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DNA指紋分子標記技術

  • 出版日期:92-09-01
  • 點閱數:783
  • 修改時間:108-06-13

近幾十年來,工業、資訊、電子等科技技術的快速進步,使人類社會物質文明高度發展,相對的,生態環境卻明顯惡化,自然資源與能源過度消耗,間接的使全球生物多樣性日益消失,而生物多樣性之保護與永續利用是維持全球經濟穩定與發展的重要因素。因此,如何認識、保護與永續利用生物多樣性,已成為全球矚目與積極解決的問題。為實現此一目的,必須建立一套對生物多樣性認知與鑑定的有效方法,方能逐步認清全球生物多樣性的狀況。聯合國生物多樣性公約對生物多樣性的定義為〝意指地球上陸生、海洋及其它水生生態系中生物的變異性,它包括基因多樣性、物種多樣性與生態多樣性。〞由於整個生態系統包含生物與非生物間、生物與生物間交互作用,以及生物個體的生理反應等,相當複雜;所以對生物多樣性的認識與分析,是為研究之基礎與前提。生物多樣性的分析方法日益成熟與多樣化,且可以從不同角度與層次來揭示物種的變異性。傳統生物分類學上的研究,多將焦點集中於物種的層次上,以物種的多樣性做為評估生物多樣性的指標。生物分類學與生物學之相關分支學科間存在著密切、相依的關係,早期生物分類學家以形態學、解剖學、行為學、生態學等資料作為分類形質,到1960年代,由於遺傳學、生物化學、細胞學、分子生物學等發展,闡明了遺傳學的分子基礎,於是蛋白質、去氧核醣核酸、核醣核酸等逐漸成為研究生物演化上重要的對象,提供了研究族群遺傳結構及分類單元間親緣關係可運用的分子遺傳標記。分子標記之狹義概念是指DNA標記,它能直接反應生物個體或種群間基因組中DNA片段間的差異。但理想的分子標記必須具備下列條件:(1)直接以DNA表現,在生物體各組織、各發育階段都可檢測,不受季節、環境等限制,也不存在表達與否的問題;(2)標記數量極多,除特殊位點之標記外,均勻分佈於整個基因組;(3)符合孟德爾遺傳定律;(4)DNA的多形性高,自然存在許多等位變異;(5)標記表現為共顯性的特點,可區分異型接合體或同型接合體;(6)能明確辨別等位基因;(7)標記具再現性,在實驗室間重複性高;(8)檢測方法簡單、快速、自動化;(9)開發成本與使用成本儘量低廉。可惜目前尚無任何一種分子標記技術可滿足以上所有的要求,雖是如此,並不影響分子標記應用於生物分子遺傳圖譜之建立、生物遺傳多樣性分析與物種之分類鑑定、轉殖動植物種鑑定、物種性狀基因定位與分離及選殖、族群遺傳結構分析與輔助育種選種等方面。DNA的兩大使命:一為把遺傳基因原原本本的代代相傳,二為決定生物個體性狀表現。生物體的遺傳基因可分為兩大類,一為染色體DNA,此為目前DNA指紋或基因圖譜研究之主要對象;二為染色體外的遺傳因子-如粒線體、葉綠體、質體、內共生體等。應用於水產生物研究方面,以染色體DNA與粒線體DNA為主要研究題材。粒線體是提供細胞生命活動直接能量之所,含有染色體DNA以外之遺傳物質,稱之為粒線體DNA (mtDNA),每一細胞中含有數個至數十個粒線體。粒線體DNA具有:(1)分子量小、約15~18 Kb,且分子結構為一閉合環狀雙鏈分子,易於分析;(2)具母系基因遺傳的特性;(3)未具如染色體DNA之修補系統,所以複製過程易發生變異,形成mtDNA的演化速率較染色體DNA快,也正是族群變異研究的好對象 (Brown et al., 1979; Moritz et al., 1987);(4)基因組成相當的穩定 (Okimoto et al., 1992),含有13個編碼蛋白質基因、2個核糖體RNA (rRNA) 基因、22個轉移RNA (tRNA) 基因及一無結構基因,稱為控制區;(5)無內含子,非密碼區很少,使mtDNA成為族群結構及類緣關係等研究的重要材料。對於族群基因之研究,粒線體DNA雖然具有以上五大優點,可作為地理上種源間差異、演化等研究的材料,但由於其僅具母系基因遺傳特性,缺乏父系基因遺傳特性,故物種是否有雜交現象、是否為同型或異型接合體,均缺乏有力的證明,故種源鑑定之效能不足。