CN103049725B

CN103049725B - 一种农作物品种身份证管理方法

Info

Publication number: CN103049725B
Application number: CN201210475185.2A
Authority: CN
Inventors: 杨剑波; 陆徐忠; 马琳; 倪金龙; 马卉; 倪大虎; 李莉; 张小娟; 宋丰顺; 汪秀峰; 杨亚春
Original assignee: Rice Research Institute of Anhui Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Rice Research Institute of Anhui Academy of Agricultural Sciences; Anhui Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN103049725A

Abstract

本发明提供了一种农作物品种身份证管理方法，其特征在于，采集农作物品种身份信息并将其存储于服务器中，存储于服务器中的作物品种身份信息再通过数据转化器转换成一一对应的可读取的数字码、条形码或二维码；被采集的农作物品种在流通环节中以其对应的数字码、条形码或二维码进行标识，然后通过信息读取终端对农作物品种的数字码、条形码或二维码进行读取，农作物品种的身份信息再通过数据转化器以文字信息方式显示其的身份信息；所述文字信息方式是指存储在所述服务器中的未经过转换的采集信息。本发明通过构建农作物品种身份信息，然后以二维码等形式进行标识，再通过信息读取终端识别二维码，读取农作物品种的身份信息，为农作物品种的科学化和标准化管理提供便利。

Description

一种农作物品种身份证管理方法

技术领域

本发明属于农作物品种分子鉴定及品种质量管理的技术领域，具体地说，是利用农作物品种基本商品信息，结合品种DNA指纹信息及特异基因识别信息，构建农作物品种身份证并进行编码；为农作物品种的选育、实验、质量和市场管理以及产权保护提供技术支撑。

背景技术

品种种子是重要的农业生产资料，不同品种具有不同的生产能力和适应能力，一粒种子可以改变世界，说的就是优良农作物品种种子的重要性。“农作物品种”是指经过人工选育或发现并经过改良，形态特征和生物学特性一致，遗传性状相对稳定的植物群体。随着生物育种科学的进步，特别是基因技术的突破，新品种的创制和繁育能力大大提升，产出规模和速度也得到提高。据统计，2000-2011年间，全国各地通过审定的主要农作物品种总数逾万，其中水稻4384个，玉米3566个，小麦938个。这些品种的推广和使用对保证我国粮食安全，满足人们的多元化需求都发挥了极其重要的作用。但随着品种数目的急剧增多和种质交流的日趋频繁，加之目前多家繁育、多元经营的既定格局，种子市场中的“品种雷同”现象尤为严重，“同种异名”、“同名异种”、“假冒套牌”等现象更是屡屡发生，尤以品种“套冒牌”现象最为普遍（占据假种事件的80%以上），这不仅给农作物品种的选育、试验、质量和市场管理以及产权保护带来诸多困难，更会给农业生产造成不可挽回的损失。科学的管理和有效识别品种种子，不仅是农业生产的迫切要求，同时也是规范市场和保护知识产权的需要。由于缺乏一套统一规范、科学有效的身份管理的技术体系和制度体系，仅靠单一的管理制度和表型或分子鉴定，很难达到区别同类的唯一性要求和重现识别的可追溯性要求。要解决目前种子生产、经营和知识产权保护中存在的突出问题，变被动管理为主动管理，变多头分散的管理为统一系统的管理，变行政化的管理为科学化和标准化管理，必须建立科学规范的品种种子的身份证制度。

所谓身份证，顾名思义就是证实和区别身份的有效证明。它应具有唯一性、可识别（鉴别）性、可追溯性等特点，并可将反映身份的基本本质信息以数字、条码、图像等进行科学表述和系统规范，从而被社会接受和通用。然而，长期以来，人们对农作物品种的身份证的构建大多停留在应用分子手段进行DNA指纹图谱的构建上，这种DNA分子水平的身份证，虽然能够在一定程度上反映品种的本质差别，但由于重要商品信息的缺位，应用上有很大局限性；另外，对于一些亲缘关系较近的品种如近等基因系等难以做到准确区分，即无法实现其唯一性要求；第三，由于各种科研机构的研究方法不同，导致其建立的品种身份证模式不一、通用性不足，无法满足通用性和可追溯性的要求。

按照品种区别和鉴定的需要，将DNA水平上的一般性标记差异通过科学组合和规范排列，做成特征性电泳图谱，或应用计算机程序依据电泳图谱结果制作模拟指纹的图谱，通过这种指纹图谱的分析和比对，达到比较科学的鉴定和区别品种的目的。我们将具体品种重要商品信息与其特异的谱带指纹绑定，作为其身份的重要象征，并进一步将指纹图谱转化为一系列阿拉伯数字或字母，以数字或字母组合作为品种身份的代码。以DNA一般指纹信息为基础结合品种重要的商品信息、特异基因信息（如被转入的外源基因）等，便能满足品种身份证的唯一性、通用性和可追溯性要求。同时，把上述身份证信息以数字、条码、图像等进行科学表述和系统规范，从而更大程度地被社会接受和通用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，将农作物品种基本商品信息、DNA指纹信息及特异基因识别信息相结合，提出了一种农作物品种身份证管理方法。

本发明解决技术问题采用如下方案：

一种农作物品种身份证管理方法，其特征在于，采集农作物品种身份信息并将其存储于服务器中，存储于服务器中的作物品种身份信息再通过数据转化器转换成一一对应的可读取的数字码、条形码或二维码；被采集的农作物品种在流通环节中以其对应的数字码、条形码或二维码进行标识，然后通过信息读取终端对农作物品种的数字码、条形码或二维码进行读取，农作物品种的身份信息再通过数据转化器以文字信息方式显示其的身份信息；所述文字信息方式是指存储在所述服务器中的未经过转换的采集信息。

所述身份信息包括品种基本商品信息、DNA指纹信息及特异基因识别信息，所述基本商品信息由作物及品种类别码、区域码、时间码组成，所述品种类别码代表作物种类、亚种类以及作物类型，所述区域码代表作物育成或审定区域；所述时间码代表品种育成或审定的年份，所述DNA指纹信息是指以SSR标记分析得到的DNA指纹数据；所述特异基因识别码代表作物品种因转基因导入特异基因信息，即外源基因信息。

所述农作物品种是指经过人工选育或发现并经过改良，形态特征和生物学特性一致，遗传性状相对稳定的植物群体。

本发明通过构建农作物品种身份信息，然后以二维码等形式进行标识，再通过信息读取终端识别二维码，读取农作物品种的身份信息，为农作物品种的科学化和标准化管理提供便利。

附图说明

图1是本发明农作物品种身份证构建模型。

图2A-2D是本发明具体实施方式中棉花引物NAU2277、CIR246、BNL2449和JESPR65的特征带型（聚丙烯酰胺凝胶电泳）。

图3本发明具体实施方式中油菜引物Na14E08、BrAS084、CB10545、Na14G10和CN57的特征带型（聚丙烯酰胺凝胶电泳）。

图4-11是本发明具体实施方式中不同品种身份证所对应的条形码或二维码。

以下结合附图通过具体实施方式对本发明技术方案做进一步说明。

具体实施方式

农作物品种身份管理方法，该方法是预先在后台服务器存储农作物品种的身份证信息，其中身份证信息包括品种基本商品信息、DNA指纹信息及特异基因识别信息，如图1所示，品种身份证编码方式依据商品码（包括作物及品种类别码、区域码、时间码）、指纹码和补充码（特异基因识别码）的顺序，从前向后排列；其构建模型如下：

作物及品种类别码：以4位阿拉伯数字（或字母）表示作物及品种类别，其中第1-2位字母表示作物种类(如水稻、小麦、玉米等），第3位阿拉伯数表示栽培种或亚种种类，没有亚种分化的以“0”表示，第4位阿拉伯数表示品种类别（如杂交种或是常规种等）；

区域码：以2位阿拉伯数字表示品种育成或审定的区域；

时间码：以4位阿拉伯数字表示品种育成或审定的年份；

品种DNA指纹码：依据作物类型的不同，以不多于40位阿拉伯数字（或字母）表示DNA指纹数据；指纹信息是以SSR标记分析得到的DNA指纹数据。

特异基因识别码：以字母“T”及基因名称表示品种所转化的特异基因（外源基因）。

身份信息以数字码、条形码、二维码或电子芯片形式表达，然后通过信息读取终端读取农作物品种的身份信息，信息读取终端通过文字信息显示农作物品种的身份信息。

以下做进一步详细说明。

1. 农作物品种身份证的构成

采用农作物品种的基本商品信息（商品码）、DNA指纹信息（指纹码）及特异基因识别信息（补充码），共3类数据用于构建农作物品种身份证。

商品码由3类数据组成，作物品种类别码、区域码和时间码，共计10位阿拉伯数字（或字母）；指纹码由DNA指纹数据（SSR指纹数据等）构成，以不同作物类型而定，不多于40位阿拉伯数字（或字母）；补充码表示特异基因，以字母“T”及基因名称表示品种所转化的特异基因（外源基因）。

2. 农作物品种身份证信息录入方法：

2.1 作物及品种类别码

由4位阿拉伯数字（或字母）组成，用以标识作物品种类别等商品信息，其中第1-2位表示作物种类(如水稻、小麦、玉米等）；第3位表示栽培种或亚种种类（如水稻的籼、粳，油菜的甘蓝型、白菜型等），没有亚种分化的以“0”表示；第4位表示品种类别（如杂交种或常规种等）。

2.1.1作物种类

以作物拉丁学名的2位大写首字母表示。我国主要农作物包括6大类，分别为水稻、玉米、小麦、油菜、棉花、大豆等。代码如下：

表1. 作物种类代码

2.1.2 栽培种或亚种种类

几乎每一种作物在遗传上都可分为几个栽培种或亚种种类，代码如下：

表2. 作物栽培种或亚种种类代码

2.1.3 品种类别

品种类别反映农作物品种的杂交类型。代码如下：

表3. 品种类别代码

2.2 区域码

用各省份行政代码表示区域码，代表品种的育成或审定区域，包含2位阿拉伯数字。国审品种以“00”表示。当品种具多个审定编号或品种权号时，以初次育成或审定区域为准，区域代码如下：

表4. 中国各省份行政代码

2.3 时间码

用4位阿拉伯数字表示品种育成或审定的年份，如2000表示2000年审定，2011表示2011年审定，当品种具多个审定编号或品种权号时，以初次育成或审定时间为准。

2.4 品种DNA指纹码

以SSR标记分析的DNA指纹数据为例。

2.4.1 SSR标记的数量

由于不同作物的染色体数目各不相同，因此所使用的标记数目也应有所差异。一般选取多态性高，稳定性好，在染色体上均匀分布的SSR引物（平均每条染色体上定位1对引物），构成一组通用的核心引物，如水稻使用12对（表5），玉米10对，大豆20对，油菜19对（表6），棉花26对（表7），小麦21对。DNA指纹数据通过聚丙烯酰胺凝胶电泳（图1、图2）或毛细管荧光电泳读取。

表5. 12对水稻SSR核心引物信息

注：133份水稻骨干亲本和127份水稻标准样品材料统计结果。

表6. 19对油菜SSR核心引物信息

注：130份甘蓝行油菜骨干材料统计结果。

表7. 26对棉花SSR核心引物信息

注：92份陆地棉和3份亚洲棉骨干材料统计结果。

2.4.2 SSR指纹数据的记录

对于水稻、玉米、大豆等二倍体作物的SSR扩增谱带，每条主带表示1个等位基因, 在相同迁移位置上，有带记为“1”，无带记为“0”，按照分子量从大到小，排列梯度，以阿拉伯数字1-9进行编码，9个以上的等位基因，以大写英文字母A、B、C ……Z标注（如图2A-D）。单个SSR位点，用2位数字（或字母）表示，对于杂合带型，以大小顺序记录两条主带；对于纯合带型，主带重复记录1次。

对于棉花、油菜、小麦等多倍体作物，SSR扩增结果往往由多个条带组成，采用逐一记录引物多态性片段的方式进行数据统计，工作量大且易出现人为误差。本发明采用以带型（即条带的组合）为记录单元，将每种带型看作1个等位基因，按照带型从简单到复杂的原则，依次记录为1-9，9个以上的等位基因，以大写英文字母A、B、C……Z标注（图3）。单个SSR位点，用1位数字（或字母）表示，其中杂交种带型作为独立于亲本之外的新的带型进行记录。

2.5 特异基因识别码：

随着转基因育种技术、太空辐射育种技术、分子标记辅助选择下的多代回交等方法选育的品种越来越多，这些定向改良和培育的新品种，和原品种相比其实就是一个近等基因品种，只有很少基因差异（甚至是SNP的差异），因此区别和鉴定这类品种，必须在对个别目标基因分析和跟踪的基础上,建立特异基因识别信息，作为补充码排在主体号码的后边。如以“T”加标志基因名称（T-Bt即表示该品种被转基因导入了Bt基因）作为补充码表示植入了特异基因（外源基因）。

3. 农作物品种身份证的表述

依据品种名称、商品码（包括作物及品种类别码、区域码、时间码）、品种DNA指纹码和补充码（特异基因识别码）的顺序，从前向后排列，就构成了本发明所述的农作物品种身份证。

例1：水稻品种皖稻153（国审稻2008013）的身份证号码：

OS11002008172424146634457711442517，其含义为：皖稻153为水稻类(OS)，亚种种类为籼稻(1)，品种类别为杂交种(1)，品种审定区域为中国(00)，品种审定时间为2008年(2008)，品种DNA指纹为172424146634457711442517，为非转基因品种。

例2：转基因抗虫棉花品种鄂杂棉10号（国审棉2005014）的身份证号码：

GS1100200524324113233331433131132534T-Bt，其含义为：鄂杂棉10号为棉花类(GS)，栽培种种类为陆地棉(1)，品种类别为常规种(1)，品种初次审定区域为中国(00)，品种初次审定时间为2005年(2005)，品种DNA指纹为24324113233331433131132534，为转Bt基因抗虫品种（T-Bt）。

身份证号码除以数字（或字母）串表述外，还可以条形码、二维码或RIFD电子芯片方式进行表述。根据中国物品编码相关标准规定，条形码使用128码进行编码，如皖稻153的身份证号码为OS11342005123456789A87B54321123456，鄂杂棉10号的身份证号码为GS1100200524324113233331433131132534T-Bt其条形码分别如图4、图5所示，其二维码分别如图6、图7所示。

以下叙述本发明的实施例。应该说明，本发明的实施例只对本发明起说明作用，而没有任何限制作用。本领域技术人员可以对本发明作出某些等同的改动和显而易见的改进。

实施例1，杂交水稻皖稻153（国审稻2008013）品种身份证构建：

1、水稻基因组DNA：

取水稻种子若干粒，30℃下发苗，一周后单株幼苗移入2.0 mL离心管中；加液氮用玻棒充分研磨至粉末状，向离心管中加入700 μL 65℃预热的DNA提取液，65℃孵育1 h，每隔15 min颠倒混匀一次；加入等体积氯仿：异戊醇（24:1）混合液，轻缓混匀，室温静置15 min；10,000 g离心15 min，吸取上清液至另一支1.5 mL离心管中，再加入等体积异丙醇混匀，置于-20℃ 30 min，4℃、10,000 g离心10 min，弃上清，加入200 μL 70%乙醇洗涤沉淀；10,000 g离心10 min后弃去乙醇，室温干燥后加入50 μL灭菌水，充分溶解后备用。

2、PCR扩增：

利用12对SSR引物对皖稻153进行扩增分析（引物合成时分别以FAM、HEX、TAMRA、ROX等四种荧光基团修饰），PCR反应体系为：1×PCR缓冲液，2.5 mmol/L Mg²⁺，0.25 mmol/L dNTPs，0.2 μmol/L 正、反向引物，1.0U Taq DNA聚合酶，20 ng-40 ng样品DNA，总体积20 μL。反应程序为：95℃ 5 min，94℃ 30 s，55℃ 30 s，72℃ 40 s 循环35次，72℃ 5 min，4~12℃保存。

DNA提取液：81.7 g NaCl和20 g CTAB充分溶于适量水中，然后加入1 mol/L Tris-HCl 100 mL，0.5 mol/L EDTA 40 mL，定容至1000 mL，4℃贮存。

3、PCR产物的毛细管电泳结合荧光检测

将PCR产物稀释50倍，在96孔板的每个孔中分别加入9 μL 甲酰胺、0.1 μL内标和1 μL稀释后的PCR产物，在PCR仪上运行变性程序：95 ℃变性5 min，4 ℃冷却10 min以上。将样品板取出后，3000 rpm短暂离心，于DNA分析仪上进行毛细管电泳。预电泳15 KV，2 min；电泳15 KV，40 min。用Data Collection软件收集原始数据，用Genemapper软件对原始数据进行分析。

4、品种DNA指纹获得

12条引物在杂交水稻皖稻153中扩增片段，经由毛细管电泳直接读取后的大小分别为（先后顺序按染色体大小排序）：

71/105、142/150、137/141、168/184、76/76、124/126、152/157、132/132、127/127、136/136、97/108、113/131

转换成指纹码为：172424146634457711442517，其中第1、2位的1、7表示皖稻153中引物RM1的两个扩增片段（71/105）在RM1的等位基因梯度(多态性片段)中分别排第1位和第7位，第3、4位的2、4表示引物RM6的两个扩增片段（142/150）在RM6的等位基因梯度(多态性片段)中分别排第2位和第4位（表5），其余20位类推。

5、品种身份证编码

水稻品种皖稻153（国审稻2008013）的身份证号码：OS11002008172424146634457711442517，其含义为：皖稻153为水稻类(OS)，亚种种类为籼稻(1)，品种类别为杂交种(1)，品种审定区域为中国(00)，品种审定时间为2008年(2008)，品种DNA指纹为172424146634457711442517，为非转基因品种。

6、条形码和二维码制作

根据中国物品编码相关标准规定皖稻153品种身份证以128码进行编码形成条形码：如图8所示；也可以二维码表示，如图9所示：

实施例2，转基因抗虫棉花品种鄂杂棉10号（国审棉2005014）品种身份证的制作：1、棉花基因组DNA：

取棉籽若干粒，剥壳后磨碎混匀，移入2.0 mL离心管；向离心管中加入1 mL 4℃预冷的DNA抽提液，充分混匀，冰上静置5 min，1,0000 g 离心15 min，弃上清；加入1 mL 65℃预热的DNA裂解液，充分混匀，65℃水浴30~40 min；再加入等体积的苯酚：氯仿：异戊醇（25：24：1），充分混匀，1,0000 g，室温离心10 min；加入等体积的氯仿：异戊醇（24：1），充分混匀，1,0000 g，室温离心10 min；吸取上清，加入等体积的异丙醇，混匀，-20℃放置30~60 min，充分沉淀DNA；5000 g，4℃离心5 min，弃上清，沉淀经70%乙醇洗涤后，室温干燥；加入100 μL灭菌水充分溶解后备用。

DNA抽提液：称取69.3 g 葡萄糖，20 g 聚乙烯吡咯烷酮（PVP），1 g DIECA溶于500 mL水中，然后加入100 mL 1 mol/L Tris-HCl，10 mL 0.5 mol/L EDTA，2 mL β-巯基乙醇（用时现加），定容至1000 mL，1.05 kg/cm²高压蒸汽灭菌15 min，4℃贮存。

DNA裂解液：81.7 g NaCl，20 g PVP，20 g CTAB，1 g DIECA溶于500 mL水中，然后加入100 mL 1 mol/L Tris-HCl，4 mL 0.5 mol/L EDTA，2 mL β-巯基乙醇（用时现加），定容至1000 mL，高压灭菌，4℃贮存。

2、PCR扩增：

利用26对SSR引物对鄂杂棉10号进行扩增分析，PCR扩增反应体系为：1×PCR缓冲液，2.5 mmol/L Mg²⁺，0.25 mmol/L dNTPs，0.2 μmol/L 正、反向引物，1.0U Taq DNA聚合酶，20 ng-40 ng样品DNA，总体积20 μL。反应程序为：95℃ 3 min，94℃ 50 s，55℃ 45 s，72℃ 50 s，循环35次，72℃ 7 min，4-12℃保存。

3、PCR产物的非变性PAGE电泳结合银染检测

在20 μL PCR产物中加入4-6 μL加样缓冲液，充分混匀。8%非变性聚丙烯酰胺凝胶，4 V/cm～5 V/cm恒电压，预电泳10 min～30 min。每孔加样1-3 μL，13 V/cm～20 V/cm恒电压，电泳1 h～2 h。银染显色，数码相机拍照记录。

4、品种DNA指纹获得

26条引物在鄂杂棉10号中扩增片段，以带型（即条带的组合）为记录单元，单个SSR位点，用1位数字表示，按染色体大小排序，鄂杂棉10号的品种DNA指纹为24324113233331433131132534

5、品种身份证编码

转基因抗虫棉花品种鄂杂棉10号（国审棉2005014）的身份证号码：GS1100200524324113233331433131132534T-Bt，其含义为：鄂杂棉10号为棉花类(GS)，栽培种种类为陆地棉(1)，品种类别为常规种(1)，品种初次审定区域为中国(00)，品种初次审定时间为2005年(2005)，品种DNA指纹为24324113233331433131132534，为转Bt基因抗虫品种（T-Bt）。

6、条形码和二维码制作

根据中国物品编码相关标准规定，鄂杂棉10号品种身份证以128码进行编码形成条形码如图10所示，也可以二维码表示，如图11所示。

Claims

1.一种农作物品种身份证管理方法，其特征在于，采集农作物品种身份信息并将其存储于服务器中，存储于服务器中的作物品种身份信息再通过数据转化器转换成一一对应的可读取的数字码、条形码或二维码；被采集的农作物品种在流通环节中以其对应的数字码、条形码或二维码进行标识，然后通过信息读取终端对农作物品种的数字码、条形码或二维码进行读取，农作物品种的身份信息再通过数据转化器以文字信息方式显示其的身份信息；所述文字信息方式是指存储在所述服务器中的未经过转换的采集信息；

所述身份信息包括品种基本商品信息、DNA指纹信息及特异基因识别信息，所述基本商品信息由作物及品种类别码、区域码、时间码组成，所述品种类别码代表作物种类、亚种类以及作物类型，所述区域码代表作物育成或审定区域；所述时间码代表品种育成或审定的年份，所述DNA指纹信息是指以SSR标记分析得到的DNA指纹数据；所述特异基因识别码代表作物品种因转基因导入特异基因信息，即外源基因信息；

作物及品种类别码：以4位阿拉伯数字或字母表示作物及品种类别，其中第1-2位字母表示作物种类，第3位阿拉伯数表示栽培种或亚种种类，没有亚种分化的以“0”表示，第4位阿拉伯数表示品种类别；

区域码：以2位阿拉伯数字表示品种育成或审定的区域；

时间码：以4位阿拉伯数字表示品种育成或审定的年份；

特异基因识别码：以字母“T”及基因名称表示品种所转化的特异基因；

品种DNA指纹码：依据作物类型的不同，以不多于40位阿拉伯数字或字母表示DNA指纹数据；以SSR标记分析得到的DNA指纹数据方法如下：

S1、在染色体上均匀分布的SSR引物，构成一组通用的核心引物，平均每条染色体上定位1对引物，

其中，水稻SSR核心引物如下：

其中，油菜SSR核心引物如下：

S2、SSR指纹数据的记录

对于水稻二倍体作物的SSR扩增谱带，每条主带表示1个等位基因,在相同迁移位置上，有带记为“1”，无带记为“0”，按照分子量从大到小，排列梯度，以阿拉伯数字1-9进行编码，9个以上的等位基因，以大写英文字母标注，单个SSR位点，用2位数字或字母表示，对于杂合带型，以大小顺序记录两条主带；对于纯合带型，主带重复记录1次；

对于棉花、油菜多倍体作物，SSR扩增结果往往由多个条带组成，采用以带型为记录单元，将每种带型看作1个等位基因，按照带型从简单到复杂的原则，依次记录为1-9，9个以上的等位基因，以大写英文字母标注；单个SSR位点，用1位数字或字母表示，其中杂交种带型作为独立于亲本之外的新的带型进行记录。

2.根据权利要求1所述的一种农作物品种身份证管理方法，其特征在于，所述农作物品种是指经过人工选育或发现并经过改良，形态特征和生物学特性一致，遗传性状相对稳定的植物群体。