CN101684487B - 一种真姬菇工厂化栽培菌株的ssr分子标记鉴别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鉴别真姬菇工厂化栽培菌株的方法,即采用分子标记法中的SSR标记对真姬菇工厂化栽培菌株进行鉴别。本发明利用真姬菇相近食用菌物种的已知DNA序列,设计筛选SSR引物序列,成功构建了SSR标记图谱,实现了对真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别。采用本方法能够快速、准确、经济的鉴别真姬菇工厂化栽培菌株。
Description
技术领域
本发明涉及菌株的分子生物学鉴别方法,具体涉及真姬菇工厂化栽培菌株的SSR分子标记鉴别方法。
背景技术
真姬菇[Hypsizygus marmoreus(Peck)Bigelow],又名蟹味菇、海鲜菇、鸿喜菇、玉蕈、胶玉蘑,隶属于担子菌亚门、层菌纲、伞菌目、白蘑科、离褶菌族、玉蕈属,是一种质地脆嫩,味道鲜美,营养丰富,具有多种保健功效的珍稀食用菌,深受广大消费者的喜爱。
我国的科研院所和食用菌工厂已研发出适宜工厂化栽培的新菌株,具有高产、优质、抗逆性强的特点。随着真姬菇在国内、外市场消费的进一步扩大,大量的真姬菇出口到海外,由于食用菌具有无性繁殖的特点,任何企业或个人,只要在市场上购买了真姬菇产品,就可以通过简单的组织分离获得菌种。因此,加强对该生产菌种知识产权的保护,防范国外其他企业的不正当竞争,是提高企业核心竞争力的关键。同时作为中国的一种重要的菌种资源,通过知识产权进行保护,在国际竞争中也显得尤为重要。
传统的食用菌菌种的鉴别主要依据子实体形态特征的描述,如子实体的形状、大小和颜色,表面是否光滑、粗糙或有毛,菌肉的质地和气味,菌盖与菌褶或菌管分离的难易程度以及孢子印的色泽等,在属及以上分类单元中可以区分明显,但在种及以下分类单元的鉴别中,表现不稳定或常引起分歧,准确性大打折扣。主要因为真菌的某些形态特征和生理生化指标易受外界环境和栽培条件的影响,如空气湿度、温度、CO2浓度、培养基种类等因素都有可能影响其子实体的形态特征和生理生化指标,许多检验结果难以量化,并且难以区分变异来源,影响品种遗传特性的判断。因此,急需一种准确可靠,操作简便,成本低廉的鉴别方法。分子标记法是比较好的选择。分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础,是DNA水平遗传物质的直接反应,其优点:(1)不受外界环境条件和生长发育阶段的影响;(2)标记数量多,可覆盖整个基因组;(3)存在着许多等位变异,多态性丰富;(4)许多分子标记表现为共显性,能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型,可提供完整的遗传信息。
但是现有分子标记都有一定的缺陷。
RFLP,这种方法要经过Southern杂交,操作复杂,工作量大,最重要的是它一般选用单拷贝探针,标记数量相对较少,多态性较低,DNA的用量多,相对要求DNA较完整,而且使用酶切反应,要求DNA纯度也较高。
RAPD,降解了的模板DNA在扩增时对模板浓度很敏感,即不同的浓度会出现不同的扩增式样。而且,这种方法在扩增反应时要求模板尽量少含杂质,对于材料中多糖与多酚等物质必须尽可能的去除。最重要的是,RAPD使用低温复性,通常为36℃(温度在36℃以下,小于1℃的变化就会得到完全不同的扩增样式),特异性低,引物与模板间有较高的错配率,而且重复性低,即便同一实验室也不易重复,不同的实验室间更是缺乏可比性。
AFLP,程序复杂,其实验程序比RAPD和SSR复杂得多,操作比较麻烦。而且AFLP的第一步就是制备高分子量的基因组DNA,然后酶切。
DNA测序,测序成本较高,实验操作复杂,任何少量的DNA污染(如空气中的花粉、孢子和细菌,操作人员的头屑等)都会造成假阳性扩增,致使测序的片段来自DNA污染物,出现鉴定错误。因此这种方法对人员素质、仪器设备及经费的要求都较高。
相对而言,SSR(Simple sequence repeat简单重复序列)分子标记法操作简单,多态性丰富,重复性较好。但是它最大的不便就是其两端引物序列的设计。因为SSR序列两端序列的相对保守和单拷贝性,这种技术要在了解物种的基因背景并设计出相应的引物时应用,目前由于对真姬菇的分子信息知之甚少,国内外还没有采用SSR方法对真姬菇进行标记和鉴别报道。
发明内容
本发明目的在于提供一种真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法。采用该方法可准确快速经济的鉴别出真姬菇工厂化栽培菌株。
本发明克服了已往真姬菇工厂化菌株的鉴别缺陷,首次利用相近食用菌物种的已知DNA序列,设计筛选SSR引物序列,成功构建了SSR标记图谱,实现了对真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别。同时,为其他分子信息、遗传背景知之甚少的食用菌的SSR分子标记开发提供了有效的借鉴和方法。
需要说明的是,并不是所有设计出的SSR引物都能够扩增出条带,更不要说是特异性条带;就算可以扩增出特异条带的引物也不是都可以用来区分工厂化与非工厂化栽培的菌株。
为了达到上述目的,本发明的技术方案包括下列步骤:
1)样品总DNA的提取;
2)SSR位点两侧引物的筛选,其中SSR位点两侧引物选自与真姬菇Hypsizygusmarmoreus亲缘关系相近的食用菌物种的SSR标记的两翼引物;
3)PCR扩增;
4)PCR产物检测;
5)SSR指纹图谱分析及判定。
上述步骤1中,样品总DNA的提取可以是样品菌丝体或子实体的任一部分的总DNA的提取。
上述步骤2中,与真姬菇Hypsizygus marmoreus亲缘关系相近的食用菌物种包括香菇(Lentinula edodes)、糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)、灰盖鬼伞(Coprinuscinereus)。
上述与真姬菇Hypsizygus marmoreus亲缘关系相近的食用菌物种的SSR标记通过在与真姬菇亲缘关系相近的食用菌物种已公布的DNA序列中识别SSR获得。
较佳的,上述PCR引物选自下列引物对中的一组或多组:
引物名称 | 上游引物(5’-3’) | 下游引物(5’-3’) |
HSSR1 | ATGCCGTTCCAAAGATAC | TTGAAGCCTGACAGAGTG |
HSSR2 | GCGGTTGTTGTGGTGGT | CAGTCGGAGGGTCTTGG |
HSSR3 | CGTGAATCCAACCCTC | GAAACAGTCGGCTCCT |
HSSR4 | AGCAACCAAGGGAAAGAATG | AAGCAGTGGCTACAAAGGAG |
HSSR5 | AAAGATGCTGCTACTGC | TTCCAACCTTGCGATA |
HSSR10 | GAACCTCGCTCGCCACA | CGCCGAAGGGAAATACG |
HSSR11 | CTGCCACCAACCACTCTT | TATGCGACCTCATCTCCC |
HSSR14 | CCTCTGTATCCTCGTTGTC | TTGAAGCGTTTGTGGC |
HSSR16 | CGTCCTACATAGTTCCG | GAGTGAGGGTCTGAGTTG |
HSSR17 | GATGGGATGAAGGAACT | TGGCTTATTAGGGTGG |
HSSR20 | TGACGGGTGCTGTTTA | GAAGAGGCTGAATGTAGTG |
HSSR29 | TCCCGAAGAGGAAGGT | TCTGCCCAGTCCCAAC |
上述PCR引物的两端可以添加不定数的碱基保护、酶切位点或接头。也可以在合成引物时使引物带上荧光标记或是同位素标记。例如,添加不定数的碱基可根据PCR引物设计原则,在上述引物基础上,以上述引物为核心,两端添加1~15个碱基,使扩增条带更专一。
上述步骤3以样品总DNA为模板进行PCR扩增,其中,PCR引物即为步骤2筛选获得;
上述步骤4中,PCR的检测方法可采用常规的电泳及染色的方法,其中,染色方法可以采用溴乙啶(EB)、银染、荧光技术和同位素法。如果PCR引物带有荧光标记或同位素标记,也可直接进行荧光检测或同位素检测。
上述步骤5中,SSR指纹图谱结果分析及判定可以采用软件进行分析,也可以目测。具体的,SSR指纹图谱结果可采用聚类分析后进行判定。
本发明的有益效果是提供了鉴别真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,利用本方法可以在一个工作日内准确鉴定出真姬菇工厂化栽培菌株的真伪。采用本方法能够快速、准确、经济的鉴别真姬菇工厂化栽培菌株,这对建立工厂化栽培真姬菇品种的分子标记系统,保护菌种的知识产权,提升国内食用菌企业在国际市场的竞争力,都有重要的意义。同时,也为其他遗传背景薄弱食用菌的SSR分子标记的开发提供了方法。
附图说明
图1为本发明一具体实施的技术路线图。
图2为引物HSSR1扩增结果
图3为引物HSSR2扩增结果
图4为引物HSSR3扩增结果
图5为引物HSSR4扩增结果
图6为引物HSSR5扩增结果
图7为引物HSSR10扩增结果
图8为引物HSSR11扩增结果
图9为引物HSSR14扩增结果
图10为引物HSSR16扩增结果
图11为引物HSSR17扩增结果
图12为引物HSSR20扩增结果
图13为引物HSSR29扩增结果
图14为27个菌株的聚类分析图
图2-13中,M为marker,1~27为27个菌株,其中14~19为6个工厂栽培菌株,CK为阴性对照。注:部分图中CK中有微弱的100bp左右的带为引物二聚体,扣除阴性对照中的结果。
具体实施方式
本发明首先从真菌基因组计划网站FGP(http://fungalgenomics.concordia.ca)和NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)下载与真姬菇亲缘关系相近的食用菌物种已公布的DNA序列,利用软件从下载的序列中查找SSR,选择合适的SSR序列,利用软件设计SSR两翼引物;接着,利用CTAB法提取真姬菇工厂化栽培菌株及其他非工厂化栽培菌株的总DNA;然后利用上述引物和总DNA为模板进行PCR扩增,PCR产物进行电泳;最后,对电泳结果进行目测或软件分析,判定结果。
下面结合图1和实施例对本发明进一步说明,应理解,实施例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1
1、相近物种的DNA序列数据收集
从真菌基因组计划网站FGP(http://fungalgenomics.concordia.ca)和NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)下载香菇等真姬菇相近物种的长度大于150bp、5’和3’末端50bp碱基内不包含(T)5或(A)5的香菇(Lentinula edodes)、糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)、灰盖鬼伞(Coprinus cinereus)等亲缘关系较近的DNA序列。
2、DNA序列中发掘SSR
用GRAMENE网站提供的SSR鉴定工具SSRIT(Simple Sequence RepeatIdentification Tool)对下载的EST序列进行SSR鉴定(http://www.gramene.org/db/searches/ssrtool),或使用SSRHunter1.3软件结合人工进行SSR查找。识别标准为单、二、三、四、五和六核苷酸重复基序最小长度分别为15、8、5、4、3和3次。
3、PCR引物设计
选取符合条件的SSR利用Primer3软件(http://redb.ncpgr.cn/modules/redbtools/primer3.php)或DNAstar软件包中的Editseq和Primerselect软件或其他引物设计软件设计引物。引物设计的主要参数为:引物长度为17~24bp;PCR产物大小为90~400bp;引物退火温度为45℃~65℃,上下引物之间退火温度相差不超过2℃;(G+C)含量为40%~60%,最适为50%。引物由生物工程公司合成。共设计出引物30对。
4、材料及CTAB法提取总DNA
材料为上海农业科学院食用菌所菌种保藏中心提供的真姬菇非工厂化栽培菌株21株和6个工厂化栽培菌株。用CTAB法提取基因组DNA略有改进。—20℃冷冻干燥的香菇菌丝研磨成粉末,加入65℃预热的2×CTAB抽提液[2%(W/V)CTAB;100mmol/L Tris·HCI,pH8.0;20mmol/L EDTA,pH8.0;1.4mol/LNaCl],65℃保温45min以上,间或轻摇混匀,然后12000r/min室温离心20min;取上清加入等体积的苯酚:氯仿:异戊醇(25:24:1),轻轻混匀30min以上,12000r/min室温离心20min;上清夜移入新离心管中,加入2/3体积的—20℃预冷的异丙醇,轻轻摇动5min,8000r/min室温离心10min;去掉上清,用75%乙醇10mmol/L KAC抽提2~3次,每次8000r/min室温离心10min,再加入预冷的95%的乙醇,轻轻上下颠倒,12000r/min室温离心20min;弃去乙醇,真空抽干或自然晾干,加入200μLTE buffer,轻轻敲打使沉淀溶解加入1μL10mg/mL RNase(由Boudder公司提供)37℃水浴,保温1h,去除RNA。DNA提取物—20℃冰箱贮藏备用。
5、PCR扩增及其产物电泳
PCR扩增反应体系为25μL:25ng/μLDNA(可以是浓度为20~30ng/μL)1μL,0.4μmol/L上游引物,0.4μmol/L下游引物,10×PCR buffer2.5μL,25mmol/LMgCl22μL,10mmol/L dNTP0.25μL,以及5U/μLTaq polymerase0.2μL。PCR扩增反应程序为:94℃变性3min,然后是35个循环(94℃变性30s,48℃复性40s,72℃延伸30s),最后72℃延伸10分钟。
琼脂糖凝胶电泳检测PCR扩增结果,溴乙啶(EB)染色,G:BOX SYNGENE凝胶成像系统成像拍照。设计的30对引物中,有12对引物成功扩增,并表现出菌株特异性条带,这12对引物序列如下:
引物名称 | 上游引物(5’-3’) | 下游引物(5’-3’) |
HSSR1 | ATGCCGTTCCAAAGATAC | TTGAAGCCTGACAGAGTG |
HSSR2 | GCGGTTGTTGTGGTGGT | CAGTCGGAGGGTCTTGG |
HSSR3 | CGTGAATCCAACCCTC | GAAACAGTCGGCTCCT |
HSSR4 | AGCAACCAAGGGAAAGAATG | AAGCAGTGGCTACAAAGGAG |
HSSR5 | AAAGATGCTGCTACTGC | TTCCAACCTTGCGATA |
HSSR10 | GAACCTCGCTCGCCACA | CGCCGAAGGGAAATACG |
HSSR11 | CTGCCACCAACCACTCTT | TATGCGACCTCATCTCCC |
HSSR14 | CCTCTGTATCCTCGTTGTC | TTGAAGCGTTTGTGGC |
HSSR16 | CGTCCTACATAGTTCCG | GAGTGAGGGTCTGAGTTG |
HSSR17 | GATGGGATGAAGGAACT | TGGCTTATTAGGGTGG |
HSSR20 | TGACGGGTGCTGTTTA | GAAGAGGCTGAATGTAGTG |
HSSR29 | TCCCGAAGAGGAAGGT | TCTGCCCAGTCCCAAC |
6、SSR指纹图谱分析及判定
将有带或无带分布记录为1或0。
利用NTSYS-pc2.10e软件(Rohlf F.J.(2000)NTSYS-pc:NumericalTaxonomy and Multivariate Analysis System,Version2.1,User Guide.ExeterSoftware,New York)进行聚类分析。对SSR标记获得的原始0、1矩阵用SimQual程序求SM相似系数,并获得相似系数矩阵。用SHAN程序中的不加权成对群算术平均数方法UPCJMA进行系统聚类分析,并通过Tree plot模块生成聚类图。
电泳结果显示设计的SSR引物可以扩增出条带,通过电泳图能够将工厂化生产的菌株与非工厂化生产用菌株加以区分。有些一对引物就可以将它们区分,如引物HSSR5,18号生产用菌株不能扩增出条带,而其他菌株都可以扩增出1条或多条。有些通过多对引物的组合,可以将另外几个工厂化生产的菌株加以区分,如引物HSSR1+HSSR10组合引物,就可以将16号生产用菌株区分开——在引物HSSR1扩增中,16号菌株除引物二聚体条带外,无扩增条带,14号、19号也一样;在引物HSSR10中,16号扩增出2条,而14号、19号分别扩增出3条、4条。
如果在这些引物的两端加上荧光信号,就可以不需要经过电泳,PCR结束直接进行荧光检测,通过荧光的有无与强弱将菌株加以区分,将进一步缩短菌株鉴别的时间。
聚类分析结果(见附图)显示:工厂化栽培菌株14、15和16号菌株关系较近,聚为一支;18与19号菌株关系较近;17号则与其它生产用菌株有一定距离;同时,11号与12号为分离自同一子实体的不同部位,它们相似系数为100%,完全聚在一起,验证了本方法的真实有效性。
序列表
<110>上海市农业科学院食用菌研究所
<120>一种真姬菇工厂化栽培菌株的SSR分子标记鉴别方法
<130>080910
<160>24
<170>PatentIn version3.1
<210>1
<211>18
<212>DNA
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<220>
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<223>引物
<400>24
Claims (9)
1.一种真姬菇Hypsizygusmarmoreus工厂化栽培菌株的鉴别方法,包括下列步骤:
a.样品总DNA的提取;
b.SSR位点两侧引物的筛选,其中,SSR位点两侧引物选自与真姬菇Hypsizygus marmoreus亲缘关系相近的食用菌物种的SSR标记的两翼引物;
SSR位点两侧引物为下列引物对,是筛选得到的:
HSSR1:
上游引物5’-3’:ATGCCGTTCCAAAGATAC
下游引物5’-3’:TTGAAGCCTGACAGAGTG
HSSR10:
上游引物5’-3’:GATGGGATGAAGGAACT
下游引物5’-3’:TGGCTTATTAGGGTGG;
c.PCR扩增,采用HSSR1和HSSR10引物对进行;
d.PCR产物检测;
e.SSR指纹图谱分析及判定。
2.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述步骤a中,样品总DNA的提取为样品菌丝体或子实体的任一部分的总DNA的提取。
3.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述与真姬菇Hypsizygus marmoreus亲缘关系相近的食用菌物种选自香菇Lentinula edodes、糙皮侧耳Pleurotus ostreatus和灰盖鬼伞Coprinus cinereus。
4.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述引物的两端添加碱基保护、酶切位点或接头。
5.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述引物带有荧光标记或同位素标记。
6.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述步骤d中,PCR的检测方法为电泳及染色的方法。
7.如权利要求5所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,对带有荧光标记或同位素标记的引物,电泳后直接进行荧光或同位素检测。
8.如权利要求6所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述染色方法选自溴乙啶、银染、荧光技术或同位素法。
9.如权利要求1所述真姬菇工厂化栽培菌株的鉴别方法,其特征在于,所述步骤e中,SSR指纹图谱结果分析及判定采用软件分析或目测。
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