¿Cuál es el estándar para medir la diversidad genética de los cultivos?
1. Marcadores morfológicos
Los rasgos morfológicos polimórficos y altamente heredables son el primer tipo de marcadores genéticos utilizados en estudios de diversidad. La diversidad de estos rasgos también se llama diversidad fenotípica. La identificación de rasgos morfológicos generalmente no requiere equipos ni tecnología complejos, y el registro de rasgos morfológicos controlados por unos pocos genes es simple, rápido y económico. Por lo tanto, la diversidad fenotípica siempre ha sido un indicador importante para estudiar el origen y la evolución de los genes. cultivos. Especialmente después de la introducción de técnicas de análisis cuantitativo como el análisis multivariado y el índice de diversidad, el análisis de diversidad fenotípica se ha convertido en una herramienta importante en el estudio del origen y la evolución de los cultivos. Por ejemplo, Jain et al. (1975) analizaron la diversidad fenotípica de más de 3000 muestras de trigo duro y encontraron que Etiopía y Portugal tenían la mayor diversidad, seguidos por Italia, Hungría, Grecia, Polonia, Chipre, India, Túnez y material egipcio. , en general, tiene la mayor diversidad de trigo duro de la región mediterránea y de Etiopía, en consonancia con su centro de origen. Tolbert et al. (1979) realizaron un análisis de diversidad de más de 17.000 muestras de cebada y descubrieron que Etiopía no era un centro de diversidad para la cebada y no tenía un centro de diversidad claro para la cebada. Sin embargo, el análisis de la diversidad fenotípica también tiene algunas deficiencias, por ejemplo, hay menos marcadores morfológicos controlados por unos pocos genes, mientras que los marcadores morfológicos controlados por muchos genes tienden a tener una baja heredabilidad y existe una interacción entre el genotipo y el medio ambiente, lo que limita la amplitud. Aplicación de marcadores morfológicos.
2. Marcadores de metabolitos secundarios
Los pigmentos y otros metabolitos secundarios también son uno de los primeros marcadores genéticos utilizados. Los pigmentos son antocianinas y compuestos flavonoides que a menudo son altamente hereditarios y polimórficos dentro y entre especies y fueron ampliamente utilizados como marcadores genéticos en los años 1960 y 1970. Por ejemplo, Frost et al. (1975) estudiaron la diversidad de tipos de flavonoides en materiales de cebada y encontraron que los tipos A y B están ampliamente distribuidos, mientras que el tipo C sólo se distribuye en Etiopía. Su distribución de diversidad es muy consistente con los resultados de las isoenzimas. estudios consistentes. Sin embargo, como muchos otros rasgos, los pigmentos varían entre diferentes tejidos y órganos, y la interacción entre el genotipo y el entorno afectará su expresión cuantitativa. No son selectivamente neutrales y no pueden determinarse mediante modelos de locus/alelo, lo que limita su amplia aplicación. . En las décadas de 1970 y 1980, la tecnología de isoenzimas reemplazó a dichos marcadores y se utilizó ampliamente para estudiar la diversidad genética y el origen de los cultivos.
3. Marcadores de proteínas y marcadores de isoenzimas
El número de marcadores de proteínas y marcadores de isoenzimas es mucho mayor que los dos primeros, y pueden considerarse como un tipo de marcadores moleculares. Hay dos categorías principales de marcadores proteicos: marcadores serológicos y marcadores proteicos de semillas. Algunos marcadores isoenzimáticos también se consideran un tipo de marcadores proteicos.
En general, los marcadores serológicos son altamente hereditarios y la interacción entre el genotipo y el ambiente es pequeña, pero hasta el momento, sus propiedades genéticas no se conocen bien y es difícil determinar su homología, también es difícil de explicar. ellos usando el modelo locus/alelo. A lo largo de los años, debido a las dificultades de las pruebas con animales, ha habido cada vez menos ejemplos del uso de marcadores serológicos, aunque la técnica de inmunoensayo ligado a enzimas (ELISA) relacionada se ha utilizado en estudios filogenéticos (Esen y Hilu, 1989). , diversidad étnica del maíz Ha sido bien utilizado en estudios (Yakoleff et al., 1982) y sobre la diversidad de líneas endogámicas de maíz (Esen et al., 1989).
Las proteínas de las semillas (como la gliadina, la glutenina, la globulina, etc.) tienen un alto polimorfismo de marcador y heredabilidad y son un buen tipo de marcador. Las técnicas de detección incluyen cromatografía líquida de alta resolución, SDS-PAGE y electroforesis bidimensional. Los polimorfismos en las proteínas de las semillas pueden explicarse mediante loci/alelos de genes (*** dominante), pero la velocidad de detección de las proteínas de las semillas es más lenta que la de los marcadores de isoenzimas y los genes de las proteínas de las semillas suelen estar estrechamente relacionados. una perspectiva evolutiva (Stegemann y Pietsch, 1983).
Antes de la llegada de los marcadores moleculares de ADN, los marcadores de isoenzimas eran el tipo de marcadores genéticos más utilizado. Sus ventajas son un alto polimorfismo, dominancia absoluta, características genéticas de un solo gen, interacción mínima entre el genotipo y el medio ambiente, detección rápida y sencilla y amplia distribución, por lo que ha sido ampliamente utilizado en la investigación de la diversidad (Soltis y Soltis, 1989). Por ejemplo, Nevo et al. (1979) utilizaron isoenzimas para estudiar 1179 individuos de 28 poblaciones de cebada silvestre en diferentes zonas ecológicas de Israel y descubrieron que la cebada silvestre tiene abundantes variaciones de isoenzimas, y los tipos de variación están estrechamente relacionados con la correlación del clima y el suelo. , lo que sugiere que la selección natural fue importante en la evolución de la cebada silvestre. (Nakagahra et al. (1978) estudiaron 776 materiales de arroz asiático utilizando isoenzimas esterasas y encontraron que la frecuencia de cada isoenzima variaba en materiales de diferentes países, con tipos geográficos, incluidos Nepal, Bután, Assam, India, Myanmar, Vietnam y Yunnan. , China, donde el material es muy rico en tipos de zimogramas, se identifica como el centro de origen del arroz. Sin embargo, también debemos señalar algunas excepciones características como las isoenzimas nulas que se encuentran en los tomates, el trigo y el maíz, y las isoenzimas dominantes que se encuentran en el maíz. sorgo, isoenzimas explícitas que se encuentran en el maíz y los tomates y, en algunos casos, genotipos asociados con interacciones entre ambientes.
Sin embargo, los marcadores de proteínas también tienen varias desventajas, entre ellas (i) los fenotipos de las proteínas se ven afectados por el genotipo y el tipo de tejido. muestras, fertilidad, medio ambiente y modificaciones postraduccionales (ii) las etiquetas de proteínas solo involucran regiones codificantes, por lo que el número de etiquetas es pequeño, cubre un área genómica pequeña y no todas las proteínas se pueden detectar; no es neutral en la selección en muchos casos (iii) en muchos casos (iv) algunas proteínas son específicas de cada especie; (v) algunas mutaciones pueden no detectarse mediante técnicas estándar de análisis de proteínas. Estas deficiencias llevaron al lento desarrollo de marcadores de proteínas. Década de 1980. Lento para dar paso a los marcadores moleculares de ADN.
4. Marcadores citológicos
Los marcadores citológicos requieren un equipo de microscopía especial para detectarlos, pero el proceso de detección es relativamente simple y económico. Los principales marcadores citogenéticos utilizados son el número de cromosomas y las características morfológicas de los cromosomas. Además, el contenido de ADN también se puede estudiar (Price, 1988). El número de cromosomas es altamente heredable, pero varía en ciertos tejidos. posición del centrómero, conformación meiótica, constricciones secundarias y cromosomas B, que son buenos marcadores de diversidad (Dyer, 1979) junto con técnicas de tinción especiales como la tecnología de bandas C y bandas G, etc.) y la aplicación generalizada del ADN. Sin embargo, debido a la naturaleza aleatoria de la variación en el número de cromosomas y las características morfológicas, esta variación no se puede utilizar como modelo de locus/alélico y, por lo tanto, tiene pocas aplicaciones prácticas. En estudios de diversidad, hasta la fecha, el ejemplo más común de marcadores citológicos en estudios de variación es la detección de cambios en el número y la estructura de los cromosomas después del cultivo in vitro.
5. Marcadores moleculares de ADN
Desde la década de 1980. , la tecnología de marcadores moleculares de ADN se ha utilizado ampliamente en el estudio de la diversidad genética de las plantas y las relaciones genéticas. En comparación con otros tipos de marcadores, los marcadores moleculares de ADN son un tipo de marcador genético más ideal por las siguientes razones: la variación de la secuencia de nucleótidos generalmente es neutral en cuanto a la selección. , al menos para regiones no codificantes; ② Dado que la secuencia de ADN se detecta directamente, no hay genotipo ni variación ambiental en el marcador en sí. Interacción ③ Hay tres tipos de genomas en las células vegetales (genoma nuclear, genoma del cloroplasto y genoma mitocondrial; ), que se pueden analizar por separado utilizando marcadores moleculares de ADN.
En la actualidad, los marcadores moleculares de ADN se pueden dividir principalmente en las siguientes categorías, a saber, polimorfismo de longitud de fragmentos de restricción (RFLP), ADN polimórfico amplificado aleatorio (RAPD), polimorfismo de longitud de fragmentos amplificados (AFLP), microsatélite o repeticiones de secuencia simple llamadas (SSR) y polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). Cada uno de estos marcadores moleculares de ADN tiene ventajas y desventajas inherentes y su aplicación varía según la situación específica. Ha habido numerosos informes sobre la aplicación de marcadores moleculares de ADN en el estudio de la diversidad genética.