AbstractDuring the last few decades

Abstract

During the last few decades, the use of molecular markers, revealing polymorphism at the DNA level, has been playing an increasing part in plant biotechnology and their genetics studies. There are different types of markers viz. morphological, biochemical and DNA based molecular markers. These DNA based markers are differentiates in two types first non PCR based (RFLP) and second is PCR based markers (RAPD, AFLP, SSR, SNP etc.), amongst others, the microsatellite DNA marker has been the most widely used, due to its easy use by simple PCR, followed by a denaturing gel electrophoresis for allele size determination, and to the high degree of information provided by its large number of alleles per locus. Despite this, a new marker type, named SNP, for Single Nucleotide Polymorphism, is now on the scene and has gained high popularity, even though it is only a bi-allelic type of marker. Day by day development of such new and specific types of markers makes their importance in understanding the genomic variability and the diversity between the same as well as different species of the plants. In this review, we will discuss about the biochemical and molecular markers their Advantages, disadvantages and the applications of the marker in comparison with other markers types.

Keywords: Molecular markers; plant biotechnology; genetic diversity; polymorphism; isozymes; polymerase chain reactions (PCR).

Introduction


In current scenario, the DNA markers become the marker of choice for the study of crop genetic diversity has become routine, to revolutionized the plant biotechnology. Increasingly, techniques are being developed to more precisely, quickly and cheaply assess genetic variation. In this reviews basic qualities of molecular markers, their characteristics, the advantages and disadvantages of their applications, and analytical techniques, and provides some examples of their use. There is no single molecular approach for many of the problems facing

gene bank managers, and many techniques complement each other. However, some techniques are clearly more appropriate than others for some specific applications like wise crop diversity and taxonomy studies. Our goal is to update DNA marker based techniques from this review, to conclude DNA markers and their application and provide base platform information to the researchers working in the area to be more efficiently expertise. Due to the rapid developments in the field of molecular genetics, varieties of different techniques have emerged to





analyze genetic variation during the last few decayed. These genetic markers may differ with respect to important features, such as genomic abundance, level of polymorphism detected, locus specificity, reproducibility, technical requirements and financial investment. No marker is superior to all others for a wide range of applications. The most appropriate genetic marker has depend on the specific application, the presumed level of polymorphism, the presence of sufficient technical facilities and know- how, time constraints and financial limitations. The classification main marker technologies that have been widely applied during the last decades are summarized in Table-1.
A. Biochemical Marker - Allozymes (Isozyme) Introduction: Isozymes analysis has been used for
over 60 years for various research purposes in biology, viz. to delineate phylogenetic relationships, to estimate genetic variability and taxonomy, to study population genetics and developmental biology, to characterization in plant genetic resources management and plant breeding (Bretting & Widrlechner 1995, Staub & Serquen 1996). Isozymes were defined as structurally different molecular forms of an enzyme with, qualitatively, the same catalytic function. Isozymes originate through amino acid alterations, which cause changes in net charge, or the spatial structure (conformation) of the enzyme molecules and also, therefore, their electrophoretic mobility. After specific staining the isozyme profile of individual samples can be observed (Hadačová & Ondřej 1972, Vallejos 1983, Soltis & Soltis 1989).
Allozymes are allelic variants of enzymes encoded by structural genes. Enzymes are proteins consisting of amino acids, some of which are electrically charged. As a result, enzymes have a net electric charge, depending on the stretch of amino acids comprising the protein. When a mutation in the DNA results in an amino acid being replaced, the net electric charge of the protein may be modified, and the overall shape (conformation) of the molecule can change. Because of changes in electric charge and conformation can affect the migration rate of proteins in an electric field, allelic variation can be detected by gel electrophoresis and subsequent enzyme-specific stains that contain substrate for the enzyme, cofactors and an oxidized salt (e.g. nitro-blue tetrazolium). Usually two, or sometimes even more loci can be distinguished for an enzyme and these are termed

isoloci. Therefore, allozyme variation is often also referred to as isozyme variation (Kephart 1990, May
1992) isozymes have been proven to be reliable genetic markers in breeding and genetic studies of plant species (Heinz, 1987), due to their consistency in their expression, irrespective of environmental factors.

Advantages: The strength of allozymes is simplicity. Because allozyme analysis does not require DNA extraction or the availability of sequence information, primers or probes, they are quick and easy to use. Some species, however, can require considerable optimization of techniques for certain enzymes. Simple analytical procedures, allow some allozymes to be applied at relatively low costs, depending on the enzyme staining reagents used. Isoenzyme markers are the oldest among the molecular markers. Isozymes markers have been successfully used in several crop improvement programmes (Vallejos
1983, Glaszmann et al. 1989, Baes & Custsem 1993). Allozymes are codominant markers that have high reproducibility. Zymograms (the banding pattern of isozymes) can be readily interpreted in terms of loci and alleles, or they may require segregation analysis of progeny of known parental crosses for interpretation. Sometimes, however, zymograms present complex banding profiles arising from polyploidy or duplicated genes and the formation of intergenic heterodimers, which may complicate interpretation.

Kết quả (Việt) 1:

Tóm tắtTrong vài thập kỷ qua, việc sử dụng của các dấu hiệu phân tử, tiết lộ các đa hình ở mức DNA, đã chơi một phần ngày càng tăng trong công nghệ sinh học thực vật và các nghiên cứu di truyền học. Có những loại khác nhau của các dấu hiệu viz. hình thái học, hóa sinh và DNA Dựa phân tử đánh dấu. Các dấu hiệu DNA Dựa là sự khác biệt giữa hai loại đầu tiên không PCR dựa (RFLP) và thứ hai là Đảng Cộng sản Romania dựa đánh dấu (RAPD, GENET, SSR, SNP vv), trong số những người khác, đánh dấu DNA microsatellite đã là sử dụng rộng rãi nhất, do của nó dễ dàng sử dụng bởi Đảng Cộng sản Romania đơn giản, theo sau là một denaturing gel điện allele kích thước xác định, và đến mức độ cao của thông tin cung cấp bởi số lượng lớn của alen một locus. Mặc dù vậy, một loại đánh dấu mới, đặt tên theo SNP, đơn Nucleotide đa hình, bây giờ là trong bối cảnh và đã trở nên phổ biến cao, mặc dù nó chỉ là một loại bi allelic của đánh dấu. Ngày phát triển của các loại mới và cụ thể của các dấu hiệu làm cho tầm quan trọng của họ trong sự hiểu biết biến đổi gen và sự đa dạng giữa các loài tương tự cũng như khác nhau của các nhà máy. Trong này xem xét, chúng tôi sẽ thảo luận về các dấu hiệu sinh hóa và phân tử lợi thế của họ, bất lợi và các ứng dụng của đánh dấu khi so sánh với các loại dấu hiệu.Từ khoá: Dấu hiệu phân tử; công nghệ sinh học thực vật; đa dạng di truyền; đa hình; isozymes; phản ứng chuỗi polymerase (PCR).Giới thiệu Trong trường hợp hiện nay, các dấu hiệu DNA trở thành dấu hiệu của sự lựa chọn cho nghiên cứu đa dạng di truyền cây trồng đã trở thành thói quen, để cách mạng hóa công nghệ sinh học thực vật. Ngày càng nhiều, kỹ thuật đang được phát triển để thêm chính xác, một cách nhanh chóng và rẻ đánh giá biến thể di truyền. Trong đánh giá các phẩm chất cơ bản của phân tử đánh dấu, đặc điểm của họ, lợi thế và bất lợi của các ứng dụng, và phân tích kỹ thuật, và cung cấp một số ví dụ về sử dụng của họ. Có là không có phương pháp phân tử duy nhất cho nhiều người trong số những vấn đề phải đối mặt với gen ngân hàng quản lý, và nhiều kỹ thuật bổ sung cho nhau. Tuy nhiên, một số kỹ thuật rõ ràng hơn thích hợp hơn những người khác cho một số ứng dụng cụ thể như các nghiên cứu đa dạng và phân loại cây trồng khôn ngoan. Mục tiêu của chúng tôi là để Cập Nhật đánh dấu DNA Dựa trên kỹ thuật từ nhận xét này, kết luận DNA đánh dấu và ứng dụng của họ và cung cấp cơ sở nền tảng thông tin cho các nhà nghiên cứu làm việc trong khu vực để là hiệu quả hơn chuyên môn. Do sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực di truyền học phân tử, loại kỹ thuật khác nhau đã xuất hiện để phân tích các biến thể di truyền trong cuối ít bị hư hỏng. Các dấu hiệu di truyền có thể khác nhau đối với tính năng quan trọng, chẳng hạn như gen phong phú, mức độ đa hình phát hiện, locus đặc trưng, reproducibility, yêu cầu kỹ thuật và đầu tư tài chính. Không có đánh dấu là vượt trội so với tất cả những người khác cho một loạt các ứng dụng. Đánh dấu di truyền phù hợp nhất có phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể, mức độ giả của đa hình, sự hiện diện của các cơ sở kỹ thuật đầy đủ và biết-như thế nào, thời gian hạn chế và tài chính hạn chế. Các công nghệ chính đánh dấu phân loại đã được áp dụng rộng rãi trong những thập kỷ cuối cùng được tóm tắt trong bảng 1.A. sinh hóa đánh dấu - Allozymes (Isozyme) giới thiệu: Isozymes phân tích đã được sử dụng chohơn 60 năm cho nhiều mục đích nghiên cứu trong sinh học, viz. để phân định mối quan hệ phát sinh loài, với ước tính biến đổi di truyền và phân loại, để nghiên cứu di truyền học dân số và sinh học phát triển, để các đặc tính trong quản lý tài nguyên di truyền cây trồng và cây trồng chăn nuôi (Bretting & Widrlechner 1995, nhân & Serquen năm 1996). Isozymes đã được định nghĩa như là hình thức khác nhau về cấu trúc phân tử của một loại enzyme với, chất lượng, cùng chức năng xúc tác. Isozymes có nguồn gốc thông qua thay đổi axit amin, gây ra những thay đổi trong phí net, hoặc cấu trúc không gian (conformation) của các phân tử enzym và ngoài ra, do đó, là của tính di động electrophoretic. Sau khi nhuộm cụ thể cấu hình isozyme của cá nhân mẫu có thể được quan sát thấy (Hadačová & Ondřej 1972, Vallejos 1983, Soltis & Soltis 1989).Allozymes là các biến thể allelic của các enzym mã hóa theo cấu trúc gen. Enzyme là protein bao gồm các axit amin, một số trong đó điện phải trả. Kết quả là, enzym có điện tích net, tùy thuộc vào đoạn của axit amin bao gồm protein. Khi một đột biến trong các kết quả DNA trong một acid amin được thay thế, điện tích ròng của protein có thể được thay đổi, và hình dạng tổng thể (conformation) của các phân tử có thể thay đổi. Vì những thay đổi trong điện tích và cấu có thể ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển của protein trong một điện trường, allelic biến thể có thể được phát hiện bởi gel điện và cụ thể enzym tiếp theo vết ố đó chứa các chất nền cho enzym, cofactors và một muối oxy hóa (ví dụ: nitro-blue tetrazolium). Thường loci hai, hoặc đôi khi thậm chí nhiều hơn có thể phân biệt cho một loại enzyme và chúng được gọi là isoloci. Vì vậy, allozyme biến thể cũng thường được gọi là biến thể isozyme (Kephart 1990, ngày1992) isozymes đã được chứng minh là đáng tin cậy dấu hiệu di truyền trong chăn nuôi và di truyền học thực vật loài (Heinz, 1987), do của tính nhất quán trong biểu hiện của họ, không phân biệt yếu tố môi trường.Ưu điểm: Các sức mạnh của allozymes là đơn giản. Khi phân tích allozyme không cần khai thác DNA hoặc sự sẵn có của thông tin chuỗi, chất nền, mồi hoặc đầu dò, chúng sẽ nhanh chóng và dễ dàng sử dụng. Một số loài, Tuy nhiên, có thể yêu cầu tối ưu hóa đáng kể của kỹ thuật cho enzym nhất định. Thủ tục đơn giản phân tích, cho phép một số allozymes để được áp dụng tại chi phí tương đối thấp, tùy thuộc vào enzym nhuộm chất được sử dụng. Isoenzyme dấu là lâu đời nhất trong số các dấu hiệu phân tử. Đánh dấu isozymes đã được sử dụng thành công trong chương trình cải tiến một số cây trồng (VallejosNăm 1983, Glaszmann et al. 1989, Baes & Custsem năm 1993). Allozymes là đánh dấu codominant có cao reproducibility. Zymograms (các mô hình dải của isozymes) có thể được dễ dàng hiểu về loci và allele, hoặc họ có thể yêu cầu phân tích phân biệt của con cháu biết của cha mẹ đi qua để giải thích. Đôi khi, Tuy nhiên, zymograms hiện diện hồ sơ dải phức tạp phát sinh từ các dạng đa bội hoặc trùng lặp gen và sự hình thành của intergenic heterodimers, có thể phức tạp giải thích.

Kết quả (Việt) 2:

Tóm tắt Trong vài thập kỷ qua, việc sử dụng các marker phân tử, tiết lộ đa hình ở mức độ DNA, đã được chơi một phần ngày càng tăng trong công nghệ sinh học thực vật và nghiên cứu di truyền học của họ. Có nhiều loại khác nhau của các dấu hiệu tức. hình thái học, sinh hóa và DNA dựa marker phân tử. Những dấu DNA dựa trên sự khác biệt của hai loại đầu tiên không dựa trên PCR (RFLP) và đánh dấu thứ hai là dựa trên PCR (RAPD, AFLP, SSR, SNP vv), giữa những người khác, các marker microsatellite DNA đã được sử dụng rộng rãi nhất, do việc sử dụng nó dễ dàng bằng cách đơn giản PCR, theo sau là một điện di gel biến tính để xác định kích thước allele, và đến mức độ cao của thông tin được cung cấp bởi số lượng lớn của các alen mỗi locus. Mặc dù vậy, một loại marker mới, đặt tên là SNP, cho đơn Nucleotide Polymorphism, bây giờ là trên màn ảnh đã trở nên phổ biến cao, mặc dù nó chỉ là một loại bi-alen của marker. Ngày qua ngày như phát triển các loại mới và cụ thể của các dấu hiệu làm cho tầm quan trọng của họ trong việc tìm hiểu sự biến đổi gen và tính đa dạng giữa các giống cũng như các loài khác nhau của cây. Trong bài này, chúng tôi sẽ thảo luận về các dấu hiệu sinh hóa và phân tử Ưu điểm, nhược điểm của các ứng dụng của các điểm đánh dấu trong so sánh với các loại dấu khác. Từ khóa: đánh dấu phân tử; công nghệ sinh học thực vật; sự đa dạng di truyền; đa hình; isozyme; phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Giới thiệu Trong kịch bản hiện nay, đánh dấu DNA trở thành dấu hiệu của sự lựa chọn cho việc nghiên cứu sự đa dạng di truyền cây trồng đã trở thành thói quen, để cách mạng hóa công nghệ sinh học thực vật. Càng ngày, các kỹ thuật được phát triển để chính xác hơn, nhanh chóng và rẻ tiền đánh giá sự biến đổi di truyền. Trong này đánh giá phẩm chất cơ bản của marker phân tử, đặc điểm của họ, những lợi thế và bất lợi của các ứng dụng của họ, và các kỹ thuật phân tích, và cung cấp một số ví dụ về việc sử dụng chúng. Không có phương pháp phân tử duy nhất cho nhiều vấn đề phải đối mặt với các nhà quản lý ngân hàng gen, và nhiều kỹ thuật bổ sung cho nhau. Tuy nhiên, một số kỹ thuật rõ ràng là thích hợp hơn những người khác cho một số ứng dụng cụ thể như đa dạng cây trồng và phân loại học nghiên cứu khôn ngoan. Mục tiêu của chúng tôi là để cập nhật các kỹ thuật dựa marker DNA từ tổng quan này, để kết luận đánh dấu DNA và ứng dụng của họ và cung cấp thông tin nền tảng cơ sở để các nhà nghiên cứu làm việc trong khu vực để có hiệu quả hơn chuyên môn. Do sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực di truyền học phân tử, giống các kỹ thuật khác nhau đã xuất hiện để phân tích sự biến đổi gen trong vài bị hư hỏng trước. Những marker di truyền có thể khác nhau đối với các tính năng quan trọng, chẳng hạn như sự phong phú về gen, mức độ đa hình được phát hiện, locus đặc hiệu, độ tái lặp, yêu cầu kỹ thuật và đầu tư tài chính. Không đánh dấu là vượt trội so với tất cả những người khác cho một loạt các ứng dụng. Các marker di truyền thích hợp nhất đã phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể, mức độ suy đoán của đa hình, sự hiện diện của các phương tiện kỹ thuật đầy đủ và bí quyết, hạn chế thời gian và hạn chế tài chính. Các công nghệ được đánh dấu chính phân loại đã được áp dụng rộng rãi trong các thập kỷ gần đây được tóm tắt trong Bảng 1. A. Sinh hóa Marker - Allozymes (isozyme) Giới thiệu: isozyme phân tích đã được sử dụng cho hơn 60 năm cho mục đích nghiên cứu khác nhau trong sinh học, tức là. khoanh định các mối quan hệ phát sinh loài, để ước tính biến dị di truyền và phân loại học, nghiên cứu di truyền quần thể và sinh học phát triển, để mô tả đặc điểm trong nhà máy quản lý nguồn gen và giống cây trồng (Bretting & Widrlechner 1995, Staub & Serquen 1996). Isozyme đã được định nghĩa là hình thức phân tử cấu trúc khác nhau của một loại enzyme với, chất lượng, chức năng xúc tác tương tự. Isozyme nguồn gốc thông qua thay đổi axit amin, trong đó gây ra những thay đổi trong trách net, hoặc cấu trúc không gian (cấu tạo) của các phân tử enzyme và cũng có thể, do đó, di động điện di của họ. Sau khi nhuộm cụ thể hồ sơ isozyme của từng mẫu, có thể được quan sát (Hadačová & Ondřej 1972, Vallejos 1983, Soltis & Soltis 1989). Allozymes là biến thể alen của enzyme được mã hóa bởi gen cấu trúc. Enzyme là protein bao gồm các axit amin, một số trong đó được tích điện. Kết quả là, các enzyme có một điện lưới, tùy thuộc vào sự căng của các axit amin bao gồm các protein. Khi một sự đột biến trong kết quả DNA trong một acid amin được thay thế, phí điện lưới của protein có thể được sửa đổi, và hình dạng tổng thể (cấu tạo) của các phân tử có thể thay đổi. Do những thay đổi về điện và cấu tạo có thể ảnh hưởng đến tỷ suất di cư của các protein trong một điện trường, biến thể alen có thể được phát hiện bằng gel điện di và các vết bẩn enzyme cụ thể tiếp theo có chứa chất nền cho các enzyme, cofactors và muối bị oxy hóa (ví dụ như Ni-tô tetrazolium màu xanh). Thông thường hai, hoặc đôi khi còn nhiều loci có thể được phân biệt với một enzyme và chúng được gọi là isoloci. Vì vậy, allozyme biến cũng thường được gọi là biến thể isozyme (Kephart 1990, May 1992) isozyme đã được chứng minh là đáng tin cậy marker di truyền trong nhân giống và nghiên cứu di truyền của các loài thực vật (Heinz, 1987), do sự thống nhất trong biểu hiện của họ, không phân biệt các yếu tố môi trường. Ưu điểm: Sức mạnh của allozymes là sự đơn giản. Bởi vì allozyme phân tích không yêu cầu khai thác DNA hoặc sự sẵn có của thông tin trình tự, sơn lót hoặc đầu dò, họ là nhanh chóng và dễ dàng để sử dụng. Một số loài, tuy nhiên, có thể yêu cầu tối ưu hóa đáng kể các kỹ thuật cho một số enzym. Thủ tục phân tích đơn giản, cho phép một số allozymes được áp dụng với chi phí tương đối thấp, tùy thuộc vào các chất phản ứng enzyme nhuộm được sử dụng. Đánh dấu isoenzyme là lâu đời nhất trong số các marker phân tử. Isozyme dấu đã được sử dụng thành công trong các chương trình cải tiến một số cây trồng (Vallejos 1983, Glaszmann et al. 1989, Baes & Custsem 1993). Allozymes là những dấu đồng trội có khả năng tái cao. Zymograms (mô hình dải của isozyme) có thể dễ dàng được giải thích về các locus và alen, hoặc họ có thể yêu cầu phân tích sự phân biệt của thế hệ con cháu của thánh cha mẹ biết để giải thích. Đôi khi, tuy nhiên, zymograms profile dải phức tạp hiện nay phát sinh từ hoặc đa bội gen nhân đôi và sự hình thành của heterodimers intergenic, mà có thể làm phức tạp giải thích.