卫星DNA

卫星DNA(satelliteDNA)是一类高度重复序列DNA在介质氯化铯中作密度梯度离心，离心速度可以高达每分钟几万转；此时DNA分子将按其大小分布在离心管内不同密度的氯化铯介质中，小的分子处于上层，大的分子处于下层；从离心管外看，不同层面的DNA形成了不同的条带。根据荧光强度的分析，可以看到在一条主带以外还有一个或多个小的卫星带。这些在卫星带中的DNA即被称为卫星DNA，这种DNA的GC含量一般少于主带中的DNA，浮力密度也低。

A按其浮力密度的大小可以分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其浮力密度分别是1．687，1．693，1．697和1．700g／cm3。各类卫星DNA都是由各种不同的重复序列家族所组成。卫星DNA通常是串联重复序列。卫星DNA按其重复单元的核苷酸的多少，可以分为两类。一类是小卫星DNA(minisatelliteDNA)，由几百个核苷酸对的单元重复组成。另一类是微卫星DNA(microsatelliteDNA)，由2个到20个左右的核苷酸对的单元重复成百上千次所组成。卫星DNAI家族由42bp的单元组成，其中17bp(ACATAAAATATAAAGT)为可变区，25bp(ACCCAAAAAGTTATTATATACTGT)为重复单元。卫星DNAⅡ家族是保守性差的ATTCC重复。卫星DNAⅢ是较保守的ATTCC重复，且与10bp的序列(ATCGGGTTG)相间分布。卫星DNA还有另一些分类的名称，如α卫星DNA是灵长类特有的单元为171bp的高度重复序列，最初是在非洲青猴基因组中发现，现在已确定分布在人染色体的着丝粒区。β卫星DNA家族是单元为68bp的串联重复序列，富含GC。γ卫星DNA是220bp的串联重复。第Ⅳ类卫星DNA称为隐藏的卫星DNA(cryptilsatellite)。这是包含了多种串联重复序列的DNA分子，离心时并不像卫星DNA那样也分开，但它的属性却类似卫星DNA。卫星DNA位于有重要功能的真核染色体的着丝粒和端粒上。

卫星DNA标记(microsatelliteDNA)是近十多年发展起来的一种新型的分子遗传标记。它具有数量大、分布广且均匀、多态信息含量高、检测快速方便等特点，目前被广泛应用于动、植物基因定位、连锁分析、血缘关系鉴定、遗传多样性评估、系统发生树构建、标记辅助选择等方面。

微卫星DNA又称短串联重复序列(shorttandemrepeat,STR)或简单重复序列(simplesequencerepeats,SSR)，广泛随机地分布于真核生物基因组中，在DNA序列中平均每6kb就可能出现一个，约占人基因组的10%，其基本构成单位(核心序列)为1-6bp，呈串联重复排列而成。按核心序列碱基数不同可分别称为单二、三、四、五或六核苷酸，碱基组成分别有2(A/T，C/G)，4(AC/TG，AG/TC，AT/TA，CG/GC)10，102和350种。人类基因组中以(CA/GT)n，简称(CA)n重复序列最多，总共约有5×104-105个，即平均每6-60kbDNA就存在一个(CA)n，重复次数约15~16次；相应地，大鼠平均为18kb，小鼠平均为16kb，绵羊平均65kb(Crawford等，1995)。与其它DNA多态标记一样，微卫星DNA呈孟德尔共显性方式遗传(Winter,1992)。

Weber(1990)按照重复结构的不同，把微卫星标记分为完全重复型(perfect)、不完全重复型(imperfect)和复合型(compound)三种。完全重复型指由不中断的重复单位构成的微卫星；不完全重复型指重复单位中间有3个以下的非重复碱基，且其两端不中断的部分重复数大于3;复合型指微卫星两端或两类以上的串联重复单位由不多于3个连续的非重复碱基分隔开，但各不中断的重复单位的重复数大于或等于5。

关于卫星的产生机理，多数学者认为是DNA复制和修复过程中的滑动错配或染色体减数分裂时姊妹染色单体不均等交换的结果(Tachida等，1992;Tautz等，1984)，微卫星在基因组中的功能尚不清楚，已发现微卫星能参与遗传物质的结构改变，基因调控及细胞分化等过程，有自身特异结合蛋白，尚能直接编码蛋白质，是一种非常活跃的碱基序列，微卫星核心序列是高度保守的，它与希氏大肠杆菌的Chi序列相似，揭示微卫星核心序列可能是与重组有关的蛋白质连接位点。微卫星可直接编码蛋白质，如脆性X综合症基因内(CGG)n串联重复，编码30个精氨酸；(CAG)n是人类基因库DNA序列外显子中发现最多的一种。另外，微卫星在促进染色体凝集，维持染色体结构等方面也有作用，可参与染色体折叠、染色体端粒形成等。(CA/GT)n、(GATA)n可能与致育性、性别分化、X染色体失活有关。

卫星DNA具有多态性和保守性，卫星位点由微卫星的核心序列与其两侧的侧翼序列构成，侧翼序列使某一卫星特异地定位于染色体的某一部位，而卫星本身的重复单位变异则是形成微卫星多态性的基础。在某一个体基因组中两条同源染色体的相对(侧翼序列相同)位置上如两侧翼序列间所包含的卫星重复单位数相同与不同，则分别表现为纯合基因型和杂合基因型。卫星DNA的保守性表现在哺乳动物之间，特别是一些紧密相关的物种如牛与羊、马属动物之间以及鸡与火鸡之间具有一定程度的保守性。Moore等(1995)用牛的卫星引物分别在羊、马及人的基因组中进行扩增发现，在羊中56%的引物可扩增出特异产物，其中42%的扩增产物表现出多态性；而在马及人中未扩增出多态产物。Levin等(1995)用48个鸡微卫星位点的引物，以火鸡的基因组DNA进行扩增发现：92%的引物可扩增出产物，33%的扩增产物经鉴定是与鸡同样的微卫星，其中28%的产物表现出多态性。由于卫星DNA引物在物种间的通用性，使得物种如牛、绵羊、山羊之间引物的互用成为可能。Gortari等(1997)研究表明；58%的牛引物可以在绵羊中扩增出特异产物且40%的扩增产物表现出多态性。Vaiman等(1996)的研究同样表明34%的牛引物以及绵羊引物在山羊中呈多态且其发表的第一个公山羊遗传图谱中的219卫星标记中，有45个来自绵羊卫星，164个来自牛卫星。Schibler等(1998)在人的遗传图谱中寻找到了43个牛和绵羊的卫星及34个山羊卫星。许多研究结果表明反刍动物中的牛、绵羊和山羊3个物种在染色体水平上具有高度的相关性，因此，可用牛的卫星标记引物来构建绵羊或山羊的遗传基因图谱。

卫星DNAPCR扩增的高度灵敏性、高度特异性使得微卫星的检测十分方便而且准确。传统的方法是将PCR产物在非变性或变性聚丙烯酰胺凝胶中电泳进行基因分型。对于荧光素、同位素或生物标记的引物，可以采用其相应的显示方法，而对不带标记的引物可以银染后观察结果。荧光标记自动测序技术的发展使得微卫星DNA的基因分型变得快速、准确，从而大大地提高了微卫星标记分型效率和准确率，同时节约了实验成本和时间，使得应用微卫星进行了大规模基因组扫描成为可能。

卫星DNA具有很多优点，然而如何获得所需要的卫星位点，一般有以下两种方法：一种是利用卫星位点的保守性，从卫星数据库中搜索出某物种已知卫星引物，然后以相近物种的基因组总DNA为模板，用已知引物进行扩增并进行多态性分析，再对特异扩增产物进行测序，从而获得适合另一物种的高度多态的微卫星位点。另一种方法则是直接从基因组文库中筛选卫星位点。近年来，“随机扩增卫星DNA多态性”法和借助染色体显微切割等手段使得新卫星位点的发现效率更高，更为简单。

卫星标记应用遗传多样性的分析与评估，生物个体表现出的各种遗传变异，在本质上就是DNA的差异，因此通过研究DNA的变异来分析群体的遗传结构及遗传多样性则更为直接，Arranz等(1996)对牛的卫星和蛋白质标记的比较研究发现卫星标记比蛋白质标记具有更加丰富的多态性，且其两者所得到的系统发生树基本上是一致的。这些都说明，卫星在研究亲缘关系较近的群体遗传关系时是较优越的标记之一。van-zeveren等(1995)利用7个卫星标记对4个比利时猪种进行了研究，通过等位基因频率、多态信息含量(PIC)、遗传杂合度、有效等位基因数及品种内个体相似概率等5个指标的比较，得出了品种内的遗传差异和遗传关系。Li等(2000)用卫星方法对中国七个地方猪种遗传多样性的研究表明，中国地方猪种的遗传多样性高于外来品种，七个品种的聚类与它们的地理分化时间大致吻合。MacHugh等(1996，1997，1998)借助20个卫星标记对7个欧洲牛品种，6个非洲牛品种和4个亚洲牛品种的遗传结构进行检测，分析了各个牛品种内的遗传变异及品种间的遗传关系，并对来自三大洲的普通牛和瘤牛起源，驯化和系统发生关系做好了深入探讨。Zhou等(1999)对23个高度近交系鸡的42个卫星位点进行了分析，绘制了系统发生树，结果表明卫星在遗传多样性的研究上是准确可靠的。Morin等(1994)用人源卫星位点来检查自由生活状态下的黑猩猩种群的亲缘关系、社会结构和子关系，使其得以验证种群内关于亲缘关系的假说。

体细胞克隆：可以把某一个体的遗传物质完整地传递下去，因而它对于保存并传播优良个体和珍稀濒危动物的基因组具有重大意义。确定异种重构胚的核是否来自于供体的核就显得异常关键。中国科学院昆明动物研究所丁波、张亚平等人建立了一种从早期囊胚中提取DNA以进行核内和核外DNA分析的方法。用这种方法从异种克隆大熊猫重构胚中提取总DNA，以大熊猫特异的卫星DNA引物成功地扩增出了卫星座位g010。PCR产物双向测序表明，2个重构胚与大熊猫供体对照序列完全一致。结果证明该异种大熊猫重构胚的核的确来自大熊猫供体细胞核。

无毛鼹鼠交配：卫星DNA它是由2-6bp重复单位构成的DNA序列，通常多态性片段长度在100-300bp。以人类基因组为例，平均每15-20kb就存在1个STR座位，据此估计整个人类基因组中大约有50,000-100,000个STR位点。由于微卫星DNA具有高度的多态性和遗传稳定性，所以非常适合作为遗传学DNA分子标记，目前STR分析已广泛应用于遗传制图、连锁性分析、亲子鉴定、疾病基因定位和物种多态性研究等诸多领域。

Ingram认为无毛鼹鼠是一个任意交配的群体，造成一个个体的DNA标记microsatellites来源广泛，而不是像人类那样，只能从父亲和母亲那儿获得两套系统。通过寻找在这个传代的过程中无毛鼹鼠社会结构与模式的变化，Ingram发现经过一代又一代的繁衍，无毛鼹鼠越来越多的“兄弟姐妹”，以至于它们之间的相似度比它们与父母之间的相似度更大，因此也就越趋向于社会生活，并且秉承由上代传下来的习俗共同生活。而且Ingram得出结论认为某种动物种类越少，其基因池（genepool）也越小。通过这一研究，不仅了解了无毛鼹鼠的生活习惯与规律，而且为人类控制有害物种十分有利。

亲子鉴定：1、亲子关系确认：当肯定子代某个标记基因来自生父，而假设父亲也带有这个基因的情况下，则不能排除它是该子代的生父，这一结论主要是根据实验结果来进行分析。当得到父代和子代的微卫星位点扩增电泳图后，可以根据各个个体间实验结果的相似程度来确定它们之间的关系。更方便的方法是用扫描仪对电泳图扫描，获得各位点的检测峰值图，峰值曲线一样的个体可以判定存在父子关系，并可估计出它是该子代生父的可能性大小。
2、亲子关系的排除：利用微卫星位点的多态性，以微卫星位点在一定群体中各等位基因频率为基础，用排除亲子关系概率来表示对假设父亲的排除可能性大小，同时也表示了该标记在亲子鉴定中的能力，这个概率取决于群体中该标记基因型及其频率的大小。

染色体

碱基

组蛋白

核小体

多顺反子