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淺談微衛星序列及基因座分析於魚類育種之應用

  • 作者:賴哲翊 / 東港生技研究中心、黃永森 / 國立高雄大學

簡單序列重複(simple sequence repeat, SSR)又稱為微衛星序列,是指1至數個核苷酸為單位,以連續重複數次的形式,存在於生物基因中的片段;這種片段在生物基因中相當的廣泛,所以可以利用作為分子標記。抽取受試生物的體基因(genome),以SSR設計的引子(primer)進行聚合酶鏈鎖反應(polymerase chain reaction, PCR),會擴增出許多分子量大小不一的產物;利用膠電泳法(gel electrophoresis)可以依分子量大小來分離這些產物,這些分離後的產物會因不同的個體而呈現獨特性(如下圖)。取決於目的不同,利用PCR產物的獨特性,可以作為鑑定或是選擇特定性狀的工具,應用於分子輔助育種或親緣鑑定等技術。

不同樣本經SSR擴增後進行膠電泳後之結果

不同樣本經SSR擴增後進行膠電泳後之結果

以水產動物為例,一般會想要具有高成長、高抗病、抗低溫及滲透壓變化耐性等性狀,通常這些重要的性狀不會只由單獨或少數的基因座控制,而是由一群基因座所控制,稱為數量性狀基因座(quantitative trait locus, QTL),由QTL控制了生物的數量性狀。一般傳統的選育種必須將養殖物養成後,然後依其表現出來的性狀來選種及進行育種,曠時且費力;而且還需考慮到天候環境的變化對養殖物性狀產生的交感作用,使得育種之路更加困難。近來發展快速的分子標記輔助育種,可以在已知QTL的條件下,利用特定的引子,以PCR擴增產物來確認養殖物是否為我們想要選育的對象來決定棄留,大大降低了選育種所耗費的成本。

將SSR及QTL分析應用於魚類選育種上,先決定魚類的目標性狀(以成長為例)後,找出成長最快及最慢兩種表現極端的個體來進行雜交,子代依其成長表現予以評分。抽取親代及子代DNA進行SSR的擴增,並比對分析擴增出來的產物和成長評分之間的關聯性,當擴增產物和評分數值的極端值具有相關性,就可以藉此找到和成長相關的QTL。將相關概念簡化如下表,PA及PB為親代,具有兩種極端表現型(成長極快及成長極慢)的評分(phenotype score),所產生的子代FA至FD中,出現成長快、成長普通及成長慢的個體。以#2基因座為例,PA及FA均有高評分(高成長性)且呈現陽性反應,PB及FD為低評分(低成長性)而呈現陰性反應,如果樣本數量增加,且均有同樣的現象,那#2為QTL的機率就越高。而QTL不會只有一個,找出越多QTL就可以越精準的進行選種及育種。此外,再將目標QTL的引子重新設計以加強專一性,便可以此作為日後選種及育種的依據,節省許多人力物力等不必要的投入,達到縮短育種時程的目標。QTL的分析已經應用在許多作物的選育中,包含小麥(Prasad et al, 2003)、大豆(Csanadi et al, 2001)及玉米(Park et al, 2013)等。未來如果能將這種方法加以改良並應用,將可更有效率的進行魚類的育種。

利用為表現型評分並連結基因座以找出QTL