基因家族（gene family) 指核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的一组基因。

 

假基因（pseudogene) 在多基因家族中有的成员并不能表达出有功能的产物。

•1、核酸序列相同：即为多拷贝基因如rRNA基因家族，tRNA基因家族，组蛋白基因家族。

•2、核酸序列高度同源：如人类生长激素基因家族包括三种激素的基因，人生长激素、人胎盘促乳素和催乳素，它们之间高度同源。

•3、编码产物有同源功能：基因序列的相似性可能较低，但基因编码的产物具有高度保守的功能区。如src癌基因家族

•4、编码产物具有小段保守基序：有些基因家族中各成员的DNA序列可能不明显相关，而所编码的产物却有共同的功能特征，存在小段保守的氨基酸基序。

 

基因超家族（gene superfamily) 指一组由多基因家族及单基因组成的更大的基因家族，它们的结构有不同的同源性，但功能并不一定相同。如免疫球蛋白基因超家族。

 

断裂基因（split gene) 基因与基因间的非编码序列为间隔DNA（ spacer DNA).

内含子（intron）无编码意义的DNA片段

外显子（extron）具有编码意义的DNA片段

Chapter2 叶绿体基因组

•★p44. RNA编辑；（注意概念，分类，★意义）

转位因子(transposable element) 可移动的基因成分，指能在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的片段。在细菌中可指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的片段。

插入序列(Insertion sequence) 一类简单转位因子，长度约700~2000bp，由一个转位酶基因及两侧的反向重复序列（inverted repeat sequence, IR)组成，不带任何其它基因。转位时复制宿主靶位点一小段DNA（4~15bp）形成两端的正向重复序列。

转座子（transposon,Tn) 一类较大的可移动成分。除有关转座的基因外，至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传性状的基因。转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导转座子插入到DNA的其它部位。

转座子与基因表达的关系：插入编码区，插入5’侧向序列，可在不同植物中起作用

1984年McClintock（巴巴拉．麦克林托克）就提出转座子在植物基因组的重建中起着很重要的作用。转座子在调节和编码区域的插入和切除都能改变基因的编码功能和表达模式，但在抗病基因分子生物学的研究中，尚未有证据直接证明抗病基因座中新的专化性抗性基因的产生是由转座子的插入或切除所致。不过已有试验表明，由转座子诱发的基因改变能引起抗病基因的失活和多样化。转座子通常会造成破坏，而在本例中，它们看来对寄主有利。加州大学戴维斯分校进化遗传学家Ｔｏｄｄ Ｓｃｈｌｅｎｋｅ和同事Ｄａｖｉｄ Ｂｅｇｕｎ偶然间发现果蝇加州种群体内有一条含１０万个ＤＮＡ碱基对的染色体片段，所包含的全部基因不存在个体差异。原因可能是该相同区域中某个特别的等位基因迅速扩散到了整个种群，同时捎带上它附近的各等位基因Ｃｙｐ６ｇ１基因，它与一个“跳跃基因”相连，负责清除杀虫剂和其他毒物的毒性。试验表明，当转座子存在时，Ｃｙｐ６ｇ１基因比较活跃，这可能是由于跳跃过程打开了某个“基因开关”，而Ｃｙｐ６ｇ１基因通常是处于关闭状态的。

 

逆转录转座子（retroposons or retrotransposon ）： 逆转录转座子又称“反转位子”。这些流动的遗传元素首先被转录成RNA，然后再被由该反转位子本身产生的一种逆向转录酶重新转变成DNA。该DNA版本可在任何位置结合进基因组中。

LTR逆转录转座子 p58：在结构、转录特性和转座机制上十分类似于逆转录病毒的原病毒，在其两端具有长的同相重复序列（LTRs）

无LTR逆转录转座子 p63：有与逆转录转座子类似的序列结构，但两端缺少长的同相重复序列。典型的例子是长散布元件（long interspersed element，LINE）

 

限制性内切酶：一类能识别双链DNA中短的特定碱基序列，并在序列内或旁侧一定距离内特异切割双链DNA的核酸水解酶。是体外剪切DNA的重要工具。分为I，II，III型

同裂酶：两种酶的识别核苷酸顺序和切割位点都相同，它的区别只是在于，当识别顺序中有甲基化的核苷酸时，一种可以切割，而另一种不能切割。

同尾酶：两种酶的识别序列不完全相同，但是切割后产生的粘性末端是相同的。

1．DNA的纯度

2．DNA的甲基化程度

3．酶切的反应温度，一般为37℃

4．DNA的分子结构

5．溶液中的离子强度核种类

6．缓冲液的ph值

星活性（star act）：当条件改变时，可能改变酶切识别序列的专一性，这种酶切特异性降低的现象称为星活性或星号活性

1. 甘油的浓度过高 >5%

2. 酶过量 >100单位/ug

3. 低离子强度 <25mM

4. 高ph值 >8.0

5. 有机溶剂,如乙醇，乙二醇等

6. 用其他阳离子代替Mg离子

避免星活性的方法相应有：减少酶的用量，降低甘油浓度，提高离子强度，保证反正体系中没有有机溶剂，降低ph值，用Mg离子做二价阳离子。

核酸分子杂交的基本原理: DNA变性和复性或杂交(hybridization)

1．核酸分子的浓度和长度：浓度大，复性快；分子量大，复性慢

2．温度

3．离子强度

4．杂交液中的甲酰胺

5．核酸分子的复杂性

6．非特异性杂交反应   预杂交：封闭非特异性杂交位点，用鲑鱼精子DNA

1． Southern 印迹法：DNA/DNA杂交，即将DNA电泳、转印到固相支持物上，用探针进行检测的方法。

2． Northern 印迹法：检测RNA（主要是mRNA）的方法

3．斑点印迹杂交：将RNA或DNA变性后直接点样于NC膜或尼龙膜上。优点：简单、快速、可同时检测多个样品

4． 原位杂交：将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交，称为原位杂交。

5． Western 印迹法：检测蛋白质，即将电泳分离的非标记蛋白质转移到固相载体上，用特异的抗血清对蛋白质进行鉴定及定量的方法

★阳性重组体的筛选和鉴定。 

基因克隆: 利用重组DNA技术分离目的基因

克隆: 动词：指从单一祖先产生同一的DNA分子群体或细胞群体的过程

名词：指从一个共同祖先无性繁殖下来的一群遗传上同一的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体。

基因文库：由大量含有特定基因的不同DNA片段的克隆所构成的群体，分为基因组文库和cDNA文库

基因文库的构建：如果构建基因组文库，首先提取基因组DNA，随机打断，打断的方法有物理和生物方法，物理方法是超声波粉碎（主要使用的方法），生物方法是酶切，然后用这些片段构建质粒，转化并表达于大肠杆菌，得到大量的克隆。再将得到的序列进行测序，测序完成后就建成了基因文库。对于文库中的每一个克隆它的序列都是已知的。cDNA文库的构建基本相似，先提取mRNA，然后反转录得到cDNA，打断，装入质粒，大量表达，最后测序。

载体：将外源DNA或基因携带入宿主细胞（host cell）的工具称为载体

载体的类型 质粒（plasmid）、噬菌体（phage）、粘粒载体（cosmid，又称柯斯质粒）、噬菌粒（phagemid）

1．概念: 染色体外的遗传因子，能进行自我复制(但依赖于宿主编码的酶和蛋白质）;大多数为双链、闭合环壮DNA分子，少数为线性;大小1kb～20kb，也有更大的（200kb)

2．质粒的表型：抗抗菌素、抗重金属、产生抗菌素、产生大肠杆菌素、产生溶血素、产生肠毒素、产生硫化氢、降解芳香族化合物、诱发植物肿瘤、糖发酵、产生限制酶和修饰酶

3．质粒的拷贝数：严紧型：拷贝数有限，大约1～几个；松弛型：拷贝数较多，几十至几百

4．质粒的不相容性：两个质粒在同一宿主中不能共存的现象。在第二个质粒导入后，在不涉及DNA限制系统时，不相容的质粒一般为利用同一复制系统，质粒分配到子细胞时会发生竞争，随机挑选，微小差异，最终放大。

5．转移性：在自然条件下，很多质粒可以通过称为细菌接合的作用转移到新宿主内。供体和受体细胞通过供体细胞表面的纤毛接触，然后一个质粒拷贝通过该纤毛进入受体细胞

F质粒：又叫F因子，即致育因子（fertility factor)的简称，为细菌的游离基因，在细菌的结合中使细菌能够起雄性的作用。雄性细菌充当一个DNA供体并产生F性须，通过F性须DNA被转移到受体的雌性细胞。

（1）氨苄青霉素抗性基因（Amp^R amp^r ampicillin）

青霉素抑制细胞壁肽聚糖的合成，与有关的酶结合，抑制转肽反应并抑制其活性。

（2）四环素抗性基因（tet^r  tetracycline）

与核糖体30S亚基的一种蛋白质结合，从而抑制核糖体的转位

（3）氯霉素抗性基因（chloramphenicol, Cm^r or Cat）

Cm与核糖体50S亚基结合并抑制蛋白质合成。

（4）卡那霉素和新霉素抗性基因（kanamycin／neomycin）

可与核糖体成分相结合并抑制蛋白质合成的脱氧链霉胺氮基糖苷

★ α-互补（αcomplementation）p90. Lac Z基因上缺失近操纵基因区段的突变体与带有完整的近操纵基因区段的β-半乳糖苷酶阴性的突变体之间实现互补。用做筛选标记

MCS（Multiple cloning sites）多克隆位点：人工构建的，紧密排列的具有多种限制酶识别序列的一段DNA序列，可方便的用于外源DNA片段的插入。

1． 转化后挑取许多独立的细菌菌落

2． 少量培养并提取质粒

3． 根据克隆片段和插入载体的位点，选择合适的限制酶进行酶切

4． 凝胶电泳分析限制酶图谱，从而选出阳性克隆

1． 构建表达载体（含高效启动子）

2． 鉴定表达产物——蛋白质的分子大小

3． 还可利用抗体进行筛选

   根据核酸序列的同源性，利用核酸探针与转化后宿主细胞中的质粒杂交，可筛选出重组的质粒。这种方法多用于大量筛选

1．分子量较大，不便于操作

2．拷贝数较低，不利于质粒DNA的制备

3．抗菌素抗性基因少，不便于选择

4．单一的限制性酶切位点少，且不集中，不利于基因克隆

1． 具有复制起点

2． 具有抗菌素抗性基因

3． 具有若干限制酶单一识别位点，且在其中插入适当大小的外源DNA片段之后，应不影响质粒DNA的复制功能

4． 具有较小的分子量和较高的拷贝数

复制子（replicon）：能够自我复制，而且仅具有一个复制起点的DNA分子

pBR322是最早人工构建的质粒

1. 克隆载体：用于扩增或保存DNA片段，为最简单的载体。如pBR322

根据被表达的基因和表达基因所用的系统，可将表达分为：

1)      原核基因在原核细胞中表达

2)      真核基因在原核细胞中表达

3)      原核基因在真核细胞中表达

4)      真核基因在真核细胞中表达

1)       E.coli系统

2)       枯草杆菌系统

1)       酵母细胞系统

2)       哺乳动物细胞系统

3)       昆虫细胞（杆状病毒）系统

4)       高等植物系统

1． 在原核克隆载体中通常都带一个松驰型复制子、一个多克隆位点和一个筛选标记，以便被克隆和筛选的DNA序列能够大量增殖。

2． 原核表达载体除了上述因子外，还需要有强启动子、核糖体结合位点、转录起始信号、转录终止信号、翻译起始密码子和终止密码子等一系列调控序列。

1. 所表达的蛋白质是融合蛋白还是天然蛋白。如果是天然蛋白，必须考虑如何将目的基因准确地与载体衔接。如果是融合蛋白，则可以用三种不同阅读框架的载体使目的基因与载体序列吻合。

2. 被表达的基因是原核基因还是真核基因。原核基因一般都带有核糖体结合位点，只需考虑它是否带有强启动子。对真核基因除考虑该基因是否带有启动子、核糖体结合位点外，还须考虑该基因是否会产生翻译后加工，以后是否需要转到真核表达系统中表达等。核糖体结合位点(ribosome-bindingsite)又称SD序列(Shine-Dalgarno sequence)，它是指mRNA分子中能与核糖体结合的序列，通常位于翻译起始密码子前面3～12个碱基，该序列与16S rRNA的3’端互补。

3. 表达蛋白是否分泌到体外。如需要分泌，则必须带有信号肽序列，故应选择带适当信号肽序列的载体。信号肽(signal peptide)又称前导肽(1eader peptide)，这是一种位于分泌蛋白质或输出蛋白质N端上长约15～30个氨基酸的序列，可被细胞的蛋白质加工机制所识别，使蛋白质通过细胞膜被分泌出来。

4. 所产生的融合蛋白是否需要切割加工及如何切割加工。对需要切割的融合蛋白，在目的基因和载体序列间应有适当的切割识别序列。

5. 是否需要用强启动子提高表达水平。当需要提高表达水平时，可选用强启动子。但在某些情况下，由于被表达蛋白质对宿主有毒或其大量表达对宿主不利，可选用诱导型载体，只有经诱导后，蛋白质才能被表达。

以E.coli基因与外源目的蛋白基因组成融合基因产生的融合蛋白，可用作抗原产生抗体，然后用这种抗体测定或分离天然的目的蛋白。

1. 转录和翻译起始从正常的E.coli序列开始，故通常可以产生高水平的融合蛋白。

2. 融合蛋白往往比天然的外源蛋白更加稳定。   

3. 产生的融合蛋白较大，因此很容易从蛋白质凝胶电泳中区别出来。融合蛋白带可以从凝胶上切下，经冷冻干燥，磨成粉末后即可作为抗原。

4. 有些融合蛋白带有信号肽，可以分泌到细胞外，这有助于蛋白质的分离和纯化。

对表达真核基因，除了启动子外，还需要有一个有效的核糖体结合位点。因为只有当被转录的mRNA与核糖体结合后，mRNA才能被有效地翻译。真核基因的第二个密码子必须紧接在ATG之后，才能产生一个完整的蛋白质。因此需要用人工合成的转接头、人工合成的DNA引物或用DNA切割修补等方法使真核基因与载体的序列完全吻合。

有时为减少所需蛋白质在宿主体内被蛋白酶降解，或为使蛋白质能够在体外正确折叠和便于提纯，经常需要将被表达的蛋白质分泌到细胞外，因此要用分泌型载体。

1．一些在胞内被蛋白酶降解的蛋白质在周质中很稳定。

2．一些在胞内无活性的蛋白质在分泌后便具有活性，分泌可能使蛋白质能够正确折叠 。

3．产生的蛋白质没有氨基末端甲硫氨酸，因为切割位点在信号肽与编码序列之间，甲硫氨酸会影响许多蛋白质的活性。

1．目的蛋白质的产量往往很低，

2．信号肽不能被切除或切在错误位置。

1．以融合蛋白表达目的蛋白提高融合蛋白的稳定性和产量。

2．使用强启动子提高mRNA产量，并在基因下游加入稳定mRNA的强转录终止子，防止转录过度。

3．调整SD序列与ATG间的距离。SD序列与ATG的距离过长或过短都会影响目的基因的表达，有时由于这种距离的影响蛋白质合成会相差2,000倍以上。应该在目的基因ATG上游 100bp左右开始，用酶切形成不同长度的片段，与带启动子和SD序列的载体连接后，产生一系列重组DNA。从中选择产生高水平天然目的蛋白的重组体。   

4．利用蛋白酶缺陷型的宿主，例如用lon营养缺陷型减少外源蛋白的降解。

5．在宿主内表达蛋白酶抑制产物，从而抑制蛋白酶活性。6．使蛋白质分泌到体外，减少反馈抑制或蛋白酶降解。

7．调整带目的基因的表达质粒的拷贝数，增加模板数。  

8．利用诱导物进行表达。过早地大量表达外源基因往往影响宿主细胞的繁殖，因此当不表达时，可使宿主细胞迅速繁殖生长得到较大的生物量，然后利用诱导物诱导目的基因表达。

9．人工合成目的基因，在不改变蛋白质氨基酸的前提下，根据简并性，利用宿主偏爱的密码子改变部分碱基序列。

10．定点诱变，消除核糖体结合位点附近可能的二级结构，这种二级结构会影响翻译起始效率。

若DNA插入片段与适当的载体存在同源粘性末端，这将是最方便的克隆途径。同源粘性末端包括相同内切酶产生的粘性末端和不同的内切酶产生的互补粘性末端。相同内切酶产生的粘末端连接得到的重组质粒能够保留接合处的限制酶切位点，因此可以使用原来酶将插入片段从重组体上完整地重新切割下来。而不同酶产生的粘性末端连接得到的重组质粒不能够保留接合处的限制酶切位点，因此不可以使用原来酶将插入片段从重组体上完整地重新切割下来。以上两类粘性末端的连接方法都很重要。另外，当用单酶切时，虽然产生了互补的粘性末端，但由于载体存在自连现象，也会降低正确插入的频率。通过一些处理可以减少自连现象的发生。常用的方法是用小肠碱性磷酸酶(CIP)去掉载体5¢-磷酸来达到抑制DNA片段的自身环化的目的。综上所述，在进行基因重组时，一般采用插入片段及载体两端具有两个相应的能够产生粘性末端的酶进行酶切后重组，如插入片段和载体的一端为EcoR I ，另一端为BamH I，它们都能产生粘性末端，不仅易于连接，而且又不能互补，所以能够得到较好的重组结果。

待插入片段的平末端主要由两方面来源，即由酶切后产生的平端和补平后产生的平端。一般由酶切产生的平端较易连接。但在试验过程中，往往会遇到插入片段和载体之间没有互补的末端，这时，就需要将末端进行“补平”或去除3¢突出端，然后再用T4噬菌体DNA连接酶连接两个平端。不过，平端连接的效率是比较低的，一般通过提高DNA的浓度或增加连接酶的用量可提高平端的连接效率，有时也可采取在平端加上合成的接头的方法，产生粘性末端，也可以提高连接的效率 。

不需要去磷酸化。作连接用的基因片段要纯化，量大一点，感受态做好一点。 只是通常连接时间会长一点（过夜好一点），用比较浓的酶。  

转化（transformation）： 即一来自一个细菌细胞(供体)DNA(片段)被另一个细胞(受体)所吸收(随后同受体染色体一起进行重组)
感受态细胞（competent cell）：能够吸收DNA的细胞

转导 (transduction)：由噬菌体和细胞病毒介导的遗传信息转移过程或者说由噬菌体将细菌基因由一个细菌(供体)转移到另一个细菌(受体)的过程。
转染 (transfection)：感受态细胞经分离出来的噬菌体核酸感染,随后能产生出正常噬菌体后代或者说真核细胞主动摄取或被动导入外源DNA片段而获得新的表型的过程。
感染 (infection)：病原微生物在寄主组织内立足的状态

1．遗传学方法

插入灭活法(insertion inactivation):抗药性标志选择

标志补救：表达产物与营养缺陷互补。包括α- 互补、蓝白斑筛选

2．免疫学方法

3．分子杂交探针--原位杂交

4．PCR

5． 限制性酶切图谱

 

Sanger双脱氧末端终止法；PCR技术；DNA自动测序仪的发展；生物信息学分析软硬件设施

基因组DNA→BAC文库→根据物理图谱正确定位的BAC 或contig→用于霰弹法测序的候选克隆→用于霰弹法测序的亚克隆→测序并组装→完整的基因组序列

基因组DNA→霰弹法克隆→测序并进行全基因组序列组装→完整的基因组序列

物理图谱的构建 （不是重点）

★1、什么是EST?

★ESTs（Expressed Sequence tags ）：是从已建好的cDNA库中随机取出一个克隆，从5’末端或3’末端对插入的cDNA片段进行一轮单向自动测序，所获得的约60-500bp的一段cDNA序列。

1．ESTs与基因识别

ESTs已经被广泛的应用于基因识别，因为ESTs的数目比GenBank中其它的核苷酸序列多，研究人员更容易在EST库中搜寻到新的基因(Boguski et al., 1994).

● 在同一物种中搜寻基因家族的新成员(paralogs)。

● 在不同物种间搜寻功能相同的基因(orthologs)。

● 已知基因的不同剪切模式的搜寻。

2．ESTs与基因图谱的绘制

 EST可以借助于序列标签位点(sequence-tagged sites)用于基因图谱的构建. STS本身是从人类基因组中随机选择出来的长度在200-300bp左右的经PCR检测的基因组中唯一的一段序列。来自mRNA的3’非翻译区的ESTs更适合做为STSs，用于基因图谱的绘制。其优点主要包括：

● 由于没有内含子的存在，因此在cDNA及基因组模板中其PCR产物的大小相同；

● 与编码区具有很强的保守性不同，3’UTRs序列的保守性较差，因此很容易将单个基因与编码序列关系非常紧密的相似基因家族成员分开。 （James Sikela等，1991年）

3．ESTs与基因预测

　由于EST来源于cDNA，因此每一条EST均代表了文库建立时所采样品特定发育时期和生理状态下的一个基因的部分序列。使用合适的比对参数，大于90％的已经注释的基因都能在EST库中检测到(Bailey et al., 1998)。ESTs可以做为其它基因预测算法的补充，因为它们对预测基因的交替剪切和3‘ 非翻译区很有效。

4．ESTs与SNPs

来自不同个体的冗余的ESTs可用于发现基因组中转录区域存在的SNPs。最近的许多研究都证明对ESTs数据的分析可以发现基因相关的SNPs (Buetow et al., 1999;Garg et al., 1999; Marth et al., 1999; Picoult-Newberg et al., 1999) 。应注意区别真正的SNPs和由于测序错误( ESTs为单向测序得来，错误率可达2％)而引起的本身不存在的SNPs。解决这一问题可以通过：

● 提高ESTs分析的准确性。

● 对所发现的SNPs进行实验验证。

5．利用ESTs大规模分析基因表达水平

  因为EST序列是从某以特定的组织的cDNA文库中随机测序而得到，所以可以用利用未经标准化和差减杂交的cDNA文库EST分析特定组织的基因表达谱。标准化的cDNA文库和经过差减杂交的cDNA文库则不能反应基因表达的水平。

1．ESTs很短，没有给出完整的表达序列

2．低丰度表达基因不易获得

3．由于只是一轮测序结果，出错率达2%-5%

4．有时有载体序列和核外mRNA来源的cDNA污染或是基因组DNA的污染

5．有时出现镶嵌克隆

6．序列的冗余，导致所需要处理的数据量很大

 

PCR的基本原理；

★PCR条件的优化；

由基本PCR拓展的相关技术及其应用

多聚酶链式反应(Polymerase Chain Reaction, PCR )：是一种对特定的DNA片段在体外进行快速扩增的方法。

1． 决定着扩增的特异性和扩增的效率。

2． 设计影响到后续载体构建的效率

3． 设计影响到实验的成本

一般在16～30个核苷酸（NT），至少为16个核苷酸，最好为20～24个核苷酸 。（以上指与模板链完全配对的碱基数）太短，特异性差；太长，自身折叠形成二级结构，Tm过高，不利于与模板稳固配对，难以形成扩增起始二级结构。

应是所要扩增基因特异的顺序，若要进行个体间的比较，应选择保守同一的顺序来设计引物，设计后用电脑DNA数据库检测同源性。

GC为40～60％，ATGC最好随机分布。GC％太少扩增效果不佳，GC过多易出现非特异条带，避免成串的嘌呤和嘧啶。

一对引物的顺序不应自身互补，特别要避免3’-端的重叠，以免形成二聚体等特异的扩增条带。

3’-端的碱基，特别是最末及倒数第二个碱基，应严格配对。若3’端最末的碱基不肯定，可用次黄嘌呤核苷取代的引物，因为 I 可与ATGC配对，这样可避免因末端碱基不配对而造成PCR失败。防止3’-末端发卡结构 、茎环结构 ！

5’-端可附加一段与模板非互补的序列，可长至45NT，而不影响扩增，这点对研究基因结构与功能很有用。一般在引物的5’-端可加入限制酶位点序列，以便进行克隆。在酶切位点5’-端还应加上适当数量的保护碱基极（如GCGC和GGCC），以保证扩增反应产物克隆后能够被酶切。设计5’-端的RE位点序列是最费时的！功能基因起始密码（ATG）5’-端前应加入的序列（Kozak序列）。动物功能基因前加入序列：CCACCATG；植物功能基因前加入序列：AACAATG

1．反应体系对引物退火温度的影响。如酶的最适工作温度对引物退火温度的限制等。

太低，引物与模板非特异结合，出现非特异扩增条带。太高，引物与模板结合不牢固，无扩增。

2．扩增产物的Tm值。

引物和产物的Tm值不要相差太大，20℃范围内较好。定下引物的Tm值范围之后，即可定下引物的长度范围

PCR条件的优化（常见问题分析与对策） 

一、   假阴性：不出现扩增条带

①模板核酸的制备，

②引物的质量与特异性，

③酶的质量及，

④PCR循环条件。

①模板中含有杂蛋白质，

②模板中含有Taq酶抑制剂，

③模板中蛋白质没有消 化除净，特别是染色体中的组蛋白，

④在提取制备模板时丢失过多，或吸入酚。

⑤模板核酸变性不彻底。在酶和引物质量好时，不出现扩增带，极有可能是标本的消化处 理，模板核酸提取过程出了毛病，因而要配制有效而稳定的消化处理液，其程序亦应固定不宜随意更改。

需更换新酶，或新旧两种酶同时使用，以分析是否因酶的活性丧失或不够而导致假阴性。需注意的是有时忘加Taq酶或溴乙锭。

引物质量、引物的浓度、两条引物的浓度是否对称，是PCR失败或扩增条带不 理想、容易弥散的常见原因。有些批号的引物合成质量有问题，两条引物一条浓度高，一条浓度低，造成低效率的不对称扩增，对策为：

①选定一个好的引物合成单 位。

②引物的浓度不仅要看OD值，更要注重引物原液做琼脂糖凝胶电泳，一定要有引物条带出现，而且两引物带的亮度应大体一致，如一条引物有条带，一条引物无条带，此时PCR有可能失败，应和引物合成单位协商解决。如一条引物亮度高，一条亮度低，在稀释引物时要平衡其浓度。

③引物应高浓度小量分装保存，防止多次冻融或长期放冰箱冷藏部分，导致引物变质降解失效。

④引物设计不合理，如引物长度不够，引物之间形成二聚体等。

Mg2+离子浓度对PCR扩增效率影响很大，浓度过高可降低PCR扩增的特 异性，浓度过低则影响PCR扩增产量甚至使PCR扩增失败而不出扩增条带。

通常进行PCR扩增采用的体积为20ul、30ul、50ul或100ul，应用多大体积进行PCR扩增，是根据科研和临床检测不同目的而设定，在做小体积如20ul 后，再做大体积时，一定要模索条件，否则容易失败。

变性对PCR扩增来说相当重要，如变性温度低，变性时间短，极有可能出现假阴性。退火温度过低，可致非特异性扩增而降低特异性扩增效率；退火温度过高影响引物与模板的结合而降低PCR扩增效率。有时还有必要用标准的温度计，检测一下扩增仪的变性、退火和延伸温度，这也是PCR失败的原因之一。

如靶序列发生突变或缺失，影响引物与模板特异性结合，或因靶序列某段缺失使引物与模板失去互补序列，其PCR扩增是不会成功的。

二、假阳性：出现的PCR扩增条带与目的靶序列条带一致，有时其条带更整齐，亮度更高。

选择的扩增序列与非目的扩增序列有同源性，因而在进行PCR扩增时，扩增出的PCR产物为非目的性的序列。靶序列太短或引物太短，容易出现假阳性。需重新设计引物。

这种污染有两种原因：一是整个基因组或大片段的交叉污染，导致假阳性。这种假阳性可用以下方法解决：

①操作时应小心轻柔，防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外。

②除酶及不能耐高温的物质外，所有试剂或器材均应高压消毒。所用离心管及样进枪头等均应一次性使用。

③必要时，在加标本前，反应管和试剂用紫外线照射，以破坏存在的核酸。二是空气中的小片段核酸污 染，这些小片段比靶序列短，但有一定的同源性。可互相拼接，与引物互补后，可扩 增出PCR产物，而导致假阳性的产生，可用巢式PCR方法来减轻或消除。

PCR扩增后出现的条带与预计的大小不一致，或大或小，或者同时出现特异性扩增带 与非特异性扩增带。非特异性条带的出现，其原因：一是引物与靶序列不完全互补、 或引物聚合形成二聚体。二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低，及PCR循环次数 过多有关。其次是酶的质和量，往往一些来源的酶易出现非特异条带而另一来源的酶则不出现，酶量过多有时也会出现非特异性扩增。

其对策有：①必要时重新设计引物。②减低酶量或调换另一来源的酶。③降低引物量，适当增加模板量，减少循环次数。④适当提高退火温度或采用二温度点法(93℃变性，65℃左右退火与延伸)。

PCR扩增有时出现涂抹带或片状带或地毯样带。其原因往往由于酶量过多或酶的质量差，dNTP浓度过高，Mg2+浓度过高，退火温度过低，循环次数过多引起。

其对策有：①减少酶量，或调换另一来源的酶。②减少dNTP的浓度。③适当降低Mg2+浓度。④增加模板量，减少循环次数。

 

基于Southern杂交技术的分子标记: RFLP，VNTRs

基于PCR技术的分子标记: 随机引物分子标记技术RAPD，AFLP，SSR/STR

遗传标记主要分为形态学标记、细胞学标记、生化标记和DNA 分子标记4 种类型.

理想的遗传标记应具备多态性高、遗传稳定、遗传行为简单、能检测整个基因组、不受内外环境影响、操作经济简单等基本特征.

DNA 分子标记： DNA 标记是DNA 水平上遗传变异的直接反映,最能稳定遗传且信息量大,许多多态性标记在非编码区表现选择“中性”,不受内外环境影响,与基因表达与否无关,检测迅速,操作也方便。由此可见,DNA 分子标记是最理想的遗传标记。

限制性片段多态性( Restriction Fragment Length Polymorphism ,RFLP)

限制性内切酶能识别并切割基因组DNA 分子中特定的位点,如果因碱基的突变、插入或缺失,或者染色体结构的变化而导致生物个体或种群间该酶切位点的消失或新的酶切位点的产生,用限制性内切酶消化基因组DNA 后,将产生长短、种类、数目不同的限制性片段,这些片段经电泳分离后,在聚丙烯酰胺凝胶上呈现不同的带状分布,通过与克隆的DNA 探针进行Sourthern 杂交和放射自显影后,即可产生和获得反映生物个体或群体特异性的RFLP 图谱。

小分子DNA ,如细胞器基因,将纯化的DNA 样品用限制性内切酶消化成长度不等的片段进行琼脂糖凝胶电泳分离,经溴化乙锭染色后在紫外光下直接观察其多态性。

大分子核DNA 需要借助分子杂交手段,用某一标记DNA 片段的探针与被转移到硝酸纤维薄膜上的DNA 片段进行杂交,只有与探针有高度同源性的片段被检测出来。

RFLP 的优点 ：呈孟德尔遗传;不受环境影响,是一种共显性标记, 结果稳定可靠,重复性好。

共显性（codominance）：在杂合子状态下，两个基因的作用都表现出来。

RFLP 需要大量的DNA ,样品要求高。多态性频率较低。判读有一定困难。实验室之间结果比较有一定困难。制备放射性探针进行Southern 杂交,因而比较费时,对人体健康有影响,对环境有污染

适用于构建表达图谱。分析群体内和群体间遗传变异度。群体间基因流评价和亲缘关系时是强有利的评价。也可用于人类遗传疾病的诊断。

1990 年由美国杜邦公司农产品研究中心的Williams 等用任意顺序的10 个碱基的寡核苷酸片断作为引物,用未知序列的基因组DNA 为模板,通过PCR 扩增获得一组不连续的DNA 片段，经琼脂糖凝胶电泳来检测DNA 序列多态性.并将此法命名为RAPD。

1． RAPD 反应一般由1 个10寡核苷酸随机引物,常规PCR 需用2 个20 bp 左右的特定设计引物;

2． RAPD 反应退火温度低,一般是36 ℃左右,一方面保证引物与模板DNA 的稳定配对,同时允许适当错误配对,提高多态性检出率;

3． 常规PCR 为特异扩增,而RAPD 产物为随机扩增.

采用随机序列10个核苷酸引物对基因组进行PCR 扩增,非特异引物可结合模板DNA 的多个位点,产生多个条带,经电泳分离,或EB 染色,可直接检测DNA多态性,并用于DNA 指纹分析.

1．引物设计是随机的, 故可在对各种生物没有任何分子生物学研究的情况下,对其进行DNA 多态性分析。

2．所需模板DNA 的量极少, 只要有特定的DNA 片段, 就可将该DNA 片段扩增。

3．引物为人工合成, 通常一套引物可用于多物种的基因组DNA 多态性分析。

4．每个RA PD 标记就相当于一个靶序列位点(Sequence Tagged Sites) , 可以检测出RFLP标记不能检测的重复顺序,可填补RFL P图谱空缺, 更有效地进行遗传图谱的构建。

5．绝大多数RA PD标记遵从孟德尔遗传规律。

1．由于随机引物较短,退火温度低,因而对一些PCR 因素更敏感,重复性较差。一般来说,对于特定的仪器设备,对其反应条件反复进行优化,才可以得到较可靠的结果。

2．分辨率低。

3．结果不全是共显性。

4．无法分析差异原因。

1．尽管RAPD 技术诞生的时间很短,但由于其独到的快速、简便的检测DNA 多态性的方式,使这些技术已渗透于基因组研究的各个方面,在分子生物学的各个领域的研究中具有广泛的应用前景。

2．适用于种质资源的鉴定和分类、目标性状基因分子标记、遗传图谱的快速构建等研究,也可用于亲缘关系等的研究

在AFL P 中,如果DNA 片段遗传特性发生改变,则酶切片段数目、长短发生变化,通过PCR 扩增基因组DNA 片段,扩增产物多态性就反映在变性聚丙烯酰胺电泳的图谱上

其中引物= 接头+ 酶切位点+ 2～3 个核苷酸.

1．DNA 模板制备。

2．提取样本DNA 经浓度和质量检测后,一般采用双酶切, 在基因组DNA 上产生低频和高频切口。

3．选择性扩增酶切片段. 酶切后,限制性片段在T4 连接酶作用下与特定接头连接,形成带有接头的特异性片段。

4．PCR 前扩增,一般用带一个选择性引物进行预扩增反应条件与常规PCR反应基本一致;

5．利用放射性同位素标记或荧光标记PCR 引物。在Taq聚合酶作用下完成94℃变性30 s ,65℃淬火30 s ,72 ℃延伸60 s ,PCR 扩增36 个循环。

6．PCR产物在含尿素聚丙烯酰胺上电泳。

7．将电泳后的凝胶转移到吸附滤纸上,经干胶仪进行干胶处理。

8．在X 光片上感光,数日后冲洗胶片并进行结果分析。

所需DNA 少(仅需0. 5 微克) ,也可以作用于线粒体DNA。从线粒体中得到RFL P研究所需的几十到上百微克mDNA 是很困难的。Rosendahl 和Taylor 成功地从mycorrhizal 菌单孢子中获得了AFL P 标记,而每个单孢子仅产生约0. 1～0. 5μgDNA；效率高且简单,RFLP 每次只能分析已知少数几个位点,而AFL P呈典型的孟德尔式遗传,每个AFL P 可以获得50～100 条谱带信息,多态性强；分辨率高。AFL P扩增片段短,片段多态性检出率高,而RFL P 片段相对较大,内部多态性往往被掩盖；可靠性好。AFL P 由于是特定引物扩增,退火温度高 (一般65 ℃) ,只有那些与3’端严格配对的片段才能得到扩增,选择性很强.因而假阳性低,重复性好,克服了RAPD 缺点。Jones 等在欧洲8 个实验室,使用共同的样本,进行了严格的实验,将得到的DNA 图谱比较,172 条谱带中仅一条出错。这就是说,实验室间的误差要少于6 %；不需要Southern 杂交,不需要预先知道DNA 的序列信息。而且,已经发现在所有的多态AFLP 标记中, 共显性的AFLP 标记出现频率为4 %～15 %,即200 个多态标记包括5～30 个基因座位；李传友等(2000) 将AFLP 标记和RFLP ,RAPD 标记进行比较,认为它们鉴别多态的功效是AFLP > RAPD > RFLP。

1．在生物多样性中将AFLP广泛应用到那些无法通过形态特征区别的分子标记解决的家系或近缘物种与系统发生关系研究中,是生物多样性调查的重要工具。

2．构建遗传图谱。

3．AFLP还可应用于基因定位和性别鉴定及繁殖行为研究中。

1．不是共显性标记,扩增片段少数是共显性条带,多数是扩增片段有/ 无显性条带,条带统计分析难度较大。

2．标记引物需要同位素或其它化学试剂,相对费时。

3．对操作人员的实验技术水平要求较高。

4．对模板DNA的质量要求较高,且需模板DNA量多于2μg 。

微卫星(Microsatellite) ：以几个(1～6 bp)核苷酸为单位,多次串联重复序列,也称之为简单重复序列(single sequence repeats ,SSR) 、短串联重复序列(short tandem repeats ,STR) 或简单序列长度多态性(single sequence length polymorphism ,SSLP) 。

小卫星DNA： 是一些重复单位在11 - 60bp ,重复次数在成百以上,总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列,主要分布于染色体近端粒区和着丝粒区

根据微卫星自身结构又将微卫星分为完全、不完全、复合微卫星。完全微卫星由不中断的重复单位串联而成,不完全微卫星是指重复单位间有3 个以下的非重复碱基间隔,且两间隔间重复单位连续重复数不低于3 ,复合微卫星由几类串联重复单位构成,中间有3 个以下碱基间隔,且两间隔间重复单位连续重复数不低于5。

研究发现微卫星由侧翼序列将核心序列特异地定位于染色体,该侧翼序列在物种间具有较高同源性,因此,可以根据微卫星两端的侧翼序列设计引物,进行PCR 扩增以获得微卫星DNA 指纹图谱。由于微卫星核心序列分布于结构基因侧翼或内含子中,因此,它承受的选择压力较小,在物种进化过程中积累了丰富的变异,从而决定了微卫星的多态性较高,其多态信息含量(PIC) 值在0. 7 以上,加上该技术稳定可靠,操作程序相对简化,因此被认为是一种很有应用价值的遗传标记技术。

1．微卫星序列的获得:包括构建基因组文库,根据欲得到的SSR 类型,设计合成寡核苷酸探针,通过菌落原位杂交筛选所需的重组克隆,对阳性克隆进行顺序鉴定.

2．微卫星引物设计:由于微卫星两侧序列具高度专一性,因此据此设计引物用以扩增同一物种甚至不同物种的其它基因型片段. 微卫星引物在基因组中具有高度专一性,每一条引物长18～24 bp , ( G+ C) 百分含量接近50 %( Tm60 ℃左右) .

3．PCR 扩增:以待研究的核DNA 为模板,用合成引物进行PCR 扩增. 扩增时需掺入同位素或其它放射性标记,以便对扩增产物进行分析.

4．对扩增产物进行检测:扩增产物经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,凝胶干燥后通过放射性自显影显示结果,根据胶片上的条带分布,分析样本多样性. 但由于同位素有危险性,可用银染来检测扩增产物,不会降低灵敏度(何平,1958)

1．STR为共显性遗传

2．有丰富的多态性,绝大多数不受选择压力的影响

3．较均匀地分布人类全基因组

4．可经PCR 扩增 

1．用于构建遗传图谱。这是微卫星标记的一个主要用途。另外,微卫星标记还可用于基因定位、亲缘关系及繁殖成功度研究等。

2．用于遗传疾病诊断: 正常个体微卫星座位上都有一个严格上限. 由于一些未知机理,某些个体微卫星重复单位的重复次数超过这一上限,从而处于一种前突变状态,而它们的后代重复次数却会急剧增加,可达几千个拷贝以上。

3．用于基因定位或查找候选目的基因。将STR 作为基因作图的标志,就可用STR 标识人类的全基因组,描绘基因图。通过家系和/ 或对照研究,运用连锁和相关分析,我们可以找到与疾病高度相关的STR 位点,假定不同的STR 等位基因与目的基因连锁,由于连锁的基因位置必定在同一染色体上且位置与此STR等位基因邻近,利用与疾病高度相关的STR的位点的知识,对其附近区域进行克隆测序,就有可能发现目的基因。在人类基因组作图方面, STR 的出现不但使遗传图的精度得到进一步的提高,同时也成为物理图上的标记,从而促进遗传图与物理图的融合

为了提高STR 系统的个人鉴别机率, 达到同一认定的结果, 人们开始研究多个STR 位点的复合扩增并获得成功。复合扩增的方法是将多个引物加入同一反应体系中。固定dNRP、Mg + + 以及变性温度和循环次数, 调节各引物浓度进行同步扩增。目前已有13 个STR 位点的复合扩增。

单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism , SNP )：指基因组内DNA 中某一特定核苷酸在位置上存在置换、插入、缺失等变化,而且其中最少有一种等位基因在群体中突变频率不小于1 %。SNP 一般以替换为主,颠换与转换之比为1 :2 。

转换（transition）：嘌呤代替嘌呤，或嘧啶代替嘧啶。

颠换（transversion）：嘌呤被嘧啶所替代或嘧啶被嘌呤所替代。

在基因组DNA中，任何碱基均有可能发生变异，因此SNP既有可能在基因序列内，也有可能在基因以外的非编码序列上。总的来说，位于编码区内的SNP(cSNP)比较少，但它在遗传性疾病研究中却具有重要意义，因此cSNP的研究更受关注。

从对生物的遗传性状的影响上来看，cSNP又可分为2种：

一种是同义cSNP(synonymous cSNP),即SNP所致的编码序列的改变并不影响其所翻译的蛋白质的氨基酸序列，突变碱基与未突变碱基的含义相同；另一种是非同义cSNP(non-synonymous cSNP),指碱基序列的改变可使以其为蓝本翻译的蛋白质序列发生改变，从而影响了蛋白质的功能，这种改变常是导致生物性状改变的直接原因。cSNP中约有一半为非同义cSNP。

1．SNP在人群中是二等位基因性的，在任何人群中其等位基因频率都可估计出来。

2．它在基因组中的分布较微卫星标记广泛得多。

3．与串联重复的微卫星位点相比，SNP是高度稳定的，尤其是处于编码区的SNP(cSNP),而前者的高突变率容易引起对人群的遗传分析出现困难。

4．部分位于基因内部的SNP可能会直接影响产物蛋白质的结构或基因表达水平，因此，它们本身可能就是疾病遗传机制的候选改变位点。

5．易于进行自动化、规模化分析，缩短了研究时间。由于SNP的二态性，非此即彼，在基因组筛选中SNPs往往只需+/-的分析，而不用分析片段的长度，这就利于发展自动化技术筛选或检测SNPs。

一是SNP数据库的构建，主要目的是发现特定种类生物基因组的全部或部分SNP；应该注意到，发现SNP只是SNP研究的第一步，而SNP功能的研究才是SNP研究的目的。染色体DNA特定区域的SNP的功能研究是很多分子和细胞生物学实验室可以进行的工作。特定DNA区域的特定SNP在特定群体的序列验证和频率分析以及SNP与特定生理/病理状态关系的研究是SNP研究的主要方面。

生物大分子在单链旋转时由取代基因形成不同立体结构而产生不同的构象,这种结果改变不涉及共价键破坏.DNA 片段双链形成单链后,在非变性条件下会折叠成不同的空间构象,单链这种构象会因个别核苷酸置换而改变,长度相同或相近的单链在电泳时由于构象不同而具不同迁移率,从而显示出多态性. 在SSCP 分析时,应先将扩增后的DNA 片段变性为单链,然后在非变性聚丙烯酰胺凝胶中电泳。

基本原理是利用DNA 分子的变性杂交特性,通过DNA 芯片上的固定探针或样品DNA 与游离样品DNA 或探针杂交来推断未知靶分子,杂交发生与否可采用荧光标记技术来检测. 由于该技术可将大量探针同时固定于支持物上,所以一次可以对大量DNA 分子进行检测分析,解决了传统印迹杂交技术复杂、自动化程度低、检测目的分子少、效率低的问题. 近年来的实验结果指出,一次实验就可以同时分析成千个多态性。

基因单碱基多态检测的芯片一般采用等长移位设计法，即按靶序列从头到尾依次取一定长度的互补的核苷酸序列形成一探针组合，这组探针是与靶序列完全匹配的野生型探针，然后对于每一野生型探针，将其中间位置的某一碱基分别用其它三种碱基替换，形成三种不同的单碱基变化的核苷酸探针，这种设计可以对某一段核酸序列所有可能的SNPs位点进行扫描。

毛细管电泳是近年出现的高效快速分离分析技术,泛指在散热效率高的20～100 um 的细管内利用有或无凝胶筛选机制和高强度电场的双重作用下,DNA 片段因离子表面积和分子外形变异导致迁移时间的不同检测SNP.

    如果希望大规模、准确、快速发现SNP，Sanger测序越来越成为主流技术。由于DNA Sanger测序能够准确、直接反映序列差异，且成本日益降低，目前国际上应用最为广泛的还是通过Sanger测序来进行SNP研究。目前大规模Sanger测序的技术已经相当成熟，与过去相比Sanger测序变得越来越快捷和便宜，使采用Sanger测序进行大规模SNP发现成为可能。

RFLP只能检测到SNP的一部分。此方法仅能判断SNP的有无而不能知道碱基类型，因此发现的SNP要再进行Sanger测序确认。

Chapter 10 外源基因在真核细胞中的表达

 

遗传转化方法: 农杆菌介导转化法,外源基因直接导入法

常用于植物遗传转化的农杆菌有发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)和根癌农杆菌(A.tumefaciens)。外植体与农杆菌的共培养是获得转化植株的主要途径。外植体的种类很多，如下胚轴、子叶柄、叶、根、花粉、小孢子、原生质体、萌生种子、花茎切段和薄层细胞等。研究表明，侵染时间、菌液浓度、抗生素种类及浓度、预培养和共培养时间等都显著影响着农杆菌的侵染及芽的再生

在作物的遗传转化中，有越来越多的研究倾向于采用外源基因直接转化法，因其不受宿主范围的限制，也不需使用特定的载体。近来兴起并发展起来的有基因枪法，激光微束穿刺法和超微注射法、电穿孔法、PEG直接转化法、花粉管转化法等遗传转化方法。

基因枪法 (Particle gun): 亦称微弹轰击法，根据动力不同，可分为：火药基因枪,高压放电基因枪,高压气体基因枪

材料预处理→微弹处理（加CaCl₂ 亚精胺）→装枪（注意无菌操作）→轰击→过渡培养→选择培养

 

受体为完整细胞，不受宿主限制，受体培养条件简单，转化率10^-2-10^-3，但是操作复杂，设备昂贵。可用于单子叶植物转化，多产生嵌合体。

是利用聚焦到纳米级的激光微束对组织进行穿刺，引起细胞膜的可逆性穿孔，从而导入外源DNA的一种基因直接转化技术。

受体是原生质体，不受宿主限制，受体培养条件简单，转化率10^-2-10^-3，但操作复杂，设备昂贵，可用于单子叶植物转化，不产生嵌合体。

显微操作，工具有吸附针核注射针

受体是原生质体，不受宿主限制，受体培养条件简单，转化率10^-2-10^-3，但是操作复杂，设备昂贵，可用于单子叶植物转化，不产生嵌合体。

卡那霉素是最常用且选择效果非常好的抗生素，但随着植物材料和转化方法的不同，卡那霉素的筛选效果差异很大。 

潮霉素磷酸转移酶能产生潮霉素抗性。已经发现，潮霉素对油菜子叶柄的再生有着很强的抑制作用，随着抗生素浓度的升高，子叶柄的再生能力急剧下降，在实验中采取选择压递增的方法 

大量的研究表明，低水平的选择压可以得到更多的再生芽，但随后需高水平的选择压来去除逃脱选择的非转化体，即压力递增法。

报告基因：主要有绿色荧光蛋白基因、Luc和Gus

绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）基因。由于GFP含有特殊的六肽生色团结构，所以当用蓝紫光照射激发时能发出清晰可见的绿色荧光，无须任何底物和辅助因子。GFP基因也能耐受氨基酸末端融合而保持其天然蛋白活性，在研究植物亚细胞定位、植物与微生物的关系和信号传导方面都有广泛的应用，作为有效的报告基因用于植物的遗传转化则更为方便快捷。

目前在遗传转化中所使用的启动子主要有：CaMV35S启动子、组织器官特异性表达启动子和损伤诱导型启动子 

除瞬时表达系统外，目前在绝大多数作物转基因植株中，外源基因均能稳定整合，并能组成型表达或在受到外界刺激后表达，还能稳定地遗传给后代。经过几代的选育，可获得纯合的转基因株系。研究表明，其遗传表现多为一对基因，为显性性状，遵循孟德尔遗传规律。叶绿体转基因为多基因拷贝，表现母系遗传特性。