微卫星DNA分子标记及其应用（一）

微卫星（Microsatellite，MS）又称短串联重复（Short Tandem Repeats，STR）或简单序列重复（Simple Sequnce Repeat，SSR），是指基因组中以少数几个核苷酸（多数为2-4个）为单位多次串联重复组成的长达几十个核苷酸的序列。其中最常见的是双核苷酸重复，如（AC）n、（TG）n等，微卫星DNA广泛分布在真核生物的基因组中，大约每隔10-550kb就存在一个微卫星。微卫星DNA由于具有特异性的PCR扩增、多态信息容量（PIC）高、引物通用性好、突变率高、共显性等特点，已经被广泛应用。

1.微卫星DNA的特点及分类

微卫星DNA具有丰富的多态性，主要表现在核苷酸重复单位数目的多态性和重复序列中核苷酸的替换多态性。一般认为，一个微卫星DNA核心序列重复数目越高，其等位基因数目也就越多，多态性就越丰富。微卫星DNA遵循孟德尔遗传规律，能够稳定地从上一代传给下一代，且等位基因间呈现共显性遗传。除此以外，微卫星标记还具有DNA用量少、反应速度快、操作简易、结果重复性好等特点。

根据重复结构的不同可将微卫星DNA分为3类：完全重复型（perfect），单一序列单元无中断或无颠倒；不完全重复型（imperfect），单一序列单元有中断或有颠倒；混合型（compound），多个序列中单位有或无中断和有或无颠倒的混合。一般说来，微卫星DNA的重复序列两侧都有物种特异性的保守序列，所以，通过设计引物对基因组DNA进行PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳（或聚丙烯酰胺凝胶电泳）和放射自显影（或银染），就可以检测到在简单重复序列重复单位数不同的DNA区域的多态性，这就是微卫星DNA分子标记。

2.微卫星分子标记方法的优点

微卫星在基因组中是均匀分布的。Winter 等人的研究表明, 除着丝粒及端粒区域外, 染色体的其他区域均广泛分布有微卫星位点。Litt 和Luty以及Weber 和May各自用热稳定Tag 酶的PCR 方法证明, 微卫星具有丰富的多态性。用微卫星作为遗传标记与其他DNA分子标记(包括RFLP、RAPD 和小卫星DNA等) 相比具有以下优点。

2.1 微卫星标记杂合程度高

由于微卫星位点的等位基因数相当多，因而杂合程度高，多态信息含量（PIC）大，在区分亲缘关系极近的个体（群体）时的效率比PFLP高。

2.2 微卫星位点可通过PCR扩增

由于小卫星的等位基因一般比较大，在PCR扩增时有一定局限性。而使用微卫星进行PCR扩增，其使用样品数量少。另外，由于微卫星序列较短，即使降解的DNA也有可能包含足够用来扩增的微卫星位点，这一特点使那些保存差的样品也可能成为有价值的研究材料。

2.3 通用性与保守性

微卫星DNA所在区域在生物的基因组中是比较保守的，某一物种的微卫星引物可在相关密切的物种中使用，这使得减少获取微卫星的工作量和加快比较基因组作图的工作进度成为可能。

2.4 共显性遗传

微卫星DNA呈孟德尔共显性遗传模式，可以区别纯合显性个体和杂合显性个体，这为遗传研究提供了更多的可供分析的信息。

2.5 微卫星的多态性

多数SSR无功能作用，增加或减少几个重复序列的频率高，因而在品种间具有广泛位点变异，比RFLP及RAPD分子标记更具有多态性。

2.5.1 微卫星突变

微卫星的突变率很高，从而产生了很多等位基因，这就导致了微卫星的高度多态性，一般认为，微卫星丰富的多态性是微卫星不稳定性（microsatellite instability，MI）的表现。微卫星的突变速率在不同物种以及同一物种的不同位点甚至在同一位点的不同等位基因间都存在着很大的差异。在哺乳动物中，大多数的微卫星的突变率估计为每世代10^-6-10^-2人类家系的微卫星平均突变速率为10-⁴；黑腹果蝇受控雌性系中的突变率为每个位点10^-6左右。当微卫星被表达在缺乏有效错配修复系统的寄主中时，其不稳定性要比正常时高（5-10）×10³左右。

2.5.2 微卫星突变的产生机制

微卫星突变的遗传学机制现在尚不清楚，目前大多认为微卫星的不稳定性或者与DNA重组过程中的不等交换有关，或者与DNA复制过程中的“滑链错配”有关。

Johnson和Pupko等认为，两条染色体间的DNA重组过程中发生的不等交换以及基因转换可能是引起微卫星多态性产生的主要原因。而Levinson等认为在DNA复制合成的过程中，发生了局部解链，有微卫星存在的区域新生链和模板链相对滑动，产生错配，使得一个或者几个重复单位形成环状未能参与配对，从而导致了微卫星多态性的产生。