進行染色和條帶顯色，確定DNA多態(tài)性。 應(yīng)用：物種鑒定、親緣關(guān)系 和系統(tǒng)發(fā)育研究等。16RAPD原理示意圖17遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 擴增片段多態(tài)性（ALFP）：酶切基因組DNA，形成隨機片段，以人工合成的特異性片段為模板，根據(jù)位點設(shè)計引物，進行PCR擴增，電泳分離，檢測多態(tài)

10、性 優(yōu)點：多態(tài)性豐富；所需DNA模板量少，效率高；引物在不同物種間通用；不受環(huán)境影響靈敏度高，穩(wěn)定性強。 應(yīng)用：遺傳連鎖圖譜構(gòu)建、遺傳多樣性分析、群體遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性分析、物種親緣關(guān)系分析、種質(zhì)資源鑒定和基因定位等。18酶切片段基因組DNA接頭DNA模板引物產(chǎn)物AFLP檢測技術(shù)中DNA模板與PCR擴增19遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 微衛(wèi)星DNA（簡單序列重復(fù)，SSR）：頭尾相連的串聯(lián)重復(fù)序列檢測，如（CA)n(CGA)n、(CACG)n。 分為完全重復(fù)型、不完全重復(fù)型、復(fù)合型完全重復(fù)： CACACACACACACACACA不完全重復(fù)：CACATTCAC

11、ACATTCATTCA復(fù)合重復(fù)： CACACACACAGAGAGAGAGA 因遺傳物質(zhì)復(fù)制中DNA滑動或在分裂期染色體不對等交換。 微衛(wèi)星序列通過改變DNA結(jié)構(gòu)或通過與特異性蛋白質(zhì)結(jié)合發(fā)揮基因調(diào)控的作用。20遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 微衛(wèi)星DNA的優(yōu)點 多態(tài)信息含量高，分布廣泛且均勻：廣泛分布在真核生物基因組中，約占5%，在內(nèi)含子、編碼區(qū)均存在，序列重復(fù)多表明多態(tài)性高。 呈共顯性遺傳：能穩(wěn)定遺傳到后代，能區(qū)分純合子和雜合子 保守性高：微衛(wèi)星DNA側(cè)翼序列在物種間具有一定保守性。 所需DNA量少，易鑒別。 微衛(wèi)星DNA的應(yīng)用 個體間親緣關(guān)系、種群遺傳分

12、析、遺傳病診斷、基因定位等領(lǐng)域。 21遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 單核苷酸多態(tài)性（SNP）：在染色體基因組水平上因單個核苷酸變異引起的DNA序列多態(tài)性。包括單個堿基的轉(zhuǎn)換、插入、缺失。 SNP的形式： 基因編碼區(qū)的突變（cSNP）和非編碼區(qū)的突變 同義cSNP和非同義cSNP(導(dǎo)致蛋白序列改變，使性狀改變) SNP的特點： 數(shù)量多，分布廣；具有較高的遺傳穩(wěn)定性； 檢測快速；易于基因分型。 SNP的應(yīng)用：遺傳疾病、生物多樣性評價、遺傳圖譜、物種鑒定、動植物基因標(biāo)記。22遺傳多樣性的檢測方法：核基因組DNA水平 核基因組DNA的檢測方法： 單核苷酸多態(tài)性（

13、SNP） SNP的檢測方法 1.未知單核苷酸突變的檢測 單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù) 變性高效液相色譜技術(shù) 基因芯片 DNA測序 基于生物信息學(xué)的SNP篩選 2.已知單核苷酸突變的檢測 PCR-RFLP、分子信標(biāo)法、變性梯度凝膠電泳（DGGE）、等位基因特異寡核苷酸片段分析（ASO）、突變錯配擴增檢測（MAMA）等。23生物技術(shù)與遺傳多樣性保護 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 克隆技術(shù) 低溫冷藏技術(shù) 24 轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)：利用重組DNA技術(shù)將優(yōu)良目的基因?qū)肷锛?xì)胞或組織，并在其中進行表達(dá)，從而獲得原物種不具有的形狀、功能或者喪失某種原有特性的方法和手段。 轉(zhuǎn)基因利用基因重組技術(shù)打破了物種的種間隔離，實現(xiàn)種間遺傳物質(zhì)的交換，為形狀的遺傳改良提供了