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云之南

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专业背景:计算机科学 研究方向与兴趣: JavaEE-Web软件开发, 生物信息学, 数据挖掘与机器学习, 智能信息系统 目前工作: 基因组, 转录组, NGS高通量数据分析, 生物数据挖掘, 植物系统发育和比较进化基因组学

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遗传多样性genetic diversity  

2016-03-18 23:39:24|  分类: 遗传与基因组学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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https://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_diversity
http://www.nature.com/nature/journal/v515/n7526/full/nature13685.html
http://baike.sogou.com/v7647414.htm
http://baike.baidu.com/view/827915.htm

由于选择、遗传漂变、基因流动或非随机交配等生物进化相关因子的作用而导致物种内不同隔离群体,或半隔离群体之间等位基因频率变化的积累所造成的群体间遗传结构多样性的现象。广义指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和,狭义指种内不同群体之间或一个群体内不同个体的遗传变异总和。[1]



    1简介   
    2解析   
    3起源   
    4研究意义   

    5检测方法   
    6研究方法   
    PCR特异扩增ITS序列   
    差异显示PCR   
    AFLP(扩增片段长度多样性)   

    7对国家与社会的影响   
    8价值   
    9中国遗传多样性概况   

1 简介
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  生物多样性分为:物种多样性,遗传多样性,生态系统多样性。遗传多样性一般所指的遗传多样性是指种内的遗传多样性,即种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变异总和。种内的多样性是物种以上各水

平多样性的最重要来源。遗传变异、生活史特点、种群动态及其遗传结构等定或影响着一个物种与其它物种及其环境相互作用的方式。而且,种内的多样性是一个物种对人为干扰进行成功反应的决定因素。种内的遗传变异程度也决定其进化的趋势。

  遗传多样性可以表现在多个层次上,如分子、细胞、个体等。在自然界中,对于绝大多数有性生殖的物种而言,种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型,而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此,遗传 多样性也就是生物的遗传基因的多样性。任何一个物种或一个生物个体都保存着大量的遗传基因,因此,可被看作是一个基因库(Genepool)。一个物种所 包含的基因越丰富,它对环境的适应能力越强。基因的多样性是生命进化和物种分化的基础。

狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变 化,包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异(世界资源研究所,1992)。此外,遗传多样性可以表现在多个层次上,如分子、细胞、个体等。 在自然界中,对于绝大多数有性生殖的物种而言,种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型,而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

在生物的长期演化过程中,遗传物质的改变(或突变)是产生遗传多样性的根本原因。遗传物质的突变主要有两种类型,即染色体数目和结构的变化以及基因位点内部核苷酸的变化。前者称为染色体的畸变,后者称为基因突变(或点突变)。此外,基因重组也可以导致生物产生遗传变异。
2 解析
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  遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。一方面,任何一个物种都具有其独特的基因库和遗传组织形式,物种的多样性也就显示了基因遗传的多样性。另一方面,物种是构成生物群落进 而组成生态系统的基本单元。生态系统多样性离不开物种的多样性,也就离不开不同物种所具有的遗传多样性。因此遗传多样性是生态系统多样性和物种多样性的基 础。通常谈及生态系统多样性或物种多样性时也就包含了各自的遗传多样性。广义地讲遗传多样性就是生物所携带遗传信息的总和,但一般所指的遗传多样性是指种 内的遗传多样性或称遗传变异。

  遗传变异是生物体内遗传物质发生变化而造成的一种可以遗传给后代的变异。正是这种变异导致生物在不同水平上体现出的遗传多样性。居群(Population 又译种群群体)水平、个体水平、组织和细胞水平、以及分子水平。 通常遗传多样性最直接的表达形式就是遗传变异性的高低。然而对任何一个物种来说,个体的生命很短暂,由个体构成的居群或居群系统(宗、亚种、种)才在时间上连绵不断,才是进化的基本单位。这些居群或居群系统在自然界有其特定的分布格局式样。故遗传多样性不仅包括遗传变异高低,也包括遗传变异分布格局即居群的遗传结构。例如对大范围连续分布的异交植物来说,遗传变异的大部分存在于居群之内;而对以自交为主的植物来说,居群之间的遗传变异明显增大;对那些更为极端的以无性繁殖为 主的植物来说,每个无性集群(Colony)在大部分位点上都是纯合的,形态变异也很小,但不同的无性集群之间都有很大或明显的差异。因为遗传变异分布在 无性集群之间,因此居群遗传结构上的差异是遗传多样性的一种重要体现。一个物种的进化潜力和抵御不良环境的能力既取决于种内遗传变异的大小,也有赖于遗传 变异的居群结构。
3 起源
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  染色体畸变、基因突变、重组
4 研究意义
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  对遗传多样性的研究具有重要的理论和实际意义。

  首先,物种或居群的遗传多样性大小是长期进化的产物,是其生存适应和发展进化的前提。一个居群或物种遗传多样性越高或遗传变异越丰富,对环境变化的适应能力就越强越;容易扩展其分布范围和开拓新的环境。即使对无性繁殖占 优势的种也不例外。理论推导和大量实验证据表明,生物居群中遗传变异的大小与其进化速率成正比。因此对遗传多样性的研究可以揭示物种或居群的进化历史(起 源的时间、地点、方式),也能为进一步分析其进化潜力和未来的命运提供重要的资料,尤其有助于物种稀有或濒危原因及过程的探讨。

  其次,遗传多样性是保护生物学研究的核心之一,不了解种内遗传变异的大小时空分布及其与环境条件的关系,我们就无法采取科学有效的措施来保护人类赖以生存的遗传资源基因,来挽救濒于绝灭的物种,保护受到威胁的物种。对于我们所不了解的

  对象,我们是无法保护的。对珍稀濒危物种保护方针和措施的制定,如采样策略迁地或就地保护的选样等等都有赖于我们对物种遗传多样性的认识。

  再者,对遗传多样性的认识是生物各分支学科重要的背景资料。古老的分类学或系统学几百年来都在不懈地探索描述和解释生物界的多样性,并试图建立个能反映自然或系统发育关系的阶层系统,以及建立一个便利而实用的资料(信息)存取或查寻系统。对遗传多样性的研究无疑有助于人们更清楚地认识生物多样性的起源和进化,尤其能加深人们对微观进化的认识,力动植物的分类进化研究提供有益的资料,进而为动植物育种和遗传改良奠定基础。
5 检测方法
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  检测遗传多样性的方法随生物学尤其是遗传学和分子生物学的发展而不断提高和完善。从形态学水平、细胞学(染色体)水平、生理生化水平、逐渐发展到分子水平。然而不管研究是在什么层次上进行,其宗旨都在于揭示遗传物质的变异。目前任何检测遗传多样性的方法,或在理论上或在实际研究中都有各自的优点和局限,还找不到一种能完全取代其它方法的技术。因此,包括传统的形态学、细胞学以及同工酶和DNA 技术在内,各种方法都能提供有价值的资料,都有助于我们认识遗传多样性及其中物学意义。
6 研究方法
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PCR特异扩增ITS序列

  这是目前鉴定物种和做分子分类研究的最主流的方法.原理是:ITS序列是中度重复序列,广泛分布于基因组并且是同步进化的,而且不同物种间进化差异很大,它的碱基序列同源性的程度决定生物之间的亲源关系远近,并可以以此来作为分类依据划分物种.另外对于未知物种,可以通过与GENEBANK提供的序列比对来确定该物种的分类归属,达到鉴定的目的.ITS序列在核糖体大小亚基的rRNA之间,核糖体大小亚基的rRNA序列非常保守,便于设计PCR过程所需的两端特异性引物,进行典型的锚定PCR.
差异显示PCR

  可以用来研究同一个体不同生长时段和不同组织(或分化结构)或者不同个体之间基因表达差异.原理是:根据中心法则,每一个阅读框要表达必须先转录成mRNA.那么在不同细胞内只要存在基因差异表达现象,肯定就会存在不同的mRNA.我们可以提取细胞的mRNA,然后将其反转录为cDNA,并以此来作为PCR模板.由于mRNA的3端具有polyA特殊结构,因此可以这样设计引物:引物1与cDNA的polyT互补,引物2随机合成大约10bp左右.PCR产物用1%的琼脂糖凝胶电泳检测.这样通过PCR就可以显示并放大出mRNA的差异,从而找到差异表达的基因.
AFLP(扩增片段长度多样性)

  基于RFLP(限制性酶切片段多样性) 和PCR技术发展

起来的一种用来研究分类的技术.原理是:不同物种的DNA序列不同,那么用同种限制性内切酶酶切会得到不同的片段,这些不同的片段中,有很多长度也会有不同.通过同样两种限制性内切酶消化后,根据酶切位点序列设计互补序列并额外添加一段特异性序列,用T4连接酶补平,经过两次PCR扩增(预扩增和二次扩增),产物用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,银染色后用专门的分析软件分析,根据条带分布差异的程度来划分物种间的亲缘关系.
7 对国家与社会的影响
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  遗传多样性是物种进化的本质,也是人类社会生存和发展的物质基础。“一个基因关系到一个国家的兴衰,一个物种影响一个国家的经济命脉”,已是被无数实例证明了的事实。如第一次“绿色革命”和水稻杂交优势的利用, 就是发现和利用了矮秆基因和不育基因的结果。显而易见, 遗传多样性的研究无论是对生物多样性的保护,还是对生物资源的可持续利用,以及未来世界的食物供应,都有重要的意义。
8 价值
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  1.为人类提供了基本食物,是人类食物的根本和不可替代的来源(现实和潜在)。

  2.人类药物和衣着的主要来源。

  3.提供多种多样的工业原料,如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等等

  4.物多样性是维护自然生态平衡的基础。

  5.生物多样性是遗传育种的基因源泉。
9 中国遗传多样性概况
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中国是世界上的主要作物起源中心和多样性分布中心之一,作物的遗传资源十分丰富。现已收集到各类作物遗传资源30多万份。其中禾谷类20万份,豆类5.5万余份,棉、麻、油、糖、烟等经济作物3.1万余份,蔬菜1.8万余份,果树1.1万余份,牧草、绿肥及其他1.5万余份。

中国丰富的种质资源是 中国,也是世界的宝贵财富。长期以来,由于人们的无知,在开垦荒地、滥伐林木、建筑水库、建设工厂、扩展铁路和公路等活动中,没有注意对各种种质的保护, 使这丰富的资源迅速减少。在今天已有不计其数的培育和野生种植资源灭绝了。现存的少数品种也正受到过度采挖、毁林开荒、过度放牧和草地开垦、城市和工业发 展、开放旅游等的严重威胁。例如人参、刺参、天麻、刺五加、假人参、龙眼、明党参、海南粗榧等名贵植物药材都已处于濒危状态,而像金花茶则因叶有药效,又有国外高价辗转求购,故原产地破坏严重,广西邕宁县潭洛金花茶、武鸣金花茶、平果金花茶等,在原产地几乎不复存在。

  中国蔬菜资源仅食用蔬菜就有56科、229种,其中高等植物29科、209种(包括变种)。世界上起源于中国的食用蔬菜有135种,其中50余种为常用蔬菜。

  中国的牧草遗传资源仅在中国的种子植物中,可被家畜饲用,具有不同程度饲用价值的牧草就有127科、879属、4215种,广泛分布于中国温带草原、荒漠、高寒草原以及亚热带和热带次生草地。世界著名栽培牧草在中国几乎都有其野生种或野生近缘种。现在,中国共有牧草127科、899属、4419种,是世界上牧草种类最丰富的国家。

  经济林是以利用木材以外的其他林产品,如果实、树皮、树叶、树汁、树枝、花蕾、嫩芽等为主要经营目的的森林。中国已发现的经济树种在1000种以上。目前,已形成规模栽培生产的有百余种,还有大量资源有待开发利用。

  全国中药材种类有12807种,其中植物药11146种(占80%以上)、动物药1581种、矿物药80种,常用大宗植物药320种,总蕴藏量为850万t。药用植物资源多样性的基本特点是:野生药用植物种类繁多、栽培种中品种多样性高度丰富、野生近缘种资源丰富。

  中国是世界上家养动物品种和类群最丰富的国家之一。包括特有种、特种经济动物、有特种经济价值和性能的野生动物及家养昆虫在内,现有的品种和类群有2222个。我国家养动物生态类型和繁殖性状有丰富的变异,是世界上特有的家养动物基因库。

  中国是世界栽培植物三大起源中心之一,有用果树总数居世界第1位。苹果属、梨属和李属等种类之多,都居世界之首。原产中国的果树主要分布于三个中心地带:黄河流域及西北、东北地区;长江流域;南部地区(包括西南、中南、东南)。

  中国海洋水域有记录的海洋生物种类多达20278个物种,内陆水域共有鱼类795种(及亚种)(不包括河口区的淡咸水鱼类),分隶于15目、43科、228属。

  中国原产观赏植物共约10000~20000种,较常用者仅约其中2000种。中国是多种名贵园林植物的起源中心,不仅原产观赏植物种类繁多,品质优良,而且名花品种及其野生近缘种丰富多彩,亦即遗传多样性突出。中国观赏植物的遗传多样性主要表现在物种多样性、起源多样性和品种多样性三方面。
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