DNA指紋技術(shù)及其應(yīng)用綜述

隨善明

中圖分類號：G72 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2017）04-0197-01

DNA指紋技術(shù)是一種在單一實驗中可以檢出大量DNA位點差異性的分子生物學(xué)技術(shù)。1980年Wyman和White首先在人類基因文庫的DNA隨機片段中分離出高度多態(tài)的重復(fù)序列區(qū)域。1982年，Bell等人又在人胰島素基因附近發(fā)現(xiàn)高度重復(fù)序列。1985年，英國遺傳學(xué)家Jeffreys等合成了2個小衛(wèi)星探針（λ33 15和λ33 6），通過Southern雜交得到一系列高度變異的譜帶，這種譜帶的帶型在不同種屬、甚至在不同品系的個體之間存在顯著差異，如同人類指紋可達到完全個體特異的水平（同卵雙生子除外）， Jeffreys稱之為DNA指紋（DNA fringer print）。同年，他首次將DNA分析技術(shù)應(yīng)用于法科學(xué)領(lǐng)域并獲得成功。之后，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，DNA指紋技術(shù)也在不斷發(fā)展，并在遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文主要對DNA指紋技術(shù)的特點、原理及其在動物遺傳育種中的應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述。

1.DNA指紋技術(shù)的特點

1.1 簡單的遺傳方式 DNA指紋圖中的圖帶可以遺傳，這不同于人的指紋，DNA指紋圖帶遵循簡單的孟德爾遺傳方式。后代圖中的每一條帶都可以在雙親之一的圖中找到，除非是因為基因突變而產(chǎn)生個別新帶。

1.2 體細胞穩(wěn)定性 DNA指紋是分子水平上進行的監(jiān)測，其分析結(jié)果不受環(huán)境和發(fā)育階段的影響，同一個體的不同組織（無病變）、不同年齡階段產(chǎn)生的DNA指紋圖完全相同。

1.3 多位點性 高分辨率的DNA指紋圖譜常有15～30條組成，一個DNA指紋探針能夠同時監(jiān)測基因組中數(shù)十個位點的變異型。

1.4 高度變異性 DNA指紋圖在個體或群體之間表現(xiàn)高度的變異性，即不同的個體或群體有不同的DNA指紋圖。

1.5 一定的物種特異性和個體識別性 同一探針在不同的種（品種）動物上產(chǎn)生的DFP圖，在帶數(shù)、帶的深淺和分布上具有不同特點。用不同的探針獲得同一個體的DFP圖有很大差異，其信息量可以累加。

2.DNA指紋技術(shù)原理

DNA指紋是基于生物DNA序列多態(tài)性的差異。某些DNA序列的差異可通過限制性內(nèi)切酶酶切片段長度的改變反映出來，即限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）。其主要原因是由于DNA序列個別位點堿基的突變而引起某個限制性內(nèi)切酶識別位點的獲得或丟失，表現(xiàn)為不同長度的酶切片段。DNA指紋技術(shù)的一般過程是：將DNA用限制性內(nèi)切酶消化，電泳分離，再轉(zhuǎn)移至膜，用小衛(wèi)星、微衛(wèi)星或合成的寡核苷酸探針以及其他探針予以探測，形成個體特異性雜交圖譜。

3.DNA指紋技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于親子鑒定。Kashi Y，LipkinE等分析了DNA指紋在牛的雙親中鑒別的幾種情況。認為DNA指紋鑒定雙親比傳統(tǒng)的血型（紅細胞血型）和生化多態(tài)性（白細胞抗原類型、血液蛋白型、酶、激素和代謝物）鑒定具有更大的優(yōu)越性，DNA指紋技術(shù)是家畜雙親鑒定的最有效工具。因此，利用DNA指紋我們可以鑒別個體來源，并可作為畜禽品種（品系）的特征證明。

3.2 預(yù)測雜種優(yōu)勢。商品畜禽的生產(chǎn)，通常采用優(yōu)化的雜交模式來進行。但是篩選最佳的雜交模式需要花費大量的人力、物力和財力。在現(xiàn)代遺傳育種中，一般通過雜種優(yōu)勢來預(yù)測雜交模式。在已有的幾種方法：（1）通過線粒體混合實驗法預(yù)測雜種優(yōu)勢；（2）根據(jù)蛋白質(zhì)的多態(tài)性預(yù)測雜種優(yōu)勢；（3）利用分子標記預(yù)測雜種優(yōu)勢等，從不同角度對雜種優(yōu)勢進行了研究，取得了一定的成就，但是這些方法并不完善，預(yù)測的結(jié)果不穩(wěn)定，有時相互矛盾，而且常規(guī)進行雜交組合實驗，由于受到各種條件的限制，一般局限于少數(shù)幾個品種間進行。利用DNA指紋技術(shù)，通過品種（系）混合DNA指紋圖譜分析品種間遺傳距離大小，在完全相同的實驗條件下，同一塊凝膠上可以進行20～30個品種（系）分析，分析方法成熟，分析結(jié)果可靠，對預(yù)測一個品種（系）與其它多個品種（系）雜種優(yōu)勢有重要意義。DNA指紋技術(shù)分析品種（系）間遺傳距離是指品種（系）間基因組結(jié)構(gòu)的差異，所分析的是雜交組合間所有主要指標性狀雜種優(yōu)勢大小。對于一個具體經(jīng)濟性雜種優(yōu)勢大小，需要考慮品種（系）具體性狀的基因在品種間差異和品種自身特點，減少預(yù)測的盲目性。uhnlein U，dawe Y，Zadworny D等研究了4個品系雞的遺傳結(jié)構(gòu)，通過DNA指紋技術(shù)估計的品系之間的遺傳距離與實際育成的歷史一致，并且可以作為鑒別雞品系的一種方法和預(yù)測最佳的雜交組合。梁永紅，劉平華等利用人源小衛(wèi)星探針分析了湖北白豬Ⅲ（Ⅳ系）與長白、杜洛克品種的遺傳距離，通過與雜交組合試驗資料表明，當湖北白豬Ⅲ系（Ⅳ系）與交配品種之間距離大時，即雜交組合間遺傳結(jié)構(gòu)差異大時，日增重、飼料轉(zhuǎn)化率、瘦肉率、產(chǎn)子數(shù)、斷奶頭數(shù)這些主要經(jīng)濟性狀雜種優(yōu)勢較大，反之則較小。因此，根據(jù)雜交組合間的遺傳距離可以預(yù)測雜交組合的雜種優(yōu)勢。

3.3 用于遺傳結(jié)構(gòu)分析、物種起源分化等研究應(yīng)用。DNA指紋技術(shù)可分析品種或品系間的遺傳距離和起源分化關(guān)系，從而可以研究不同地域、不同表型的品種或品系的遺傳和分化關(guān)系，從而對物種資源進行合理利用和保護。李祥龍等2000年研究我國主要地方山羊品種及國外品種共23個品種的251個個體。結(jié)果表明，總?cè)后w遺傳多樣性指數(shù)較高，遺傳多樣性豐富，但群體內(nèi)變異較小，85%的變異存在于群體間，以此提出對我國部分遺傳變異較小的山羊品種資源要加強保護。同年，李祥龍等對波爾山羊雜交后代及親本進行多態(tài)性研究，發(fā)現(xiàn)唐山奶山羊和波爾山羊具有較近的親緣關(guān)系，并繪制了幾種山羊的聚類關(guān)系圖。史憲偉等1998年研究云南矮型馬等4個馬品種，發(fā)現(xiàn)在群體內(nèi)的遺傳變異大于群體間的遺傳變異，從而探討了我國馬品種的分類和起源問題。李祥龍等1999年研究我國12個省、自治區(qū)18個山羊品種，結(jié)果表明供試山羊品種具有兩個不同的母系來源，推測在進化過程中可能起源于兩個不同的野生祖先。任軍等2000年對江西6個地方黑豬進行了DNA多態(tài)性分析，結(jié)果表明，玉山黑豬和鉛山黑豬有著較近的親緣關(guān)系，可劃分為同一豬種，而南城黑豬則與二者關(guān)系較遠。

綜上所述，DNA指紋技術(shù)自從20世紀80年代創(chuàng)立以來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動物的遺傳育種學(xué)等多個領(lǐng)域，如親緣關(guān)系分析、起源分化研究、動物分類和親子鑒定、雜交優(yōu)勢預(yù)測、品系純度鑒定等。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和技術(shù)進步，DNA指紋技術(shù)已經(jīng)成為篩選某些重要經(jīng)濟性狀和輔助標記選擇的重要手段，在未來的基因定位和基因操作以及分子育種中必將發(fā)揮越來越大的作用。