微衛(wèi)星（Microsatellite，MS）又稱短串聯(lián)重復（Short Tandem Repeats，STR）或簡單序列重復（Simple Sequnce Repeat，SSR），是指基因組中以少數(shù)幾個核苷酸（多數(shù)為2-4個）為單位多次串聯(lián)重復組成的長達幾十個核苷酸的序列。其中最常見的是雙核苷酸重復，如（AC）n、（TG）n等，微衛(wèi)星DNA廣泛分布在真核生物的基因組中，大約每隔10-550kb就存在一個微衛(wèi)星。微衛(wèi)星DNA由于具有特異性的PCR擴增、多態(tài)信息容量（PIC）高、引物通用性好、突變率高、共顯性等特點，已經(jīng)被廣泛應用。

 

 

微衛(wèi)星DNA具有豐富的多態(tài)性，主要表現(xiàn)在核苷酸重復單位數(shù)目的多態(tài)性和重復序列中核苷酸的替換多態(tài)性。一般認為，一個微衛(wèi)星DNA核心序列重復數(shù)目越高，其等位基因數(shù)目也就越多，多態(tài)性就越豐富。微衛(wèi)星DNA遵循孟德爾遺傳規(guī)律，能夠穩(wěn)定地從上一代傳給下一代，且等位基因間呈現(xiàn)共顯性遺傳。除此以外，微衛(wèi)星標記還具有DNA用量少、反應速度快、操作簡易、結(jié)果重復性好等特點。

根據(jù)重復結(jié)構(gòu)的不同可將微衛(wèi)星DNA分為3類：完全重復型（perfect），單一序列單元無中斷或無顛倒；不完全重復型（imperfect），單一序列單元有中斷或有顛倒；混合型（compound），多個序列中單位有或無中斷和有或無顛倒的混合。一般說來，微衛(wèi)星DNA的重復序列兩側(cè)都有物種特異性的保守序列，所以，通過設計引物對基因組DNA進行PCR擴增、瓊脂糖凝膠電泳（或聚丙烯酰胺凝膠電泳）和放射自顯影（或銀染），就可以檢測到在簡單重復序列重復單位數(shù)不同的DNA區(qū)域的多態(tài)性，這就是微衛(wèi)星DNA分子標記。

 

 

微衛(wèi)星在基因組中是均勻分布的。Winter 等人的研究表明, 除著絲粒及端粒區(qū)域外, 染色體的其他區(qū)域均廣泛分布有微衛(wèi)星位點。Litt 和Luty以及Weber 和May各自用熱穩(wěn)定Tag 酶的PCR 方法證明, 微衛(wèi)星具有豐富的多態(tài)性。用微衛(wèi)星作為遺傳標記與其他DNA分子標記(包括RFLP、RAPD 和小衛(wèi)星DNA等) 相比具有以下優(yōu)點。

由于微衛(wèi)星位點的等位基因數(shù)相當多，因而雜合程度高，多態(tài)信息含量（PIC）大，在區(qū)分親緣關系極近的個體（群體）時的效率比PFLP高。

由于小衛(wèi)星的等位基因一般比較大，在PCR擴增時有一定局限性。而使用微衛(wèi)星進行PCR擴增，其使用樣品數(shù)量少。另外，由于微衛(wèi)星序列較短，即使降解的DNA也有可能包含足夠用來擴增的微衛(wèi)星位點，這一特點使那些保存差的樣品也可能成為有價值的研究材料。

微衛(wèi)星DNA所在區(qū)域在生物的基因組中是比較保守的，某一物種的微衛(wèi)星引物可在相關密切的物種中使用，這使得減少獲取微衛(wèi)星的工作量和加快比較基因組作圖的工作進度成為可能。

微衛(wèi)星DNA呈孟德爾共顯性遺傳模式，可以區(qū)別純合顯性個體和雜合顯性個體，這為遺傳研究提供了更多的可供分析的信息。

多數(shù)SSR無功能作用，增加或減少幾個重復序列的頻率高，因而在品種間具有廣泛位點變異，比RFLP及RAPD分子標記更具有多態(tài)性。

微衛(wèi)星的突變率很高，從而產(chǎn)生了很多等位基因，這就導致了微衛(wèi)星的高度多態(tài)性，一般認為，微衛(wèi)星豐富的多態(tài)性是微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（microsatellite instability，MI）的表現(xiàn)。微衛(wèi)星的突變速率在不同物種以及同一物種的不同位點甚至在同一位點的不同等位基因間都存在著很大的差異。在哺乳動物中，大多數(shù)的微衛(wèi)星的突變率估計為每世代10^-6-10^-2人類家系的微衛(wèi)星平均突變速率為10-⁴；黑腹果蠅受控雌性系中的突變率為每個位點10^-6左右。當微衛(wèi)星被表達在缺乏有效錯配修復系統(tǒng)的寄主中時，其不穩(wěn)定性要比正常時高（5-10）×10³左右。

微衛(wèi)星突變的遺傳學機制現(xiàn)在尚不清楚，目前大多認為微衛(wèi)星的不穩(wěn)定性或者與DNA重組過程中的不等交換有關，或者與DNA復制過程中的“滑鏈錯配”有關。

Johnson和Pupko等認為，兩條染色體間的DNA重組過程中發(fā)生的不等交換以及基因轉(zhuǎn)換可能是引起微衛(wèi)星多態(tài)性產(chǎn)生的主要原因。而Levinson等認為在DNA復制合成的過程中，發(fā)生了局部解鏈，有微衛(wèi)星存在的區(qū)域新生鏈和模板鏈相對滑動，產(chǎn)生錯配，使得一個或者幾個重復單位形成環(huán)狀未能參與配對，從而導致了微衛(wèi)星多態(tài)性的產(chǎn)生。

 

 

微衛(wèi)星DNA 作為遺傳標記具有很大的優(yōu)越性。近年來隨著研究的不斷深入,對微衛(wèi)星標記的研究不僅具有重要的理論意義, 而且還具有較好的應用前景。

在自然界中,生物個體表現(xiàn)出來的各種遺傳變異,在本質(zhì)上就是DNA 的差異,因此通過研究DNA的變異來分析群體的遺傳結(jié)構(gòu)及遺傳多樣性更為直接。微衛(wèi)星其重復單位數(shù)量可能不完全相同,因而形成多態(tài)性,即SSR 分子標記,這可能是由于有絲分裂過程中同源微衛(wèi)星間的不等交換或復制過程“鏈滑”(strand slippage) 作用造成的。微衛(wèi)星多態(tài)性反映著物種的進化歷史,共有的等位基因在該物種基因組中最為古老、保守。與蛋白質(zhì)標記技術相比較,利用微衛(wèi)星標記估計的群體遺傳雜合度和遺傳距離明顯優(yōu)于蛋白質(zhì)多態(tài)性標記,而且在分析遺傳關系較近的種群和品種時,微衛(wèi)星標記比蛋白質(zhì)標記具有更為準確的數(shù)值。

Powell 等指出微衛(wèi)星比其他分子標記如RFLP、RAPD、AFLP 更能揭示遺傳多樣性。Scott 等根據(jù)從5000個葡萄表達序列標簽( ESTS) 中分離的124 個微衛(wèi)星而設計的16 對SSR 引物,對7 個葡萄資源進行分析。結(jié)果證明: 在3’非翻譯區(qū)(3’U TR) 分離的微衛(wèi)星在品種間具有較高的多態(tài)性;在5’非翻譯區(qū)(5’U TR) 分離的微衛(wèi)星在種和品種間具有較高的多態(tài)性；而在編碼區(qū)分離的微衛(wèi)星在種和屬間具有較高多態(tài)性。Fahima 等的實驗證實,單子葉植物大麥及雙子葉植物鷹嘴豆也存在串聯(lián)排列( GTAT) n和簡單重復序列( GACA) n ,而且顯示出高度多態(tài)性。Plaschke 等用23 個SSR 標記對40 份歐洲小麥品種進行檢測,共發(fā)現(xiàn)142 個SSR多態(tài)性位點,平均每個SSR 標記能檢測到6.2 個多態(tài)性位點。郭小平等用137 對有擴增產(chǎn)物的引物對2 個玉米自交系B14 和B96 進行分析,發(fā)現(xiàn)有67 對引物顯示多態(tài)性,反映了這2 個自交系在遺傳物質(zhì)上的差異。楊官品等用一個多拷貝微衛(wèi)星DNA 標記分析了238 份栽培水稻的遺傳多樣性及遺傳多樣性從農(nóng)家品種到現(xiàn)栽培品種的動態(tài)變化,共檢測出16 種長度變異類型和32種表現(xiàn)型,表現(xiàn)了較高的多態(tài)性。Turuspekov Y等用微衛(wèi)星引物分析了代表日本主要栽培地區(qū)的18 種大麥品種的遺傳多樣性,Shannon信息含量最高的是Kanto 地區(qū),為0.524；而含量最低的是Tohoku 地區(qū),為0.264。遺傳距離從Tohoku 和Tozan 地區(qū)的0.105 到Shikoku 和Kyushu 地區(qū)的0.88 。通過聚類分析表明,同一地區(qū)栽培的品種大都歸為一類,這反應了大麥在日本在栽培不但受歷史親緣關系的影響,同時也有地理和環(huán)境因素的影響。Tanya P 等用SSR 對5 個韓國大豆品種、8 個泰國大豆品種和3 個野生大豆進行了遺傳多樣性分析。

由于微衛(wèi)星重復單位數(shù)量多，重復單位片段短，且重復程度不一樣，同一類微衛(wèi)星可分布在整個基因組的不同位置上，可將隨機PCR標記沿著染色體錨定在已知位置，因而可以用作功能基因定位。由于微衛(wèi)星標記來源于基因本身的序列，因而通過對微衛(wèi)星標記的定位，也就相應地定位了其來源基因。Beckmman和Soller 認為, 多態(tài)的簽條微衛(wèi)星( Sequence - tagged Microsatellite site ,STMS) 對基因定位提供了有效的標記。

遺傳連鎖圖譜是利用遺傳標記進行連鎖分析來反應遺傳標記之間的相對關系�，F(xiàn)在使用最廣泛的是微衛(wèi)星標記。其基本原理是：以微衛(wèi)星位點為基礎，在基因組中每隔一定距離找一個多態(tài)性的微衛(wèi)星標記，當這些標記達到足夠的飽和度（約每隔10-20cm一個，并覆蓋90%的基因組）后，則可借助微衛(wèi)星標記找到基因組中的任何功能基因和QTL，并進行連鎖分析，從而確定QTL在圖譜的位置、與標記之間的遺傳距離和QTL的表型效應。Akkaga等將121個微衛(wèi)星標記整合到水稻四個群體的RFLP框架圖上，平均每16-20cm就有一個微衛(wèi)星標記。擬南芥、水稻、番茄、土豆和玉米在遺傳圖譜上1cm分別相當于物理距離的150kb、300kb、500kb、1000kb和1500kb。相信隨著分子遺傳標記技術尤其是微衛(wèi)星技術的進一步完善,對于構(gòu)建基因文庫將會起到進一步的推動作用。

基因組中各微衛(wèi)星位點除重復數(shù)不同外，其堿基組成和結(jié)構(gòu)是相似的，因此可以以微衛(wèi)星的核心序列如（AC）n、（TG）n等作為多位點探針，在基因組中同時檢測多個位點。由于不同個體、品種（系）或群體在被檢測位點上存在一定的差異，通過電泳及雜交，這些差異將表現(xiàn)為雜交帶的有無，即產(chǎn)生微衛(wèi)星DNA指紋圖。B.Beyerman等通過DNA指紋印跡技術，利用簡單重復序列（GATA）₁和（GTG）₅作探針，證實了大麥和甜菜DNA指紋印跡區(qū)帶的顯著差異。

3.5 用于種質(zhì)鑒定和品種分類

由于微衛(wèi)星座位的復等位性，使它易于鑒別同一物種的不同基因型。Guilford等利用（GA）₁₅（GT）₁₅作為探針篩選蘋果基因組文庫，證明了這些重復序列的多態(tài)性，并且利用3個微衛(wèi)星標記就能足以區(qū)分21個蘋果品種。Akagi等利用高度多變的含（AT）n的17個微衛(wèi)星標記，成功地區(qū)分了59個親緣關系極近的粳稻品種。Aranzana MJ用SSR對100個桃品種進行分析，用7個多態(tài)性微衛(wèi)星位點得到32個等位基因，可區(qū)分78個不同的基因型。

微衛(wèi)星標記應用于標記輔助選擇具有很大的潛力，它改變了從表型值推斷基因型值的選擇過程。分子標記輔助選擇相對于傳統(tǒng)的表型選擇來說，可以獲得更大的遺傳進展，尤其對于低遺傳力性狀、限制性狀和后期表達的性狀，能增大選擇強度，縮短世代間隔，提高選擇的準確性。Zhang等利用微衛(wèi)星標記來預測產(chǎn)量和估計雜種優(yōu)勢。