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DNA鉴定之重复DNA(重复DNA是形成DNA多态性的主要原因之一)

      人类基因组DNA长3×109bp,基本上可分为编码DNA和非编码DNA二类。其中编码DNA在基因组中仅占1%~3%,包含了大约2~3万个编码蛋白质的基因,基因组其余的绝大多数序列为非编码DNA。非编码DNA可分为二类:一类是单拷贝存在形式,如间隔DNA,某些调节基因表达的序列等;另一类是重复DNA,约占基因组30%左右,表现为高度变异的多拷贝形式,有的序列在基因组中重复可达10万次以上。重复DNA是形成DNA多态性的主要原因之一。

      真核基因组中重复DNA的一个突出特征是复性速度比单拷贝快,应用DNA复性动力学分析可以证明。用限制酶消化或超声波将基因组DNA剪切成片段,加温使DNA变性,然后降低温度,观察低浓度单链DNA的复性过程。一种办法是紫外分光光度计测定OD260吸光度值,利用减色效应测定DNA复性比率。二是利用羟磷灰石色谱技术,已复性的双链DNA分子能结合在羟磷灰石上,单链DNA可通过色谱柱。根据DNA复性动力学(reassociation kinet-ics)原理,在一定时间(t)内,DNA复性为双链的速度取决于单链DNA的起始浓度(Co),但是更关键的影响因素是DNA链中的拷贝数,重复单位的拷贝数越多,DNA的复性越快。
      人类DNA遗传标记与重复DNA序列结构密切相关。人类重复DNA大致能分为二类:一类是串联重复DNA;另一类是散布重复DNA。早期利用氯化铯密度梯度离心技术研究人基因组DNA时,发现除主要成分外,基因组内还存在若干次要成分。1982年Singer等证实这些次要成分都是串联重复DNA,后来将串联重复DNA序列统称为卫星DNA (satellite DNA)。作者将这些次要成分命名为卫星I,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ,加上后来发现的a-卫星序列,总称经典卫星DNA (classical satellite DNA)成大卫星DNA(macrosatellite DNA)。每一种经典卫星DNA均有类似的碱基构成,浮力密度相同,但碱基序列有较大的差异。例如:卫星Ⅲ的重复单位由一rITCCA -五核苷酸组成,a-卫星的重复单位却长达170bp,但二者的浮力密度却十分相近。
      经典卫星DNA大约占人类基因组5%,除此之外,基因组中还有至少占10%的串联重复DNA,分布在基因组各特定的基因座上。按其重复单位的长短,人为地命名为小卫星 ( nunisatellite)和微卫星(microsatellite) DNA。
散布重复DNA (dispersed repeatitive DNA)是以相同的核心序列,散在分布在基因组中,大约占基因组10%~15%。按重复单位的长短分为长散布重复DNA (long interspersed ele-Ⅱients,LINEs)和短散布重复DNA(short interspersed elements,SINEs)二类。最常见的短散布重复序列是Alu序列,重复单位长300bp,在基因组重复次数达30万。50万次,其中80%~90%的核心序列是一致的,它们共同的特点是核心序列中都含有一个Alu I限制酶识别点。典型的长散布重复DNA是Ll序列,又称Kpn序列,重复单位长500bp以上,重复次数1万—4万,片段长度0.5kb~ 7kb。散布在基因组中的Ll序列长短差异主要表现在5′端的缩短。
      散布重复DNA有一共同的特征,均具有转座因子(transposons)效应,它们能自我复制,通过反转录方式重建新的拷贝,然后进入基因组的另一适当位置,类似于逆转录病毒自我复制的方式。所以,有作者称这一类重复DNA为自私DNA(selfish DNA)或寄生DNA (parasitic DNA)。
 
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