同工酶技術及其在植物育種上的應用第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1同工酶技術第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.1同工酶的概念同工酶：催化同一生化反應的、在電場中的運動性質有所不同的酶的多種形式。Markert，Moller乳酸脫氫酶等位酶：同一基因位點的不同等位基因所編碼的一種酶的不同形式。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.2酶電泳的原理第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.2.1酶蛋白質的結構蛋白質有酸堿性質和四級結構1.初級結構：2.二級結構和三級結構3.四級結構第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五一級結構第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五二級結構第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五三級結構第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五四級結構第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五酶是蛋白質，有四級結構，也有酸堿性質。通常每一種酶蛋白質的亞基數目是固定不變的。第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.2.2電泳原理粒子在電場影響下的移動。U=Qd/4r2η把含有各種蛋白質的組織勻漿樣品放在凝膠里，電泳后，由于它們的凈電荷極分子大小形狀不同而移動速度不同，各種蛋白質分散在電泳跑道上，這時它們是看不見的。專性的組織化學染色來使它們被看見。第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.酶蛋白質電泳的遺傳學解釋酶譜上的帶是酶蛋白質基因的表現型，而不是酶基因或酶基因型本身：（1）代表等位基因的帶（2）代表同一基因位點的帶（3）次生雜聚體酶帶（4）人為帶和其他非遺傳帶第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五酶譜帶型和帶的數目：（1）酶本身結構；（2）在細胞中的分布；（3）編碼基因來源。第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五酶蛋白質都是由DNA編碼通過RNA合成的；所以使用等位酶資料的根據是：（1）酶在電場里移動性的改變反應了編碼DNA的改變，所以酶譜類型是遺傳的；（2）大多數酶的不同形式都是等顯性的。第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五選作遺傳學分析的酶單體酶二聚體酶四聚體酶第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.1同工酶在細胞內的分布細胞液（細胞溶質）質體（葉綠體等）線粒體微粒體第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2二倍體植物的基因型與酶型基因型酶型：單體酶A1，二聚體酶A1A1，四聚體酶A1A1A1A1.第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2.1單體酶的酶型基因型a1a1a1a2a2a2酶譜帶型A1A1A2A2第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2.2二聚體酶的酶型基因型a1a1a1a2a2a2酶譜帶型A1A1A2A2

A1A1A1A2A2A2第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2.3三聚體酶的酶型基因型a1a1a1a2a2a2酶譜帶型A1A1A1A2A2A2A1A1A1A1A1A2A1A2A2A2A2A2第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2.4四聚體酶的酶型基因型a1a1a1a2a2a2酶譜帶型A1A1A1A1A2A2A2A2A1A1A1A1A1A1A1A2A1A1A2A2A1A2A2A2A2A2A2A2第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.2.5二倍體植物的居群或種內基因型與酶型進行等位酶分析時，都要進行群體隨機取樣，在幾十或成百上千的樣品個體中，看到的等位基因就不止2個。在一個二倍體植物的居群或種內，不同的個體中各等位基因可能純合，也可以兩兩組合形成各個種雜合基因。第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有三個等位基因的一個單體酶位點在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關系。（P178）第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有三個等位基因的一個二聚體酶位點在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關系。（P179）第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有三個等位基因的一個四聚體酶位點在二倍體植物群體中可能的基因型與酶型的關系。（P179）第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有3個以上等位基因的二倍體植物居群的基因型種類T=m!/2×(m-2)!+mT為基因型的種類數；m為等位基因的數目；！為階乘。在各種雜合情況下，單體酶具有2條帶、二聚體酶具有3條帶，四聚體體酶具有5條帶。第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2個個體的酶譜不同未必不是一個種，帶多的未必是基因變化多。直接把酶譜上帶的多少或遷移率作為數量性狀進行遺傳學計算或聚類分析那將是十分危險和錯誤的。進行等位酶分析必須采取盡量多的樣品，檢查盡量多的酶，而且必須正確地解釋酶譜上看到的帶。從酶譜上找出真正代表位點和等位基因的信息。第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五掌握原則不同位點的酶帶往往相距較遠，二聚體以上的酶的帶之間不形成雜合酶型的帶；在單體酶的酶譜中，每種酶型都代表1個等位基因；在二聚體以上的酶的酶譜中，凡酶型為純合的才能代表等位基因，不同的純合酶型代表不同的等位基因。第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3同工酶技術在植物育種上的應用第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.1在遺傳多樣性研究上的應用在種內水平上，等位酶可作為一種穩定的遺傳標記，通過等位酶分析可以測量遺傳變異性，常用的指標：第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.多態位點的百分數P；2.平均每個位點等位基因的有效數目Ae；3.平均每個位點的觀察雜合度Ho；4.平均每個位點的期望雜合度。第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五了解一個種在分布區范圍內各種群的基因豐富程度及各種群內和種群間的等位基因的組成、分布情況以及等位基因在空間和時間上的動態變化情況。第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2000年黎中寶等，研究兩種不同生境的桐花樹種群的遺傳多樣性和遺傳分化。桐花樹種和種群水平都維持有較高的遺傳變異性。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1986年，江洪等根據同工酶結構基因定位和形態特征，推知TAT系列Ⅱ中的冰草染色體與小麥的同祖群有一定部分同源關系。1999年，郎萍等對栗屬中國特有種種群的遺傳多樣性研究，揭示了長江流域的神農架及周邊地區為中國板栗的遺傳多樣性中心。第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.2在品種鑒定上的應用同工酶多態性小，僅用一種同工酶只能部分區別品種，需多種酶系一起分析才可以將所有品種一一區別。第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五王家保等（2004）用過氧化物酶、酯酶和淀粉酶同工酶區分11份蓮霧品種。孫彩云等（2002）用酯酶、蘋果酸酶、磷酸葡萄糖異構酶、磷酸葡萄糖變位酶、超氧化物歧化酶5種酶系統研究墨蘭和春蘭17個變種及品種的同工酶多樣性，能夠把供試品種和變種區分開來。第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五莫饒2005年建立了10個咖啡中粒品種的POD同工酶指紋，鑒別出4個品種的差異。第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五編號品種酶帶12345678910-13酶帶數X1Xing24-211110011017X3Xing600001111116X7Xing8-101110011016Y5Xing24-1100111110016第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.3種子純度鑒定上的應用利用同工酶技術可以較為快捷、有效及低成本地檢測種子的純度。方宣鈞等1997年，篩選出5個雜交水稻組合特異性等位酶標記，輔助標記鑒定標記9個，可對供試的9個雜交水稻組合進行真偽及純度鑒定。第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五吳建梅等2003年，采用酯酶同工酶電泳法，對10份特優系列組合進行純度鑒定，與田間種植鑒定很好吻合。第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.4雜交后代的分析利用同工酶對雜交后代進行分析可了解相關遺傳信息。第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.5外源DNA導入后代的檢測外源DNA導入的受體和后代，出現明顯的酶譜變化。盧翠花等（2000）將蕓豆、玉米的總DNA導入大豆其后代發生明顯變異，過氧化物酶和多酚氧