STR_微衛(wèi)星(SSR)

1、(short tandem repeat) Contents何為STR1STR的特點(diǎn)2STR的應(yīng)用3STR分子標(biāo)記技術(shù)4 展 望51.1 STR的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 真核生物基因組中廣泛存在著串聯(lián)重復(fù)序列。真核生物基因組中廣泛存在著串聯(lián)重復(fù)序列。根根據(jù)重復(fù)單位大小的不同，據(jù)重復(fù)單位大小的不同，Tautz(1993)將重復(fù)序列將重復(fù)序列分為分為3類：類：衛(wèi)星序列衛(wèi)星序列、小衛(wèi)星序列小衛(wèi)星序列和和微衛(wèi)星序列微衛(wèi)星序列。衛(wèi)。衛(wèi)星序列通常存在于異染色質(zhì)，主要分布在著絲粒區(qū)星序列通常存在于異染色質(zhì)，主要分布在著絲粒區(qū)域。其重復(fù)單位達(dá)上千個(gè)堿基，重復(fù)程度可達(dá)到域。其重復(fù)單位達(dá)上千個(gè)堿基，重復(fù)程度可達(dá)到103107

2、次次(Debrauwere et a1，1997)。與衛(wèi)星序列。與衛(wèi)星序列相比，小衛(wèi)星序列和微衛(wèi)星序列的重復(fù)單位要短，重相比，小衛(wèi)星序列和微衛(wèi)星序列的重復(fù)單位要短，重復(fù)程度也小。對(duì)于小衛(wèi)星序列和微衛(wèi)星序列的區(qū)復(fù)程度也小。對(duì)于小衛(wèi)星序列和微衛(wèi)星序列的區(qū)分，并沒有特別明確的界限。通常將重復(fù)單位超過分，并沒有特別明確的界限。通常將重復(fù)單位超過10或或15bp、位點(diǎn)長(zhǎng)度約在、位點(diǎn)長(zhǎng)度約在0.5100kb的稱為小衛(wèi)的稱為小衛(wèi)星序列；而那些重復(fù)單位只有星序列；而那些重復(fù)單位只有15bp，長(zhǎng)度僅為幾，長(zhǎng)度僅為幾百百bp的位點(diǎn)稱為微衛(wèi)星序列。二者之間還有一些的位點(diǎn)稱為微衛(wèi)星序列。二者之間還有一些過渡類型過渡類

3、型. 20世紀(jì)世紀(jì)80年代后期年代后期,Marshfield醫(yī)學(xué)研醫(yī)學(xué)研究基金會(huì)的究基金會(huì)的James和俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)的和俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)的Wis等人分離出來一種比小衛(wèi)星等人分離出來一種比小衛(wèi)星DNA具有更具有更短重復(fù)單元的衛(wèi)星短重復(fù)單元的衛(wèi)星DNA，被稱為，被稱為微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA（micro satellite DNA），又被稱作短串連），又被稱作短串連重復(fù)重復(fù)(Short Tandem Repeats, STRs)或簡(jiǎn)單或簡(jiǎn)單重復(fù)序重復(fù)序(Simple Sequence Repeat, SSRs), 每單元長(zhǎng)度在每單元長(zhǎng)度在16bp之間，廣泛分布于基因之間，廣泛分布于基因組中，其中

4、富含組中，其中富含A-T堿基對(duì)。根據(jù)重復(fù)單元的堿基對(duì)。根據(jù)重復(fù)單元的構(gòu)成與分布構(gòu)成與分布,微衛(wèi)星序列被分為微衛(wèi)星序列被分為3種類型：種類型： 單一型單一型:ATATATATATATATATATATATAT 復(fù)合型復(fù)合型: ATATATCACACACACACACAC 間斷型間斷型: ATATATCA ATATATCA ATATATA1.2 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA的構(gòu)成的構(gòu)成每個(gè)特定位點(diǎn)的微衛(wèi)星每個(gè)特定位點(diǎn)的微衛(wèi)星DNA中間的中間的核心區(qū)核心區(qū):含有一個(gè)以上稱含有一個(gè)以上稱為為“重復(fù)重復(fù)”的短序列，一般該的短序列，一般該重復(fù)單位的堿基對(duì)數(shù)目不變，重復(fù)單位的堿基對(duì)數(shù)目不變，而串聯(lián)在一起的重復(fù)單位數(shù)目而串

5、聯(lián)在一起的重復(fù)單位數(shù)目是隨機(jī)改變的是隨機(jī)改變的外圍的外圍的側(cè)翼區(qū)：側(cè)翼區(qū)：位于核心序列位于核心序列的兩側(cè)，為保守的特異單拷貝的兩側(cè)，為保守的特異單拷貝序列，能使微衛(wèi)星特異地定位序列，能使微衛(wèi)星特異地定位于染色體常染色質(zhì)區(qū)的特定部于染色體常染色質(zhì)區(qū)的特定部位位1.3 STR的分布的分布 在基因組中平均在基因組中平均50kb就有一個(gè)重復(fù)序列。就有一個(gè)重復(fù)序列。據(jù)據(jù)GeneBank等數(shù)據(jù)庫資料統(tǒng)計(jì)人類等數(shù)據(jù)庫資料統(tǒng)計(jì)人類23對(duì)染色體上至少分布著對(duì)染色體上至少分布著7901個(gè)個(gè)STR位點(diǎn)位點(diǎn),每對(duì)染色體的每對(duì)染色體的STR位點(diǎn)分別超過位點(diǎn)分別超過100個(gè)個(gè),其其中中1、2號(hào)染色體的位點(diǎn)均超過號(hào)染色體的

6、位點(diǎn)均超過600個(gè)個(gè),性性染色體上的已知位點(diǎn)數(shù)在染色體上的已知位點(diǎn)數(shù)在264個(gè)以上個(gè)以上,隨隨著人們對(duì)著人們對(duì)STR的進(jìn)一步研究的進(jìn)一步研究,其數(shù)目還會(huì)其數(shù)目還會(huì)不斷增加。不斷增加。1.4 STR突變的可能機(jī)制突變的可能機(jī)制 目前認(rèn)為目前認(rèn)為滑鏈錯(cuò)配滑鏈錯(cuò)配是短串聯(lián)重復(fù)序列突是短串聯(lián)重復(fù)序列突變的主要機(jī)制。變的主要機(jī)制。 在在DNA復(fù)制合成的過程中，新生鏈和模復(fù)制合成的過程中，新生鏈和模板鏈之間在微衛(wèi)星重復(fù)區(qū)域可能發(fā)生錯(cuò)板鏈之間在微衛(wèi)星重復(fù)區(qū)域可能發(fā)生錯(cuò)配，使得一個(gè)或者幾個(gè)重復(fù)單位形成環(huán)配，使得一個(gè)或者幾個(gè)重復(fù)單位形成環(huán)狀，未能參與配對(duì)。如果未配對(duì)的重復(fù)狀，未能參與配對(duì)。如果未配對(duì)的重復(fù)單位位

7、于新生鏈，則最終得到的新生鏈單位位于新生鏈，則最終得到的新生鏈未配對(duì)重復(fù)單位數(shù)目比模板鏈多。反之，未配對(duì)重復(fù)單位數(shù)目比模板鏈多。反之，如果未配對(duì)的重復(fù)單位位于模板鏈，則如果未配對(duì)的重復(fù)單位位于模板鏈，則最終得到的新生鏈未配對(duì)重復(fù)單位數(shù)目最終得到的新生鏈未配對(duì)重復(fù)單位數(shù)目比模板鏈少。比模板鏈少。2.STR的特點(diǎn)的特點(diǎn) 種類多、分布廣，并按孟德爾種類多、分布廣，并按孟德爾共顯性共顯性方式在人群中方式在人群中世代相傳。在基因組中平均世代相傳。在基因組中平均50kb就有一個(gè)重復(fù)序列，就有一個(gè)重復(fù)序列，突變率低（突變率低（ 0.04%）。）。 在人群中高度多態(tài)，其多態(tài)信息含量容量超過在人群中高度多態(tài)，其

8、多態(tài)信息含量容量超過70%。其多態(tài)性表現(xiàn)為正常人群的不同個(gè)體某一基因位點(diǎn)其多態(tài)性表現(xiàn)為正常人群的不同個(gè)體某一基因位點(diǎn)重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)可不一樣，同一個(gè)體的兩個(gè)同重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)可不一樣，同一個(gè)體的兩個(gè)同源染色體上重復(fù)次數(shù)也可以不一樣，即微衛(wèi)星源染色體上重復(fù)次數(shù)也可以不一樣，即微衛(wèi)星DNA拷貝數(shù)在人群中是可變的?？截悢?shù)在人群中是可變的。 具有遺傳具有遺傳連鎖不平衡連鎖不平衡現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 均可被轉(zhuǎn)錄，有些編碼蛋白質(zhì)，而另一些則均可被轉(zhuǎn)錄，有些編碼蛋白質(zhì)，而另一些則位于非轉(zhuǎn)譯區(qū)的位于非轉(zhuǎn)譯區(qū)的5端和端和3端不編碼蛋白質(zhì)。端不編碼蛋白質(zhì)。屬于不穩(wěn)定的屬于不穩(wěn)定的DNA序列，其數(shù)目在某些遺傳序列，其數(shù)

9、目在某些遺傳病中有擴(kuò)大現(xiàn)象，而這種擴(kuò)增并非是減數(shù)分病中有擴(kuò)大現(xiàn)象，而這種擴(kuò)增并非是減數(shù)分裂的重組造成，擴(kuò)大可發(fā)生在減數(shù)分裂過程裂的重組造成，擴(kuò)大可發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，由一代傳遞給另一代，也可發(fā)生在有絲中，由一代傳遞給另一代，也可發(fā)生在有絲分裂中，導(dǎo)致分裂中，導(dǎo)致嵌合體嵌合體形成。與成熟人體細(xì)胞形成。與成熟人體細(xì)胞比較，微衛(wèi)星比較，微衛(wèi)星DNA在胚胎時(shí)期有絲分裂很不在胚胎時(shí)期有絲分裂很不穩(wěn)定。穩(wěn)定。在不同基因位點(diǎn)上的微衛(wèi)星在不同基因位點(diǎn)上的微衛(wèi)星DNA的重復(fù)序列的重復(fù)序列可以不同，也可以相同?？梢圆煌部梢韵嗤?。嵌合體形成的機(jī)理示意圖有絲分裂不分離（A，B）及染色體的丟失（C）3.STR的應(yīng)

10、用的應(yīng)用 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA 作為遺傳標(biāo)記具有很大的作為遺傳標(biāo)記具有很大的優(yōu)越性。近年來隨著研究的不斷深入優(yōu)越性。近年來隨著研究的不斷深入,對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記的研究不僅具有重要的理對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記的研究不僅具有重要的理論意義論意義, 而且還具有較好的應(yīng)用前景。而且還具有較好的應(yīng)用前景。3.1 STRSTR用于用于基因定位及構(gòu)建遺傳連鎖圖譜基因定位及構(gòu)建遺傳連鎖圖譜 由于微衛(wèi)星重復(fù)單位數(shù)量多，重復(fù)單位由于微衛(wèi)星重復(fù)單位數(shù)量多，重復(fù)單位片段短，且重復(fù)程度不一樣，同一類微片段短，且重復(fù)程度不一樣，同一類微衛(wèi)星可分布在整個(gè)基因組的不同位置上，衛(wèi)星可分布在整個(gè)基因組的不同位置上，可將隨機(jī)可將隨機(jī)PCRPCR標(biāo)記沿

11、著染色體錨定在已標(biāo)記沿著染色體錨定在已知位置，因而可以用作功能基因定位。知位置，因而可以用作功能基因定位。由于微衛(wèi)星標(biāo)記來源于基因本身的序列，由于微衛(wèi)星標(biāo)記來源于基因本身的序列，因而通過對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記的定位，也就相因而通過對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記的定位，也就相應(yīng)地定位了其來源基因。應(yīng)地定位了其來源基因。 遺傳連鎖圖譜是利用遺傳標(biāo)記進(jìn)行連鎖遺傳連鎖圖譜是利用遺傳標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析來反應(yīng)遺傳標(biāo)記之間的相對(duì)關(guān)系。分析來反應(yīng)遺傳標(biāo)記之間的相對(duì)關(guān)系?，F(xiàn)在使用最廣泛的是微衛(wèi)星標(biāo)記。現(xiàn)在使用最廣泛的是微衛(wèi)星標(biāo)記。3.2 STR用于個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定用于個(gè)體識(shí)別和親權(quán)鑒定 因?yàn)橐驗(yàn)镾TRSTR廣泛存在于基因組中廣泛存在于基因

12、組中, ,具有具有高度多態(tài)性、雜合性和穩(wěn)定性。當(dāng)高度多態(tài)性、雜合性和穩(wěn)定性。當(dāng)把幾個(gè)把幾個(gè)STRSTR位點(diǎn)聯(lián)合分析后位點(diǎn)聯(lián)合分析后, ,可以得可以得到相當(dāng)高的累積個(gè)體識(shí)別率和到相當(dāng)高的累積個(gè)體識(shí)別率和父權(quán)父權(quán)排除率。排除率。 3.3 STR用于遺傳學(xué)多態(tài)性研究用于遺傳學(xué)多態(tài)性研究 STR標(biāo)記多位于非編碼區(qū)標(biāo)記多位于非編碼區(qū),變異一般不變異一般不影響人體的結(jié)構(gòu)與功能影響人體的結(jié)構(gòu)與功能,突變?cè)谶M(jìn)化過突變?cè)谶M(jìn)化過程中受自然選擇壓力較小程中受自然選擇壓力較小,以近乎穩(wěn)定以近乎穩(wěn)定的速率傳遞且不斷積累的速率傳遞且不斷積累,形成多樣性。形成多樣性。 通過研究通過研究STR多態(tài)性多態(tài)性,變異速率以及比變異

13、速率以及比較序列間差異、人群間差異較序列間差異、人群間差異,分析不同分析不同人群間的遺傳距離人群間的遺傳距離,就可從分子生物學(xué)就可從分子生物學(xué)角度揭示人類的起源、遷徙、進(jìn)化等歷角度揭示人類的起源、遷徙、進(jìn)化等歷史進(jìn)程。史進(jìn)程。 目前目前,根據(jù)根據(jù)STR標(biāo)記、標(biāo)記、Y染色體染色體DNA等等的研究的研究,大多數(shù)分子遺傳學(xué)家支持現(xiàn)代大多數(shù)分子遺傳學(xué)家支持現(xiàn)代人類單起源學(xué)說人類單起源學(xué)說,認(rèn)為現(xiàn)代人類起源于認(rèn)為現(xiàn)代人類起源于20萬年前的非洲原始部落萬年前的非洲原始部落,然后向世界然后向世界各地遷徙。但也有學(xué)者支持現(xiàn)代人類各地遷徙。但也有學(xué)者支持現(xiàn)代人類多起源多起源,認(rèn)為除非洲外認(rèn)為除非洲外,亞洲、歐洲

14、也可亞洲、歐洲也可能是人類發(fā)源地。能是人類發(fā)源地。3.4 STR用于種質(zhì)鑒定和品種分類用于種質(zhì)鑒定和品種分類 由于微衛(wèi)星座位的由于微衛(wèi)星座位的復(fù)等位性復(fù)等位性，使它易于，使它易于鑒別同一物種的不同基因型。鑒別同一物種的不同基因型。Guilford等利用（等利用（GA）15（GT）15作為探針篩作為探針篩選蘋果基因組文庫，證明了這些重復(fù)序選蘋果基因組文庫，證明了這些重復(fù)序列的多態(tài)性，并且利用列的多態(tài)性，并且利用3個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記就能足以區(qū)分就能足以區(qū)分21個(gè)蘋果品種。個(gè)蘋果品種。Akagi等等利用高度多變的含（利用高度多變的含（AT）n的的17個(gè)微衛(wèi)個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記，成功地區(qū)分了星標(biāo)記，成功

15、地區(qū)分了59個(gè)親緣關(guān)系極個(gè)親緣關(guān)系極近的粳稻品種。近的粳稻品種。3.5 STR在疾病診斷和治療中的應(yīng)用在疾病診斷和治療中的應(yīng)用STRSTR與遺傳病的診斷STR與腫瘤的診斷STR用于器官移植 國(guó)外學(xué)者曾在科學(xué)雜志發(fā)表國(guó)外學(xué)者曾在科學(xué)雜志發(fā)表論文顯示，用微衛(wèi)星分析方法，論文顯示，用微衛(wèi)星分析方法，可以直接從病人尿液中的脫落細(xì)可以直接從病人尿液中的脫落細(xì)胞檢出早期癌變細(xì)胞，準(zhǔn)確率達(dá)胞檢出早期癌變細(xì)胞，準(zhǔn)確率達(dá)95%。程書鈞程書鈞院士他們采用美國(guó)院士他們采用美國(guó)報(bào)道的報(bào)道的13個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)對(duì)個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)對(duì)36例中例中國(guó)人膀胱癌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)國(guó)人膀胱癌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)星異常檢出率只有文獻(xiàn)報(bào)道的一星

16、異常檢出率只有文獻(xiàn)報(bào)道的一半，即意識(shí)到這可能是由于東西半，即意識(shí)到這可能是由于東西方人種之間的差異方人種之間的差異(或病因?qū)W上或病因?qū)W上的不同的不同)所致，因此不再照搬西所致，因此不再照搬西方人的研究結(jié)果。方人的研究結(jié)果。 自己著手研究并得出結(jié)論自己著手研究并得出結(jié)論:作為作為一種無創(chuàng)傷性手段，尿沉渣一種無創(chuàng)傷性手段，尿沉渣DNA微衛(wèi)星分析對(duì)于膀胱癌的篩查和微衛(wèi)星分析對(duì)于膀胱癌的篩查和早期診斷具有一定意義；與美國(guó)早期診斷具有一定意義；與美國(guó)報(bào)道的診斷組合的不同，反映了報(bào)道的診斷組合的不同，反映了人種差異和可能的病因?qū)W差異。人種差異和可能的病因?qū)W差異。4. STR分子標(biāo)記技術(shù)（舉例）分子標(biāo)記技術(shù)

17、（舉例） STR標(biāo)記技術(shù)是一種通過直接標(biāo)記技術(shù)是一種通過直接分析分析遺傳物質(zhì)的多態(tài)性遺傳物質(zhì)的多態(tài)性來鑒別生物內(nèi)在來鑒別生物內(nèi)在核苷酸排布及其外在性狀表現(xiàn)規(guī)律核苷酸排布及其外在性狀表現(xiàn)規(guī)律的技術(shù)。的技術(shù)。4.1 原理與方法原理與方法 根據(jù)微衛(wèi)星根據(jù)微衛(wèi)星DNA兩端序列的保守性，兩端序列的保守性，設(shè)計(jì)一對(duì)特異引物，利用設(shè)計(jì)一對(duì)特異引物，利用PCR技術(shù)，技術(shù)，擴(kuò)增每個(gè)位點(diǎn)的微衛(wèi)星擴(kuò)增每個(gè)位點(diǎn)的微衛(wèi)星DNA序列，以序列，以檢測(cè)、分析微衛(wèi)星序列多態(tài)性；并確定檢測(cè)、分析微衛(wèi)星序列多態(tài)性；并確定基因排布序列及表型，最終達(dá)到成功鑒基因排布序列及表型，最終達(dá)到成功鑒定種子純度的目的。定種子純度的目的。 簡(jiǎn)而言

18、之，簡(jiǎn)而言之，就是通過對(duì)樣本就是通過對(duì)樣本DNA多態(tài)多態(tài)性的分析，從而來得到樣本性的分析，從而來得到樣本DNA序列序列以及在遺傳性狀上的調(diào)控和差異。以及在遺傳性狀上的調(diào)控和差異。實(shí)驗(yàn)儀器4.1.1 DNA的提?。ǖ奶崛。–TAB法）法）植株材料植株材料研磨研磨細(xì)胞裂解細(xì)胞裂解裂解液裂解液上層溶液上層溶液抽提抽提異丙醇沉淀異丙醇沉淀離心洗滌離心洗滌干燥溶解干燥溶解DNADNA溶液溶液4.1.2 PCR SSR引物設(shè)計(jì)引物設(shè)計(jì) 根據(jù)根據(jù)CMD(Cotton Marker Database)已公布的序列來設(shè)計(jì)相對(duì)已公布的序列來設(shè)計(jì)相對(duì)SSR引物引物。 熒光熒光PCR結(jié)果分析結(jié)果分析A.利用熒光信號(hào)隨著利用熒光信號(hào)隨著PCRPCR反應(yīng)的積累來實(shí)反應(yīng)的積累來實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)監(jiān)控PCRPCR反應(yīng)的進(jìn)程，并通過分析軟反應(yīng)的進(jìn)程，并通過分析軟件對(duì)件對(duì)PCRPCR的反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)分析。的反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)分析。B.分析結(jié)果分析結(jié)果4.2 STR標(biāo)記的主要特點(diǎn)標(biāo)記的主要特點(diǎn)