DNA指纹技术及其应用综述

随善明

中圖分类号：G72 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2017）04-0197-01

DNA指纹技术是一种在单一实验中可以检出大量DNA位点差异性的分子生物学技术。1980年Wyman和White首先在人类基因文库的DNA随机片段中分离出高度多态的重复序列区域。1982年，Bell等人又在人胰岛素基因附近发现高度重复序列。1985年，英国遗传学家Jeffreys等合成了2个小卫星探针（λ33 15和λ33 6），通过Southern杂交得到一系列高度变异的谱带，这种谱带的带型在不同种属、甚至在不同品系的个体之间存在显著差异，如同人类指纹可达到完全个体特异的水平（同卵双生子除外）， Jeffreys称之为DNA指纹（DNA fringer print）。同年，他首次将DNA分析技术应用于法科学领域并获得成功。之后，随着分子生物学的发展，DNA指纹技术也在不断发展，并在遗传学、医学、法医学、生物学等多个领域得到广泛应用。本文主要对DNA指纹技术的特点、原理及其在动物遗传育种中的应用现状作一综述。

1.DNA指纹技术的特点

1.1 简单的遗传方式 DNA指纹图中的图带可以遗传，这不同于人的指纹，DNA指纹图带遵循简单的孟德尔遗传方式。后代图中的每一条带都可以在双亲之一的图中找到，除非是因为基因突变而产生个别新带。

1.2 体细胞稳定性 DNA指纹是分子水平上进行的监测，其分析结果不受环境和发育阶段的影响，同一个体的不同组织（无病变）、不同年龄阶段产生的DNA指纹图完全相同。

1.3 多位点性 高分辨率的DNA指纹图谱常有15～30条组成，一个DNA指纹探针能够同时监测基因组中数十个位点的变异型。

1.4 高度变异性 DNA指纹图在个体或群体之间表现高度的变异性，即不同的个体或群体有不同的DNA指纹图。

1.5 一定的物种特异性和个体识别性 同一探针在不同的种（品种）动物上产生的DFP图，在带数、带的深浅和分布上具有不同特点。用不同的探针获得同一个体的DFP图有很大差异，其信息量可以累加。

2.DNA指纹技术原理

DNA指纹是基于生物DNA序列多态性的差异。某些DNA序列的差异可通过限制性内切酶酶切片段长度的改变反映出来，即限制性片段长度多态性（RFLP）。其主要原因是由于DNA序列个别位点碱基的突变而引起某个限制性内切酶识别位点的获得或丢失，表现为不同长度的酶切片段。DNA指纹技术的一般过程是：将DNA用限制性内切酶消化，电泳分离，再转移至膜，用小卫星、微卫星或合成的寡核苷酸探针以及其他探针予以探测，形成个体特异性杂交图谱。

3.DNA指纹技术的应用

3.1 应用于亲子鉴定。Kashi Y，LipkinE等分析了DNA指纹在牛的双亲中鉴别的几种情况。认为DNA指纹鉴定双亲比传统的血型（红细胞血型）和生化多态性（白细胞抗原类型、血液蛋白型、酶、激素和代谢物）鉴定具有更大的优越性，DNA指纹技术是家畜双亲鉴定的最有效工具。因此，利用DNA指纹我们可以鉴别个体来源，并可作为畜禽品种（品系）的特征证明。

3.2 预测杂种优势。商品畜禽的生产，通常采用优化的杂交模式来进行。但是筛选最佳的杂交模式需要花费大量的人力、物力和财力。在现代遗传育种中，一般通过杂种优势来预测杂交模式。在已有的几种方法：（1）通过线粒体混合实验法预测杂种优势；（2）根据蛋白质的多态性预测杂种优势；（3）利用分子标记预测杂种优势等，从不同角度对杂种优势进行了研究，取得了一定的成就，但是这些方法并不完善，预测的结果不稳定，有时相互矛盾，而且常规进行杂交组合实验，由于受到各种条件的限制，一般局限于少数几个品种间进行。利用DNA指纹技术，通过品种（系）混合DNA指纹图谱分析品种间遗传距离大小，在完全相同的实验条件下，同一块凝胶上可以进行20～30个品种（系）分析，分析方法成熟，分析结果可靠，对预测一个品种（系）与其它多个品种（系）杂种优势有重要意义。DNA指纹技术分析品种（系）间遗传距离是指品种（系）间基因组结构的差异，所分析的是杂交组合间所有主要指标性状杂种优势大小。对于一个具体经济性杂种优势大小，需要考虑品种（系）具体性状的基因在品种间差异和品种自身特点，减少预测的盲目性。uhnlein U，dawe Y，Zadworny D等研究了4个品系鸡的遗传结构，通过DNA指纹技术估计的品系之间的遗传距离与实际育成的历史一致，并且可以作为鉴别鸡品系的一种方法和预测最佳的杂交组合。梁永红，刘平华等利用人源小卫星探针分析了湖北白猪Ⅲ（Ⅳ系）与长白、杜洛克品种的遗传距离，通过与杂交组合试验资料表明，当湖北白猪Ⅲ系（Ⅳ系）与交配品种之间距离大时，即杂交组合间遗传结构差异大时，日增重、饲料转化率、瘦肉率、产子数、断奶头数这些主要经济性状杂种优势较大，反之则较小。因此，根据杂交组合间的遗传距离可以预测杂交组合的杂种优势。

3.3 用于遗传结构分析、物种起源分化等研究应用。DNA指纹技术可分析品种或品系间的遗传距离和起源分化关系，从而可以研究不同地域、不同表型的品种或品系的遗传和分化关系，从而对物种资源进行合理利用和保护。李祥龙等2000年研究我国主要地方山羊品种及国外品种共23个品种的251个个体。结果表明，总群体遗传多样性指数较高，遗传多样性丰富，但群体内变异较小，85%的变异存在于群体间，以此提出对我国部分遗传变异较小的山羊品种资源要加强保护。同年，李祥龙等对波尔山羊杂交后代及亲本进行多态性研究，发现唐山奶山羊和波尔山羊具有较近的亲缘关系，并绘制了几种山羊的聚类关系图。史宪伟等1998年研究云南矮型马等4个马品种，发现在群体内的遗传变异大于群体间的遗传变异，从而探讨了我国马品种的分类和起源问题。李祥龙等1999年研究我国12个省、自治区18个山羊品种，结果表明供试山羊品种具有两个不同的母系来源，推测在进化过程中可能起源于两个不同的野生祖先。任军等2000年对江西6个地方黑猪进行了DNA多态性分析，结果表明，玉山黑猪和铅山黑猪有着较近的亲缘关系，可划分为同一猪种，而南城黑猪则与二者关系较远。

综上所述，DNA指纹技术自从20世纪80年代创立以来已经广泛应用于动物的遗传育种学等多个领域，如亲缘关系分析、起源分化研究、动物分类和亲子鉴定、杂交优势预测、品系纯度鉴定等。随着分子生物学的发展和技术进步，DNA指纹技术已经成为筛选某些重要经济性状和辅助标记选择的重要手段，在未来的基因定位和基因操作以及分子育种中必将发挥越来越大的作用。