Молекулярный маркер

В молекулярной биологии и других областях молекулярный маркер — это молекула , взятая из какого-либо источника, которая дает информацию о ее источнике. Например, ДНК — это молекулярный маркер, дающий информацию об организме, из которого она была взята. Другой пример: некоторые белки могут быть молекулярными маркерами болезни Альцгеймера у человека, у которого они взяты. ^[1] Молекулярные маркеры могут быть небиологическими. Небиологические маркеры часто используются в исследованиях окружающей среды . ^[2]

Генетические маркеры

В генетике молекулярный маркер (идентифицированный как генетический маркер ) представляет собой фрагмент ДНК , связанный с определенным местом в геноме . Молекулярные маркеры используются в молекулярной биологии и биотехнологии для идентификации определенной последовательности ДНК в пуле неизвестной ДНК.

Виды генетических маркеров

Существует множество типов генетических маркеров, каждый из которых имеет свои ограничения и сильные стороны. Генетические маркеры делятся на три категории: «Маркеры первого поколения», «Маркеры второго поколения» и «Маркеры нового поколения». ^[3] Эти типы маркеров могут также идентифицировать доминирование и кодоминантность в геноме. ^[4] Идентификация доминантности и кодоминантности с помощью маркера может помочь отличить гетерозиготы от гомозигот внутри организма. Кодоминантные маркеры более полезны, поскольку они идентифицируют более одного аллеля, что позволяет человеку отслеживать определенный признак с помощью методов картирования. Эти маркеры позволяют амплифицировать определенную последовательность в геноме для сравнения и анализа.

Молекулярные маркеры эффективны, поскольку они выявляют обилие генетических связей между идентифицируемыми участками хромосомы и их можно повторить для проверки. Они могут выявлять небольшие изменения в картографированной популяции, позволяя различать картографируемые виды, позволяя различать признаки и идентичность. Они идентифицируют определенные места на хромосоме, что позволяет создавать физические карты. Наконец, они могут определить, сколько аллелей у организма по определенному признаку (биаллельные или полиаллельные). ^[5]

Список маркеров	Акроним
Полиморфизм длины рестрикционного фрагмента	ПДРФ
Случайно амплифицированная полиморфная ДНК	РАПД
Усиленный полиморфизм длины фрагмента	АФЛП
Тандемное повторение с переменным номером	ВНТР
Олигонуклеотидный полиморфизм	НА
Однонуклеотидный полиморфизм	СНП
Аллель-специфические ассоциированные праймеры	как можно скорее
Повторы с тегами обратной последовательности	ИСТР
Усиленный полиморфизм интерретротранспозонов	ИРАП

Как уже упоминалось, геномные маркеры имеют определенные сильные и слабые стороны, поэтому перед их использованием необходимо учитывать и знать эти маркеры. Например, маркер RAPD является доминантным (определяющим только одну полосу различия) и может быть чувствителен к воспроизводимым результатам. Обычно это связано с условиями, в которых он был произведен. RAPD также используются в предположении, что два образца имеют один и тот же локус при создании образца. ^[4] Разным маркерам также может потребоваться разное количество ДНК. Для RAPD может потребоваться всего 0,02 мкг ДНК, тогда как для маркера RFLP может потребоваться 10 мкг ДНК, экстрагированной из него, для получения идентифицируемых результатов. ^[6] в настоящее время маркеры SNP оказались потенциальным инструментом в программах селекции нескольких сельскохозяйственных культур. ^[7]

Картирование генетических маркеров

Молекулярное картирование помогает определить расположение определенных маркеров в геноме. Существует два типа карт, которые можно создать для анализа генетического материала. Во-первых, это физическая карта, которая помогает определить, где вы находитесь на хромосоме, а также на какой хромосоме вы находитесь. Во-вторых, существует карта сцепления, которая определяет, как определенные гены связаны с другими генами на хромосоме. Эта карта сцепления может определять расстояния от других генов, используя сантиморганы (сМ) в качестве единицы измерения. Кодоминантные маркеры могут использоваться при картировании для идентификации определенных мест в геноме и могут отражать различия в фенотипе. ^[8] Связывание маркеров может помочь идентифицировать определенные полиморфизмы в геноме. Эти полиморфизмы указывают на небольшие изменения в геноме, которые могут представлять собой замены нуклеотидов или перестановку последовательности. ^[9] При разработке карты полезно выявить несколько полиморфных различий между двумя видами, а также выявить сходные последовательности между двумя видами.

Применение в науках о растениях

При использовании молекулярных маркеров для изучения генетики той или иной культуры необходимо помнить, что маркеры имеют ограничения. Сначала следует оценить, какова генетическая изменчивость внутри изучаемого организма. Проанализируйте, насколько идентифицируема конкретная геномная последовательность, находящаяся рядом или в генах-кандидатах. Карты могут быть созданы для определения расстояний между генами и дифференциации между видами. ^[10]

Генетические маркеры могут помочь в разработке новых признаков, которые можно будет внедрить в массовое производство. Эти новые черты можно идентифицировать с помощью молекулярных маркеров и карт. Отдельные черты, такие как цвет, могут контролироваться всего несколькими генами. Качественные признаки (требуется менее 2 генов), такие как цвет, можно идентифицировать с помощью MAS (отбор с помощью маркеров). Как только желаемый маркер найден, его можно отслеживать в разных дочерних поколениях. Идентифицируемый маркер может помочь отслеживать определенные интересующие признаки при скрещивании представителей разных родов или видов в надежде передать определенные признаки потомству.

Одним из примеров использования молекулярных маркеров для идентификации определенного признака растения является фузариоз колоса пшеницы. Фузариоз колоса может быть разрушительным заболеванием зерновых культур, но некоторые сорта, потомки или сорта могут быть устойчивыми к этому заболеванию. Об этой устойчивости свидетельствует конкретный ген, за которым можно следить с помощью MAS (отбор с помощью маркеров) и QTL (локусы количественных признаков). ^[11] QTL идентифицируют конкретные варианты фенотипов или признаков и обычно определяют, где расположен GOI (интересующий ген). После скрещивания можно взять образцы потомства и оценить их, чтобы определить, какое потомство унаследовало эти признаки, а какое нет. Этот тип селекции становится все более выгодным для селекционеров и фермеров, поскольку он сокращает количество гербицидов, фунгицидов и инсектицидов, необходимых для обработки сельскохозяйственных культур. ^[11] Другой способ установки ГОИ — механическая или бактериальная передача. Это сложнее, но может сэкономить время и деньги.

Применение маркеров в селекции зерновых культур.

Оценка изменчивости генетических различий и характеристик внутри вида.
Идентификация и дактилоскопия генотипов.
Оценка генетических расстояний между видами и потомками.
Определение местоположения QTL.
Идентификация последовательности ДНК полезных генов-кандидатов. ^[11]

Применение маркеров в аквакультуре

Идентификация видов.
Изучение генетической изменчивости и популяционной структуры в природных популяциях.
Сравнение дикой и заводской популяций.
Оценка демографических узких мест в природных популяциях.
Маркерная селекция.

Биохимические маркеры

Биохимические маркеры обычно представляют собой белковые маркеры. Они основаны на изменении последовательности аминокислот в молекуле белка. Важнейшим белковым маркером является аллофермент . Аллоферменты — это варианты форм фермента, которые кодируются разными аллелями в одном и том же локусе, и эти аллоферменты различаются от вида к виду. Поэтому для обнаружения вариаций используются аллоферменты. Эти маркеры являются маркерами типа I.

Преимущества:

Кодоминантные маркеры.
Меньше цена.

Недостатки:

Требуйте предварительной информации.
Низкая мощность полиморфизма.

Приложения:

Картирование связей.
Популяционные исследования.

См. также

Биомаркер
Очень полезно знать генетическую стабильность конкретного организма. Биосигнатура.

Ссылки

^ Чоу, Лейла Х.; Датт, Майкл Дж.; Релкин, Норман; Ли, Кельвин Х. (23 июля 2002 г.). «Исследование потенциальных молекулярных маркеров спинномозговой жидкости болезни Альцгеймера». Электрофорез . 23 (14): 2247–2251. doi : 10.1002/1522-2683(200207)23:14<2247::aid-elps2247>3.0.co;2-m . ПМИД 12210229 . S2CID 29462550 .
^ Фрейзер, член парламента; Юэ, ZW; Бузку, Б. (май 2003 г.). «Распределение источников мелких твердых частиц в Хьюстоне, штат Техас, с использованием органических молекулярных маркеров». Атмосферная среда . 37 (15): 2117–2123. Бибкод : 2003AtmEn..37.2117F . дои : 10.1016/S1352-2310(03)00075-X .
^ Махешваран, М. (2004). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Кафедра молекулярной биологии и биотехнологии растений .
^ Jump up to: ^а ^б «Традиционные молекулярные маркеры – расширение» . Articles.extension.org . Проверено 13 декабря 2015 г.
^ Махешваран, М. (август 2014 г.). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Передовые биотехнологии .
^ «Молекулярная селекция и селекция с помощью маркеров» . Международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений . ИСААА . Проверено 12 декабря 2015 г.
^ Контрерас-Сото Р.И., Мора Ф., де Оливейра МАР, Хигаши В., Скапим К.А., Шустер И. (2017). «Полногеномное исследование ассоциаций агрономических признаков сои с использованием SNP-маркеров и анализа гаплотипов на основе SNP» . PLOS ONE . 12 (2): 1–22. Бибкод : 2017PLoSO..1271105C . doi : journal.pone.0171105 . PMC 5289539. . PMID 28152092 10.1371 / {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Гриффитс, Энтони Дж. Ф.; Миллер, Джеффри Х.; Сузуки, Дэвид Т.; Левонтин, Ричард С.; Гелбарт, Уильям М. (1 января 2000 г.). «Картирование с помощью молекулярных маркеров» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «Карты молекулярных связей» . forages.oregonstate.edu . Проверено 13 декабря 2015 г.
^ «Молекулярная селекция и маркерная селекция» . Международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений . ИСААА . Проверено 12 декабря 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Корзун, Виктор. «Молекулярные маркеры и их применение в селекции зерновых» (PDF) . Сессия I: МАС у растений . Проверено 12 декабря 2015 г.

Молекулярные маркеры и учебные пособия по генотипированию

[1] Чоу, Лейла Х.; Датт, Майкл Дж.; Релкин, Норман; Ли, Кельвин Х. (23 июля 2002 г.). «Исследование потенциальных молекулярных маркеров спинномозговой жидкости болезни Альцгеймера». Электрофорез . 23 (14): 2247–2251. doi : 10.1002/1522-2683(200207)23:14<2247::aid-elps2247>3.0.co;2-m . ПМИД 12210229 . S2CID 29462550 .

[2] Фрейзер, член парламента; Юэ, ZW; Бузку, Б. (май 2003 г.). «Распределение источников мелких твердых частиц в Хьюстоне, штат Техас, с использованием органических молекулярных маркеров». Атмосферная среда . 37 (15): 2117–2123. Бибкод : 2003AtmEn..37.2117F . дои : 10.1016/S1352-2310(03)00075-X .

[3] Махешваран, М. (2004). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Кафедра молекулярной биологии и биотехнологии растений .

[articles.extension.org-4] Jump up to: ^а ^б «Традиционные молекулярные маркеры – расширение» . Articles.extension.org . Проверено 13 декабря 2015 г.

[5] Махешваран, М. (август 2014 г.). «Молекулярные маркеры: история, особенности и применение». Передовые биотехнологии .

[6] «Молекулярная селекция и селекция с помощью маркеров» . Международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений . ИСААА . Проверено 12 декабря 2015 г.

[7] Контрерас-Сото Р.И., Мора Ф., де Оливейра МАР, Хигаши В., Скапим К.А., Шустер И. (2017). «Полногеномное исследование ассоциаций агрономических признаков сои с использованием SNP-маркеров и анализа гаплотипов на основе SNP» . PLOS ONE . 12 (2): 1–22. Бибкод : 2017PLoSO..1271105C . doi : journal.pone.0171105 . PMC 5289539. . PMID 28152092 10.1371 / {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[8] Гриффитс, Энтони Дж. Ф.; Миллер, Джеффри Х.; Сузуки, Дэвид Т.; Левонтин, Ричард С.; Гелбарт, Уильям М. (1 января 2000 г.). «Картирование с помощью молекулярных маркеров» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[9] «Карты молекулярных связей» . forages.oregonstate.edu . Проверено 13 декабря 2015 г.

[10] «Молекулярная селекция и маркерная селекция» . Международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений . ИСААА . Проверено 12 декабря 2015 г.

[:0-11] Jump up to: ^а ^б ^с Корзун, Виктор. «Молекулярные маркеры и их применение в селекции зерновых» (PDF) . Сессия I: МАС у растений . Проверено 12 декабря 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]