动植物DNA指纹图

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第806页（2944字）

从血液或其他组织中提取基因组DNA，用限制性内切酶将DNA切割成很多长短不等的片段，通过琼脂糖凝胶电泳将这些片段按长短分开，然后转移和固定到能吸附DNA的硝酸纤维膜或尼龙膜上，以同位素(如32P)或生物素标记的多核探针或微卫星探针与膜上的互补性DNA片段杂交，就可以通过放射自显影或染色处理将杂交片段显示出来，肉眼可辨。

用这种方法得到的图谱一般包含15～30条带(即杂交自段)，每和带均遵循简单的孟德尔式遗传，不同个体的图谱是不一样的，就象人的指纹一样，因此叫DNA指纹图。以同一个体的不同生长发育阶段以及不同组织中的DNA为材料，得到的DNA指纹图是相同的。

1980～1984年间，人类遗传学家相继发现在人体基因组中存在着一些高度可变的条带(即杂交片段)，每条带均遵循简单的孟德尔式遗传，不同个体的图谱是不一样的，就象人的指纹一样，因此叫DNA指纹图。

以同一个体的不同生长发育阶段以及不同组织中的DNA为材料，得到DNA指纹衅是相同的。

1980～1984年间，人类遗传学家相继发现在人体基因组中存在着一些高度可变的位点(后来称小卫星区域)，基DNA序列为一个基本序列单位(11～70个核苷酸)重复排列而成。每个位点上有多个等位基因，其差异为基本序列单位的重复数目不同。

1985年英国的杰弗里斯(A．J．Jeffeys)等首次发现，人的不同小卫星位点的基本序列都含有11～16个核苷酸、序列相同的核心序列。因此，他们用一个主要为核心序列的串连重复的小卫星(如33．6和33．15)作探针(后来称之为多核探针)，能够同时检测到数十个高变异小卫星位点，得到的图谱在个体间是不一样的，此即DNA指纹图。

由于DNA指纹图的个体特异性和图带的简单遗传性，它已成功地应用于法医学上刑事案犯的确认和亲子鉴别。

杰弗里斯还推测人体核心序列是一种重组信号，在进化过程中被保留下来，因而人源多核探针可能检测到其它生物的小卫星DNA。他和他的同事证明，探针33．6和33．15确实能检测到从哺乳动物到鸟类、爬行动物、两栖动物、鱼等的变异小卫星，产生出DNA指纹图。后来其他研究还证明人源多核探针也能用于植物和昆虫，产生品种或生物型特异的DNA指纹图。

1987年，瓦萨尔(G．Vassart)等发现野生型噬菌体M13可以用作多种生物的DNA指纹探针。同年，阿里(S．Ali)等证明(TG)n、(CAC)n等人工合成的微卫星也适合于产生DNA指纹图。

动植物DNA指纹图也具有体或品种特异性，但特异性的高低主要因种属和探针而异。1988年乔治(M．Georges)等用四种探针研究了猪、牛、马、狗的DNA指纹图，两个无直接血缘关系的个体有完全相同的DNA指纹图的可能性分别为4．1×10^～7、1．4×10^～11、3．2×10^～12、3．4×10^～12。1988年达拉斯(J．F．Dallsa)用探针33．6研究了水稻的6个籼稻品种，同品种内不同植株的DNA指纹图是相同的，而不同品种之间有相同DNA指纹图的可能性仅为1．3×10^～17。因此，DNA指纹图可应用于良种登记事业、解决专利权争端问题等方面。

DNA指纹技术是研究群体遗传学的有力工具。利用DNA指纹图准确地鉴定个体或品种之间的亲缘关系，可以研究动植物的交配繁殖行为。

个体间DNA指纹图的相似程度可用相似系数D来衡量，D=N2N_RB／(N_B+N_B)式中N_RB为个体A和B共有的带数，N_R和N_B为其各自的带数。也可用变异系数(COD)替代相似系数，COD=1～D。1987年韦顿(J．H．Wetton)等证明麻雀的母子或同胞之间的D值为0．5左右，而无血缘关系的麻雀之间的D值小于0．25。一个群体内个体之间的相似系数的平均值可反映该群体内的遗传变异程度，而两个群体之间的平均相似系数则可反映它们间的遗传相关程度。

这种群体遗传结构的分析对于弄清育种群体的选择潜力和预测优良杂交组合都是很有价值的，1990年库恩伦(U．Kuhnlein)等用已知近交系数(0．026～＞0．98)的7个白来航鸡品种(系)建立了DNA指纹图相似系数与近交系数间的相关曲线，相似系数明显地随近交系数的增加而提高。

当两个样品在不同凝胶中电泳时，很难确定一个样品的某一条DNA指纹图带是否与另一样品的某条带处于相同的位置。而作群体分析时往往需要分析较多的样品，因而不可能在同一凝胶上分析。1990年邓宁顿(E．A．Dunnington)等采用了混合样品法分析两个洛克鸡品系之间的差异，即将每个品系的5～25只鸡的混合DNA产生完全一样的DNA指纹图，都能代表该品系的DNA指纹图群体特征。

因此采用混合样品法既可克服电泳时胶的样品容量不足造成的问题，又可节省分析时间和成本。

一个多核探针同时探测几十个高度可变的小卫星位点，其中某些位点可能与控制经济性状的位点在同一条染色体的邻近区域，因此利用DNA指纹图寻找某些重要经济性状的遗传标记是可能的。但只有当经济性状表现分离的家系有足够多的成员时，才能够找到与该经济性状位点真正连锁的遗传标记。1990年乔治等报道找到一条很可能与牛的肥胖基因连锁的DNA指纹图带：同年普络特斯基(Y．Plotsky)等找到一条小型肉鸡的腹脂率有关的DNA指纹图带，当然，这些与经济性状有关的DNA指纹图带尚待分离和克隆，然后用做探针以进一步检验其特异性。

DNA指纹图的某些区域图带特别密集，分辨困难。另一方面，由于不清楚哪些带来自同一位点或相邻位点，因而在统计分析上有较多的技术难题。如果用只与单个位点上的等位基因杂交的小卫星或微卫星做探针(即单位点探针)，则每个个体的杂交图谱中只出现一条带(纯合体)或两条带(杂合体)，分析起来就很方便。据估测，哺乳动物的基因组中分布着上千个高变异的小卫星和微卫星区域，为分离高变异单位点探针提供了丰富的资源。

1990年乔治等报道他们用人体多核探针和合成的微卫星探针筛选牛的基因文库，分离到100多个高变异单位点探针。在拥有较大数量的单位点探针的情况下，就可绘制基因连锁图，为寻找经济性状基因打下基础。

DNA指纹探针的数量正在逐渐增加，DNA指纹图技术将扩展到更多的物种，研究的领域包括群体遗传学、生态遗传学、进化遗传学、动植物育种学等。

从不同驯化的物种分离的高变异单位点探针将大量出现，相应的基因连锁图的绘制会取得重大进展。特别是利用DNA指纹图技术寻找与生产性状如产奶量、产蛋性能、抗病性等连锁的遗传标记方面可能在5～10年内取得突破性进展，甚至找到一些真正直接控制生产性状的基因。

(北京农业大学生物学院孟安明博士撰)