Molekularer Marker - Molecular marker

Ein molekularer Marker ist ein Molekül, das in einer Probe enthalten ist, die einem Organismus entnommen wurde ( biologische Marker ) oder einer anderen Substanz. Es kann verwendet werden, um bestimmte Merkmale der jeweiligen Quelle zu offenbaren. DNA zum Beispiel ist ein molekularer Marker, der Informationen über genetische Störungen und die Evolutionsgeschichte des Lebens enthält . Bestimmte Bereiche der DNA ( genetische Marker ) werden zur Diagnose der autosomal-rezessiven genetischen Störung Mukoviszidose , taxonomischer Affinität ( Phylogenetik ) und Identität ( DNA-Barcoding ) verwendet. Darüber hinaus ist bekannt, dass Lebensformen einzigartige Chemikalien, einschließlich DNA , in die Umwelt als Beweis für ihre Anwesenheit an einem bestimmten Ort abgeben. Andere biologische Marker , wie Proteine , werden in diagnostischen Tests für komplexe neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit verwendet . Auch nicht-biologische molekulare Marker werden beispielsweise in Umweltstudien verwendet .

Genetische Marker

Hauptartikel: Genetischer Marker

In der Genetik ist ein molekularer Marker (als genetischer Marker bezeichnet ) ein DNA- Fragment , das mit einer bestimmten Stelle im Genom verbunden ist . Molekulare Marker werden in der Molekularbiologie und Biotechnologie verwendet, um eine bestimmte DNA-Sequenz in einem Pool unbekannter DNA zu identifizieren.

Arten von genetischen Markern

Es gibt viele Arten von genetischen Markern, jeder mit besonderen Einschränkungen und Stärken. Innerhalb der genetischen Marker gibt es drei verschiedene Kategorien: "Marker der ersten Generation", "Marker der zweiten Generation" und "Marker der neuen Generation". Diese Markertypen können auch Dominanz und Co-Dominanz innerhalb des Genoms identifizieren. Die Identifizierung von Dominanz und Co-Dominanz mit einem Marker kann helfen, Heterozygote von Homozygoten innerhalb des Organismus zu identifizieren. Kodominante Marker sind vorteilhafter, da sie mehr als ein Allel identifizieren und es so jemandem ermöglichen, einem bestimmten Merkmal durch Kartierungstechniken zu folgen. Diese Marker ermöglichen die Amplifikation einer bestimmten Sequenz innerhalb des Genoms zum Vergleich und zur Analyse.

Molekulare Marker sind effektiv, weil sie eine Fülle von genetischen Verknüpfungen zwischen identifizierbaren Stellen innerhalb eines Chromosoms identifizieren und zur Überprüfung wiederholt werden können. Sie können kleine Veränderungen innerhalb der Kartierungspopulation identifizieren, was eine Unterscheidung zwischen einer Kartierungsart ermöglicht und eine Trennung von Merkmalen und Identität ermöglicht. Sie identifizieren bestimmte Stellen auf einem Chromosom und ermöglichen die Erstellung physischer Karten. Schließlich können sie feststellen, wie viele Allele ein Organismus für ein bestimmtes Merkmal (bi-allelisch oder polyallelisch) hat.

Liste der Markierungen Akronym
Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus RFLP
Zufällig amplifizierte polymorphe DNA RAPD
Amplifizierter Fragmentlängenpolymorphismus AFLP
Tandemwiederholung mit variabler Anzahl VNTR
Oligonukleotid-Polymorphismus OP
Einzelnukleotid-Polymorphismus SNP
Allelspezifische Assoziierte Primer so schnell wie möglich
Inverse Sequenz-getaggte Wiederholungen ISTR
Inter-Retrotransposon-amplifizierter Polymorphismus IRAP

Genomische Marker haben, wie erwähnt, besondere Stärken und Schwächen, daher ist eine Betrachtung und Kenntnis der Marker vor der Verwendung erforderlich. Beispielsweise ist ein RAPD-Marker dominant (er identifiziert nur eine Unterscheidungsbande) und kann auf reproduzierbare Ergebnisse empfindlich reagieren. Dies liegt in der Regel an den Bedingungen, unter denen es hergestellt wurde. RAPDs werden auch unter der Annahme verwendet, dass sich zwei Proben denselben Ort teilen, wenn eine Probe erzeugt wird. Unterschiedliche Marker können auch unterschiedliche Mengen an DNA erfordern. RAPDs benötigen möglicherweise nur 0,02 ug DNA, während ein RFLP-Marker möglicherweise 10 ug DNA benötigt, die daraus extrahiert wird, um identifizierbare Ergebnisse zu erzielen. Derzeit haben sich SNP-Marker als potenzielles Werkzeug in Züchtungsprogrammen bei mehreren Nutzpflanzen erwiesen.

Kartierung genetischer Marker

Die molekulare Kartierung hilft bei der Identifizierung der Position bestimmter Marker innerhalb des Genoms. Es gibt zwei Arten von Karten, die für die Analyse von genetischem Material erstellt werden können. Erstens ist eine physische Karte, die hilft, die Position auf einem Chromosom sowie das Chromosom zu identifizieren, auf dem Sie sich befinden. Zweitens gibt es eine Kopplungskarte, die identifiziert, wie bestimmte Gene mit anderen Genen auf einem Chromosom verbunden sind. Diese Verknüpfungskarte kann Entfernungen von anderen Genen unter Verwendung von (cM) CentiMorgans als Maßeinheit identifizieren. Kodominante Marker können bei der Kartierung verwendet werden, um bestimmte Stellen innerhalb eines Genoms zu identifizieren und können Unterschiede im Phänotyp darstellen. Die Verknüpfung von Markern kann dabei helfen, bestimmte Polymorphismen innerhalb des Genoms zu identifizieren. Diese Polymorphismen weisen auf leichte Veränderungen innerhalb des Genoms hin, die Nukleotidsubstitutionen oder eine Neuanordnung der Sequenz aufweisen können. Bei der Entwicklung einer Karte ist es von Vorteil, mehrere polymorphe Unterschiede zwischen zwei Arten zu identifizieren sowie ähnliche Sequenzen zwischen zwei Arten zu identifizieren. Das versteht man unter dem Begriff molekulare Marker

Anwendung in Pflanzenwissenschaften

Bei der Verwendung von molekularen Markern zur Untersuchung der Genetik einer bestimmten Kulturpflanze muss daran erinnert werden, dass Marker Einschränkungen unterliegen. Zunächst sollte beurteilt werden, wie groß die genetische Variabilität des untersuchten Organismus ist. Analysieren Sie, wie bestimmte genomische Sequenzen in der Nähe oder in Kandidatengenen identifizierbar sind. Karten können erstellt werden, um die Entfernungen zwischen den Genen und die Differenzierung zwischen den Arten zu bestimmen.

Genetische Marker können bei der Entwicklung neuer neuartiger Merkmale helfen, die in die Massenproduktion überführt werden können. Diese neuartigen Merkmale können mithilfe von molekularen Markern und Karten identifiziert werden. Bestimmte Merkmale wie die Farbe können durch nur wenige Gene gesteuert werden. Qualitative Merkmale (erfordert weniger als 2 Gene) wie Farbe, können mit MAS (marker assisted selection) identifiziert werden. Sobald ein gewünschter Marker gefunden ist, kann er innerhalb verschiedener Filialgenerationen verfolgt werden. Ein identifizierbarer Marker kann bei der Kreuzung zwischen verschiedenen Gattungen oder Arten helfen, bestimmte interessante Merkmale zu verfolgen, in der Hoffnung, bestimmte Merkmale auf Nachkommen zu übertragen.

Ein Beispiel für die Verwendung von molekularen Markern zur Identifizierung eines bestimmten Merkmals innerhalb einer Pflanze ist die Fusarium-Knochenfäule in Weizen. Fusarium-Knochenfäule kann eine verheerende Krankheit in Getreidekulturen sein, aber bestimmte Sorten oder Nachkommen oder Sorten können gegen die Krankheit resistent sein. Diese Resistenz wird von einem bestimmten Gen abgeleitet, das mit MAS (Marker Assisted Selection) und QTL (Quantitative Trait Loci) verfolgt werden kann. QTLs identifizieren bestimmte Varianten innerhalb von Phänotypen oder Merkmalen und identifizieren typischerweise, wo sich das GOI (Gene of Interest) befindet. Sobald die Kreuzung erfolgt ist, können Stichproben der Nachkommen entnommen und ausgewertet werden, um festzustellen, welche Nachkommen die Merkmale geerbt haben und welche nicht. Diese Art der Selektion wird für Züchter und Landwirte immer vorteilhafter, da sie die Menge an Pestiziden, Fungiziden und Insektiziden reduziert. Eine andere Möglichkeit, eine GOI einzufügen, ist die mechanische oder bakterielle Übertragung. Dies ist schwieriger, kann aber Zeit und Geld sparen.

Anwendungen von Markern in der Getreidezüchtung

  1. Bewertung der Variabilität genetischer Unterschiede und Merkmale innerhalb einer Art.
  2. Identifizierung und Fingerabdruck von Genotypen.
  3. Abschätzen von Entfernungen zwischen Arten und Nachkommen.
  4. Identifizieren des Standorts von QTLs.
  5. Identifizierung der DNA-Sequenz von nützlichen Kandidatengenen

Anwendung

Es hat 5 Anwendungen in der Fischerei und Aquakultur:

  1. Artenidentifikation
  2. Studie zur genetischen Variation und Populationsstruktur in natürlichen Populationen
  3. Vergleich zwischen Wild- und Brutpopulationen
  4. Bewertung des demografischen Engpasses in der natürlichen Bevölkerung
  5. Marker unterstützte Zucht

Biochemische Marker

Biochemische Marker sind im Allgemeinen die Proteinmarker. Diese basieren auf der Veränderung der Aminosäuresequenz in einem Proteinmolekül. Der wichtigste Proteinmarker ist Alloenzym . Alloenzyme sind Varianten eines Enzyms, die von verschiedenen Allelen am selben Ort kodiert werden, und diese Alloenzyme unterscheiden sich von Spezies zu Spezies. So werden zum Nachweis der Variation Alloenzyme verwendet. Diese Marker sind Typ-i-Marker.

Vorteile:

  • Co-dominante Marker.
  • Geringerer Preis.

Nachteile:

  • Vorherige Informationen anfordern.
  • Geringe Polymorphismusleistung.

Anwendungen:

  • Verknüpfungszuordnung.
  • Bevölkerungsstudien.

Siehe auch

  • Biomarker
  • Sie sind sehr nützlich, um die genetische Stabilität eines bestimmten Organismus zu kennen Biosignatur

Verweise