CN101608198B - 建立油菜细胞质类型特异pcr标记以及快速鉴定油菜细胞质类型的方法 - Google Patents
建立油菜细胞质类型特异pcr标记以及快速鉴定油菜细胞质类型的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,以及利用建立的该油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记,用于快速鉴定油菜细胞质类型的用途。本发明主要通过以已知细胞质类型油菜和待鉴定的油菜基因组DNA为模板,用3对特异PCR引物,对已知Nap、Pol、Cam、Ogu和改良Ogu细胞质类型油菜基因组DNA进行一步多重PCR扩增,以及扩增产物的分析,建立了Nap、Pol、Cam、Ogu和改良Ogu细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记,根据这些特异分子标记,可以快速鉴定出待测甘蓝型油菜的细胞质类型。用本发明方法鉴定油菜细胞质类型,具有快速、简单、结果准确、成本低廉、可重复性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及油菜细胞质类型的鉴定,尤其涉及建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,以及利用建立的标记快速鉴定油菜细胞质类型的方法。
背景技术
油菜细胞质具有高度异质性,是由细胞质基因组载体-线粒体基因组DNA序列决定的,不受油菜细胞核基因以及环境因素的影响。目前,国内外已报道的油菜细胞质类型较多,常见的细胞质类型主要有:Nap细胞质类型(Nap)、波里玛系统细胞质(Pol)/陕2A细胞质类型、Cam细胞质类型、萝卜质细胞质类型(Ogu)等。
目前,油菜细胞质类型主要通过普通遗传学方法研究、线粒体基因组DNA的限制性酶切片段长度多态性(即mtDNA-RFLP)标记2种进行鉴定。用普通遗传学方法对正常油菜品种的细胞质类型鉴定,一般用待测油菜品种做母本(人工去雄),与某种已知细胞质雄性不育类型的保持系杂交,根据该组合F2群体中是否出现不育株,来确定待测品种的细胞质类型。如果F2群体出现不育株,则说明待测品种具有该种不育胞质;如果全可育,则说明待测品种具有相对于该种不育胞质来说,称为正常可育的胞质。该方法需要进行油菜杂交试验,一般需要3个时代(2~3年)时间;费时费力,且每种杂交组合只能确定待鉴定油菜和某种已知胞质类型的油菜是否为相同的细胞质;如果不是相同的细胞质类型,则仍不能确定待鉴定油菜的细胞质到底是那种类型。利用上述遗传学方法,Shiga(1976,1977,1978)对来自日本和欧洲的162个油菜品种,胡琼等(1992)对来自8个国家的43个油菜品种的细胞质类型进行了鉴定。随着分子生物学理论和技术的发展,有些研究者已通过分离提取油菜线粒体基因组(mtDNA),利用mtDNA-RFLP标记(杨光圣等,中国农业科学,1998,31(1):27-31)或基因组重复序列的PCR技术(rep-PCR)(程计华等,作物学报,2008,34(11):1946-1952)区别和鉴定油菜各种细胞质类型。利用这两种分子标记方法鉴定油菜细胞质类型,与普通遗传学方法比较,实验周期大大缩短,但是都需分离纯化油菜线粒体和提取线粒体DNA,且mtDNA-RFLP方法需要进行mtDNA的限制性酶切和酶切片段的分离检测,操作程序繁琐、复杂、技术难度大而且成本高。
目前,甘蓝型油菜Nap细胞质类型的线粒体全基因组已被测序。国内外研究已表明,不同油菜细胞质类型的mtDNA组织结构差异较大;油菜细胞质雄性不育系的线粒体基因组中具有与其细胞质雄性不育相关的特异基因片段。研究已揭示出Ogu、Nap和Pol等不育系的不育性状相关的线粒体基因序列分别为其mtDNA的特异读码框Orf138、orf222/nad5c、以及Orf224/atp6。危文亮等(2005,中国农业科学,38(10):1965-1972)根据油菜线粒体基因Orf138、orf222/nad5c、以及Orf224/atp6序列和已发表的拟南芥线粒体基因组序列设计PCR引物,可特异扩增出目标片段。程计华等(作物学报,2008,34(11):1946-1952)也得到类似的实验结果。mtDNA这些特异基因序列是受细胞质遗传的,不受油菜细胞核基因以及环境因素的影响。因此,依据不同细胞质类型油菜线粒体DNA特异序列开发的分子标记可作为鉴定油菜细胞质类型的可靠分子标记。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,以及利用建立的该油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记,用于快速鉴定油菜细胞质类型的用途。
为了实现上述任务,本发明采取如下的技术解决方案:
一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
1)以已知细胞质类型的甘蓝型油菜:包括Nap类型、Pol类型、Ogu类型和Cam类型的gDNA为模板,用以下3对扩增引物对目标基因Orf138、orf222/nad5c、orf224进行一步多重PCR扩增,其中:
第一对引物的序列为:
GAAACGGGAAGTGACAAT
GCATTATTTTCTCGGTCCAT;
第二对引物的序列为:
AGCTGTCTGGAGGGAATC
GCGGTCTCACGCACTAATC;
第三对引物的序列为:
AGCTGTCTGGAGGGAATC
ACGACATCAAGGAGGAAC;
第一对引物扩增目标基因是Orf138;第二对引物扩增目标基因是orf222/nad5c;第三对引物的扩增目标基因是orf224;
2)一步多重PCR扩增采用20ul的PCR反应体系,进行35个PCR循环反应,得到片段大小分别为465bp、500bp、747bp、800bp、1102bp的特异PCR标记,其中,465bp和500bp的标记标示Ogu细胞质类型,1102bp和800bp的标记标示nap细胞质类型,747bp和500bp的标记标示pol细胞质类型,800bp和500bp的标记标示Cam细胞质类型,1102bp和465bp的标记标示改良ogu细胞质类型。
本发明以油菜基因组DNA(gDNA)为模板,用已报道的线粒体基因Orf138、orf222/nad5c、orf224/atp6区域的特异引物,提供了一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,并提供利用建立的特异PCR标记快速鉴定油菜细胞质类型的方法。采用本发明的方法,只需要3-5天就可以实现对多个待测油菜材料的细胞质类型鉴定和区分。
与现有技术相比,本发明具有的优点和效果如下:
1、与普通遗传学研究鉴定细胞质类型的方法相比,本发明无需进行油菜种植和杂交试验,建立基于油菜mtDNA序列结构差异的特异PCR标记,利用特异分子标记鉴定油菜细胞质类型,省时、省力、准确、快速。
2、与利用mtDNA-RFLP和rep-PCR标记鉴定油菜细胞质的技术相比,本发明无需分离纯化油菜线粒体和提取线粒体DNA;且与利用mtDNA-RFLP标记比较,无需进行mtDNA的限制性酶切和酶切片段的分离检测,只需提取待测油菜基因组DNA,直接以基因组DNA为模板,进行PCR扩增,即可鉴定待测油菜的细胞质类型。本发明操作简单,省时省力,且大大降低了鉴定成本。
3.本发明首次利用3对序列特异PCR引物,对已知Nap、Pol、Cam、Ogu和改良Ogu细胞质类型油菜基因组DNA进行一步多重PCR扩增,以及扩增产物的分析,建立了Nap、Pol、Cam、Ogu和改良Ogu细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记,根据这些特异分子标记,可以快速鉴定出待测甘蓝型油菜的细胞质类型。用本发明方法鉴定油菜细胞质类型,快速、简单、结果准确、成本低廉。
附图说明
图1是显示根据本发明建立油菜细胞质类型特异PCR标记方法得到的Nap、Pol、Cam、Ogu和改良Ogu细胞质类型油菜一步多重PCR产物电泳图谱和标示上述细胞质类型的特异标记。
图2是显示部分油菜材料一步多重PCR产物电泳图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细的说明。
具体实施方式
本发明通过一步多重PCR技术,建立了标示油菜Nap、Pol、Cam、Ogu等细胞质类型的特异PCR标记,通过利用这些特异PCR标记可以快速鉴定待测油菜的细胞质类型。
本发明以油菜基因组DNA(gDNA)为模板,用已报道的线粒体基因Orf138、orf222/nad5c、orf224/atp6区域的特异引物,提供了一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,并提供利用建立的特异PCR标记快速鉴定油菜细胞质类型的方法。采用本发明的方法,只需要3-5天就可以实现对多个待测油菜材料的细胞质类型鉴定和区分。
首先,用本领域共知的CTAB方法分别提取已知Nap、Pol、Cam和Ogu细胞质类型油菜和待鉴定油菜的基因组DNA;其次,分别以提取的已知细胞质类型油菜和待鉴定油菜基因组DNA为模板,利用本发明所述的3对PCR引物和一步多重PCR方法进行PCR扩增;按照本发明所述的PCR扩增产物的检测方法进行检测、照相;最后,比较待鉴定油菜和已知细胞质类型油菜PCR产物电泳图谱,确定待鉴定油菜的细胞质类型。
以下是发明人给出的实施例:
实施例1:
利用一步多重PCR技术建立油菜Nap、Pol、Cam、Ogu细胞质类型的特异PCR标记:
本实施例所利用的PCR引物序列、所扩增的目标基因、扩增片段的大小以及所标示的细胞质类型如下列表1所示:
表1:PCR引物序列、扩增目标基因、扩增片段大小以及所标示的细胞质类型
以已知细胞质类型的甘蓝型油菜:包括Nap、Pol、Ogu和Cam细胞质类型甘蓝型油菜的gDNA为模板,用表1所示3对引物进行一步多重PCR扩增,建立上述细胞质类型目标基因的特异PCR标记。
上述一步多重PCR扩增采用20ul反应体系,其中包括:10mM Tris-HCl、50mM KCl、1.5mM MgCl2、250μM四种dNTP、0.5μM各条引物、0.5UTaq DNA酶(Tiangen biotech.Co.,Beijing,China)和50ng基因组DNA。PCR扩增循环反应程序为:
变性:94℃ 2min
延伸:72℃ 7min
对PCR扩增产物进行检测,取5ul PCR产物用2%的琼脂糖凝胶电泳,100V电压下电泳35min左右,电泳缓冲液为TAE buffer(含40mM Tris-HAc、2mM EDTA);溴化乙锭染色;用凝胶成像系统观察、照相,得到PCR产物电泳图谱,以及Nap、Pol、Cam、Ogu等细胞质类型油菜的一步多重PCR特异标记。其中,附图1中的1泳道和2泳道的带型分别为改良Ogu和Ogu细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记;3泳道和5泳道的带型为Pol细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记;4泳道和7泳道的带型为cam细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记;6泳道和8泳道的带型为Nap细胞质类型油菜一步多重PCR特异标记;M泳道为标准DNA marker。
实施例2:
发明人利用本发明的上述方法,鉴定了国内外141份油菜材料的细胞质类型。
以待测油菜基因组DNA为模板,同时用上述3对引物,采用上述20ulPCR反应体系和循环反应条件,进行一步多重PCR扩增;将PCR产物电泳图谱与上述建立的各细胞质类型油菜标准图谱进行对比,即可快速确定待测油菜的细胞质类型。部分待测油菜材料一步多重PCR产物电泳图谱见说明书附图2,其中图中M泳道为标准DNA marker;其它泳道为待检油菜材料。141份油菜材料的名称及鉴定结果见下列表2。
表2:国内外141份油菜品种(系)细胞质类型鉴定结果
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
1 | Rwsiu | Op | Germany | Nap |
2 | Nevin | Op | English | Nap |
3 | Celebra | Op | Canada | Nap |
4 | Belinda | Op | Canada | Nap |
5 | Heateol | Op | Canada | Nap |
6 | Tapidor | Op | France | Nap |
7 | Libra | Op | Germany | Nap |
8 | Wesbery-1 | Op | Australia | Nap |
9 | Wesbell | Op | Australia | Nap |
10 | Expander | Op | Germany | Nap |
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
11 | tribute | Op | Canada | Cam |
12 | Westar | Op | Canada | Nap |
13 | Ac Elect | Op | Canada | Nap |
14 | Holly | Op | Canada | Nap |
15 | Excel | Op | Canada | Nap |
16 | SP Armada | Op | Canada | Nap |
17 | Midas | Op | Canada | Nap |
18 | 中双2号 | Op | China | Cam |
19 | 11087 | Op | China | Cam |
20 | 1123 | Op | China | Cam |
21 | 中2 | Op | China | Cam |
22 | 浙双72 | Op | China | Cam |
23 | 沪油17 | Op | China | Nap |
24 | 宁油18 | Op | China | Nap |
25 | 晋油7号 | Op | China | Nap |
26 | 川油18 | Op | China | Nap |
27 | 绵恢2号 | Op | China | Nap |
28 | 中油821 | Op | China | Nap |
29 | 中5R | Op | China | Nap |
30 | D89 | Op | China | Nap |
31 | 中双7号 | Op | China | Nap |
32 | 中双9号 | Op | China | Nap |
33 | 中双5号 | Op | China | Nap |
34 | 中双6号 | Op | China | Nap |
35 | 川油18 | Op | China | Nap |
36 | 川油20 | Op | China | Nap |
37 | 中双4号 | Op | China | Nap |
38 | 史力丰 | Op | China | Nap |
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
39 | 青油14 | Op | China | Nap |
40 | 秦油3号 | Op | China | Nap |
41 | 华双4号 | Op | China | Nap |
42 | 浙双758 | Op | China | Nap |
43 | 高油605 | Op | China | Nap |
44 | 沪油15 | Op | China | Nap |
45 | 3024 | Op | China | Nap |
46 | 中双10号 | Op | China | Nap |
47 | 苏油9号 | Op | China | Pol |
48 | CZ45 | Op | Czech | Nap |
49 | CZ49 | Op | Czech | Nap |
50 | Baros | Op | Czech | Nap |
51 | Cancan | Op | Czech | Nap |
52 | Cando | Op | Czech | Nap |
53 | Catonic | Op | Czech | Nap |
54 | Navajo | Op | Czech | Nap |
55 | Pilot | Op | Czech | Nap |
56 | Ramiro | Op | Czech | Nap |
57 | Rasmus | Op | Czech | Nap |
58 | Slogan | Op | Czech | Nap |
59 | Viking | Op | Czech | Nap |
60 | Sollux | Op | Dermany | Nap |
61 | Bronowski | Op | Europe | Cam |
62 | ww1291 | Op | Europe | Cam |
63 | 农林36号 | Op | Japanese | Nap |
64 | 农林41号 | Op | Japanese | Nap |
65 | Ceres | Op | NPZ | Nap |
66 | Jetton | Op | NPZ | Nap |
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
67 | Casino | Op | SW | Nap |
68 | KS9124 | Op | USA | Cam |
69 | KS3018 | Op | USA | Cam |
70 | KS3132 | Op | USA | Cam |
71 | KS3357 | Op | USA | Cam |
72 | KS9135 | Op | USA | Cam |
73 | Abilene | Op | USA | Cam |
74 | Plainsman | Op | USA | Cam |
75 | KS2185 | Op | USA | Nap |
76 | KS3068 | Op | USA | Nap |
77 | KS3073 | Op | USA | Nap |
78 | KS3077 | Op | USA | Nap |
79 | KS3254 | Op | USA | Nap |
80 | KS3350 | Op | USA | Nap |
81 | KS4085 | Op | USA | Nap |
82 | KS4114 | Op | USA | Nap |
83 | KS7436 | Op | USA | Nap |
84 | KS2002 | Op | USA | Nap |
85 | KS3017 | Op | USA | Nap |
86 | KS3073 | Op | USA | Nap |
87 | KS3074 | Op | USA | Nap |
88 | KS3248 | Op | USA | Nap |
89 | KS3302 | Op | USA | Nap |
90 | KS4022 | Op | USA | Nap |
91 | KS4160 | Op | USA | Nap |
92 | KS4322 | Op | USA | Nap |
93 | Sumner | Op | USA | Nap |
94 | Wichita | Op | USA | Nap |
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
95 | pol B | line | China | Cam |
96 | 陕2B | line | China | Cam |
97 | 8C | line | China | Cam |
98 | D169 | line | China | Cam |
99 | Y2 | line | China | Cam |
100 | 161 | line | China | Cam |
101 | (CV*中油杂2号)后代 | line | China | Nap |
102 | 373s | line | China | Nap |
103 | 373s | line | China | Nap |
104 | Co22 | line | China | Nap |
105 | 7A346-8S | line | China | Nap |
106 | 秦7父本 | line | China | Nap |
107 | 82089 | line | China | Nap |
108 | 6206 | line | China | Nap |
109 | 9558 | line | China | Nap |
110 | Y7 | line | China | Nap |
111 | Y5 | line | China | Nap |
112 | C105 | line | China | Nap |
113 | C116 | line | China | Nap |
114 | Danza C1 | line | China | Nap |
115 | 甘杂1号后代 | line | China | Pol |
116 | pol A | line | China | Pol |
117 | 陕2A | line | China | Pol |
118 | 花叶恢复系 | line | China | Pol |
119 | 陕2C | line | China | Pol |
120 | 秦8后代 | line | China | Pol |
121 | 220 | line | China | Pol |
122 | Y6 | line | China | Pol |
材料编号 | 品种名称 | 品种类型 | 来源 | 细胞质类型鉴定结果 |
123 | C103 | line | China | Pol |
124 | C104 | line | China | Pol |
125 | C128 | line | China | Pol |
126 | C3 | line | China | Pol |
127 | 227 | line | China | Pol |
128 | F3(青杂2号*中7) | line | China | Pol |
129 | 蜀杂6号后代 | line | China | Pol |
130 | 汇油50S | line | China | Pol |
131 | 秦7后代 | line | China | Pol |
132 | 沪杂油1号后代 | line | China | Pol |
133 | L589 | line | China | Pol |
134 | Cz06 | line | Czech | Nap |
135 | Cz05 | line | Czech | Nap |
136 | CZ04 | line | Czech | Nap |
137 | Add1_4 | line | Ukraine | Nap |
138 | Add2_3 | line | Ukraine | Nap |
139 | Add3_1 | line | Ukraine | Nap |
140 | Add4_1 | line | Ukraine | Nap |
141 | Add5_2 | line | Ukraine | Nap |
注:Op,开放授粉品种;Line,自交系;
核苷酸序列表
<110>西北农林科技大学
<120>建立油菜细胞质类型特异PCR标记以及快速鉴定油菜细胞质类型的
方法
<140>
<141>
<160>6
<210>1
<211>18
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>1
GAAACGGGAAGTGACAAT
<210>2
<211>20
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>2
GCATTATTTTCTCGGTCCAT
<210>3
<211>18
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>3
AGCTGTCTGGAGGGAATC
<210>4
<211>19
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>4
GCGGTCTCACGCACTAATC
<210>5
<211>18
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>5
AGCTGTCTGGAGGGAATC
<210>6
<211>18
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>6
ACGACATCAAGGAGGAAC
Claims (3)
1.一种建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
1)以已知细胞质类型的甘蓝型油菜:包括Nap、Pol、Ogu、Cam和改良Ogu细胞质类型的甘蓝型油菜的gDNA为模板,用以下对扩增引物对目标基因Orf138、orf222/nad5c、orf224进行一步多重PCR扩增,其中:
第一对引物的序列为:
GAAACGGGAAGTGACAAT
GCATTATTTTCTCGGTCCAT;
第二对引物的序列为:
AGCTGTCTGGAGGGAATC
GCGGTCTCACGCACTAATC;
第三对引物的序列为:
AGCTGTCTGGAGGGAATC
ACGACATCAAGGAGGAAC;
第一对引物扩增目标基因是Orf138;第二对引物扩增目标基因是orf222/nad5c;第三对引物的扩增目标基因是orf224;
2)一步多重PCR扩增采用20μl的PCR反应体系,进行35个PCR循环反应,得到片段大小分别为465bp、500bp、747bp、800bp、1102bp的特异PCR标记,其中,465bp和500bp的标记标示ogu细胞质类型,1102bp和800bp的标记标示nap细胞质类型,747bp和500bp的标记标示pol细胞质类型,800bp和500bp的标记标示Cam细胞质类型,1102bp和465bp的标记标示改良ogu细胞质类型。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述20μl PCR反应体系和PCR循环反应如下:
20μlPCR反应体系包括10mM Tris-HCl、50mM KCl、1.5mM MgCl2、250μM四种dNTP、0.5μM各条引物、0.5U Taq DNA酶和50ng基因组DNA;
PCR循环反应程序为:
变性:94℃,2min;循环反应:94℃,30s,54℃,50s,72℃,70s,共35个循环;最后延伸:72℃,7min。
3.权利要求1所述的建立油菜细胞质类型目标基因特异PCR标记的方法在鉴定油菜细胞质类型中的应用,其特征在于,按以下步骤进行:
(a)以待测油菜基因组DNA为模板,重复权利要求1中所述的一步多重PCR扩增;
(b)检测PCR扩增产物,取步骤(a)中的5μlPCR产物用2%的琼脂糖电泳,100V电压下电泳35min左右,电泳缓冲液为TAE;溴化乙锭染色;用凝胶成像系统观察照相;
(c)将步骤(b)中得到的电泳结果与权利要求1建立的特异PCR标记进行比对,从而得出待测油菜的细胞质类型。
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CN101044838A (zh) * | 2007-04-30 | 2007-10-03 | 中国农业科学院油料作物研究所 | 油菜异源细胞质雄性不育系选育的方法 |
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2009
- 2009-04-30 CN CN2009100222970A patent/CN101608198B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101044838A (zh) * | 2007-04-30 | 2007-10-03 | 中国农业科学院油料作物研究所 | 油菜异源细胞质雄性不育系选育的方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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危文亮等.甘蓝型油菜新型细胞质雄性不育系NCa 不育胞质类型的分子鉴定.《中国农业科学》.2005,第38卷(第10期),1965-1972. * |
常建军.一种改良型Ogu CMS油菜的特征特性和油菜杂交组合的灰色评判.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 农业科技辑》.2009,(第1期),全文. * |
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