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遺傳多樣性
來源:互聯(lián)網(wǎng)

遺傳多樣性是指地球上所有生物所攜帶的遺傳信息的總和。但一般所指的遺傳多樣性是指種內(nèi)的遺傳多樣性,即種內(nèi)個(gè)體之間或一個(gè)群體內(nèi)不同個(gè)體的遺傳變異總和。種內(nèi)的多樣性是物種以上各水平多樣性的最重要來源。遺傳變異、生活史特點(diǎn)、種群動(dòng)態(tài)及其遺傳結(jié)構(gòu)等決定或影響著一個(gè)物種與其它物種及與環(huán)境相互作用的方式。而且,種內(nèi)的多樣性是一個(gè)物種對人為干擾進(jìn)行成功反應(yīng)的決定因素。種內(nèi)的遺傳變異程度也決定其進(jìn)化的趨勢。

簡介

遺傳多樣性可以表現(xiàn)在多個(gè)層次上,如分子、細(xì)胞、個(gè)體等。在自然界中,對于絕大多數(shù)有性生殖的物種而言,種群內(nèi)的個(gè)體之間往往沒有完全一致的基因型,而種群就是由這些具有不同遺傳結(jié)構(gòu)的多個(gè)個(gè) 體組成的。

解析

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分。一方面,任何一個(gè)物種都具有其獨(dú)特的基因庫和遺傳組織形式,物種的多樣性也就顯示了基因遺傳的多樣性。另一方面,物種是構(gòu)成生 物群落進(jìn)而組成生態(tài)系統(tǒng)的基本單元。生態(tài)系統(tǒng)多樣性離不開物種的多樣性,也就離不開不同物種所具有的遺傳多樣性。因此遺傳多樣性是生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的基礎(chǔ)。通常談及生態(tài)系統(tǒng)多樣性或物種多樣性時(shí)也就包含了各自的遺傳多樣性。廣義地講遺傳多樣性就是生物所攜帶遺傳信息的總和,但一般所指的遺傳多樣性是指種內(nèi)的遺傳多樣性或稱遺傳變異。

遺傳變異是生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)發(fā)生變化而造成的一種可以遺傳給后代的變異。正是這種變異導(dǎo)致生物在不同水平上體現(xiàn)出的遺傳多樣性。居群(種群 又譯種群群體)水平、個(gè)體水平、組織和細(xì)胞水平、以及分子水平。通常遺傳多樣性最直接的表達(dá)形式就是遺傳變異性的高低。然而對任何一個(gè)物種來說,個(gè)體的生命很短暫,由個(gè)體構(gòu)成的居群或居群系統(tǒng)(宗、亞種、種)才在時(shí)間上連綿不斷,才是進(jìn)化的基本單位。這些居群或居群系統(tǒng)在自然界有其特定的分布格局式樣。故遺傳多樣性不僅包括遺傳變異高低,也包括遺傳變異分布格局即居群的遺傳結(jié)構(gòu)。例如對大范圍連續(xù)分布的異交植物來說,遺傳變異的大部分存在于居群之內(nèi);而對以自交為主的植物來說,居群之間的遺傳變異明顯減小;對那些更為極端的以無性繁殖為主的植物來說,每個(gè)無性集群(菌落)在大部分位點(diǎn)上都是純合的,形態(tài)變異也很小,但不同的無性集群之間都有很大或明顯的差異。因?yàn)檫z傳變異分布在無性集群之間,因此居群遺傳結(jié)構(gòu)上的差異是遺傳多樣性的一種重要體現(xiàn)。一個(gè)物種的進(jìn)化潛力和抵御不良環(huán)境的能力既取決于種內(nèi)遺傳變異的大小,也有賴于遺傳變異的居群結(jié)構(gòu)。

研究意義

對遺傳多樣性的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

首先,物種或居群的遺傳多樣性大小是長期進(jìn)化的產(chǎn)物,是其生存適應(yīng)和發(fā)展進(jìn)化的前提。一個(gè)居群或物種遺傳多樣性越高或遺傳變異越豐富,對環(huán)境變化的適應(yīng)能力就越強(qiáng)越;容易擴(kuò)展其分布范圍和開拓新的環(huán)境。即使對無性繁殖占優(yōu)勢的種也不例外。理論推導(dǎo)和大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明,生物居群中遺傳變異的大小與其進(jìn)化速率成正比。因此對遺傳多樣性的研究可以揭示物種或居群的進(jìn)化歷史(起源的時(shí)間、地點(diǎn)、方式),也能為進(jìn)一步分析其進(jìn)化潛力和未來的命運(yùn)提供重要的資料,尤其有助于物種稀有或?yàn)l危原因及過程的探討。

其次,遺傳多樣性是保護(hù)生物學(xué)研究的核心之一,不了解種內(nèi)遺傳變異的大小時(shí)空分布及其與環(huán)境條件的關(guān)系,我們就無法采取科學(xué)有效的措施來保護(hù)人類賴以生存的遺傳資源基因,來挽救瀕于絕滅的物種,保護(hù)受到威脅的物種。對于我們所不了解的對象,我們是無法保護(hù)的。對珍稀瀕危物種保護(hù)方針和措施的制定,如采樣策略遷地或就地保護(hù)的選樣等等都有賴于我們對物種遺傳多樣性的認(rèn)識(shí)。

再者,對遺傳多樣性的認(rèn)識(shí)是生物各分支學(xué)科重要的背景資料。古老的生物分類學(xué)或系統(tǒng)學(xué)幾百年來都在不懈地探索描述和解釋生物界的多樣性,并試圖建立個(gè)能反映自然或系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的階層系統(tǒng),以及建立一個(gè)便利而實(shí)用的資料(信息)存取或查尋系統(tǒng)。對遺傳多樣性的研究無疑有助于人們更清楚地認(rèn)識(shí)生物多樣性的起源和進(jìn)化,尤其能加深人們對微觀進(jìn)化的認(rèn)識(shí),為動(dòng)植物的分類進(jìn)化研究提供有益的資料,進(jìn)而為動(dòng)植物育種和遺傳改良奠定基礎(chǔ)。

檢測方法

檢測遺傳多樣性的方法隨生物學(xué)尤其是遺傳學(xué)分子生物學(xué)的發(fā)展而不斷提高和完善。從形態(tài)學(xué)水平、細(xì)胞學(xué)(染色體)水平、生理生化水平、逐漸發(fā)展到分子水平。然而不管研究是在什么層次上進(jìn)行,其宗旨都在于揭示遺傳物質(zhì)的變異。任何檢測遺傳多樣性的方法,或在理論上或在實(shí)際研究中都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限,還找不到一種能完全取代其它方法的技術(shù)。因此,包括傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)以及同工酶脫氧核糖核酸 技術(shù)在內(nèi),各種方法都能提供有價(jià)值的資料,都有助于我們認(rèn)識(shí)遺傳多樣性及其中的生物學(xué)意義。

研究方法

PCR特異擴(kuò)增ITS序列

這是目前鑒定物種和做分子分類研究的最主流的方法。原理是:ITS序列是中度重復(fù)序列,廣泛分布于基因組并且是同步進(jìn)化的,而且不同物種間進(jìn)化差異很大,它的堿基序列同源性的程度決定生物之間的親源關(guān)系遠(yuǎn)近,并可以以此來作為分類依據(jù)劃分物種。另外對于未知物種,可以通過與GENEBANK提供的序列比對來確定該物種的分類歸屬,達(dá)到鑒定的目的.ITS序列在核糖體大小亞基的rRNA之間,核糖體大小亞基的rRNA序列非常保守,便于設(shè)計(jì)PCR過程所需的兩端特異性引物,進(jìn)行典型的錨定PCR.

差異顯示PCR

可以用來研究同一個(gè)體不同生長時(shí)段和不同組織(或分化結(jié)構(gòu))或者不同個(gè)體之間基因表達(dá)差異。原理是:根據(jù)中心法則,每一個(gè)閱讀框要表達(dá)必須先轉(zhuǎn)錄成mRNA.那么在不同細(xì)胞內(nèi)只要存在基因差異表達(dá)現(xiàn)象,肯定就會(huì)存在不同的mRNA.我們可以提取細(xì)胞的mRNA,然后將其反轉(zhuǎn)錄為cDNA,并以此來作為PCR模板。由于mRNA的3端具有polyA特殊結(jié)構(gòu),因此可以這樣設(shè)計(jì)引物:引物1與cDNA的polyT互補(bǔ),引物2隨機(jī)合成大約10bp左右.PCR產(chǎn)物用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測。這樣通過PCR就可以顯示并放大出mRNA的差異,從而找到差異表達(dá)的基因.

RFLP(擴(kuò)增片段長度多樣性)

基于RFLP(限制性酶切片段多樣性)和PCR技術(shù)發(fā)展 起來的一種用來研究分類的技術(shù)。原理是:不同物種的脫氧核糖核酸序列不同,那么用同種限制性內(nèi)切酶酶切會(huì)得到不同的片段,這些不同的片段中,有很多長度也會(huì)有不同。通過同樣兩種限制性內(nèi)切酶消化后,根據(jù)酶切位點(diǎn)序列設(shè)計(jì)互補(bǔ)序列并額外添加一段特異性序列,用T4連接酶補(bǔ)平,經(jīng)過兩次PCR擴(kuò)增(預(yù)擴(kuò)增和二次擴(kuò)增),產(chǎn)物用聚丙烯胺凝膠電泳檢測,銀染色后用專門的分析軟件分析,根據(jù)條帶分布差異的程度來劃分物種間的親緣關(guān)系.

影響

遺傳多樣性是物種進(jìn)化的本質(zhì),也是人類社會(huì)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。“一個(gè)基因關(guān)系到一個(gè)國家的興衰,一個(gè)物種影響一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)命脈”,已是被無數(shù)實(shí)例證明了的事實(shí)。如第一次“綠色革命”和水稻雜交優(yōu)勢的利用,就是發(fā)現(xiàn)和利用了矮稈基因和不育基因的結(jié)果。顯而易見,遺傳多樣性的研究無論是對生物多樣性的保護(hù),還是對生物資源的可持續(xù)利用,以及未來世界的食物供應(yīng),都有重要的意義。

價(jià)值

⒈為人類提供了基本食物,是人類食物的根本和不可替代的來源(現(xiàn)實(shí)和潛在)。

⒉人類藥物和衣著的主要來源。

⒊提供多種多樣的工業(yè)原料,如木材、纖維、橡膠、造紙原料、天然淀粉、油脂等等

⒋生物多樣性是維護(hù)自然生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。

⒌生物多樣性是遺傳育種的基因源泉。

參考資料 >

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