CN104073551A - 一种基于毛细管电泳和ssr标记的甘蔗种子真实性检测方法 - Google Patents
一种基于毛细管电泳和ssr标记的甘蔗种子真实性检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法。利用11条多态性好、重复性高的引物对待测种子和标准种子的基因组DNA进行PCR扩增和毛细管凝胶电泳分离,比较所得出的扩增图谱来判断种子的真伪。该方法兼具SSR荧光标记和毛细管凝胶电泳两种技术的特色和优点,检测灵敏度高,提高试验效率,减少人为误差,具有快速、准确、操作方便等优点,使试验结果更精确,并且鉴定过程和结果不受自然环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于毛细管电泳SSR荧光标记的农作物种子真实性的检测方法,特别涉及一种鉴定甘蔗种子真实性的检测方法,属于植物分子标记检测技术领域。
背景技术
甘蔗是一种具有庞大基因组的同源或异源多倍体植物,遗传背景十分复杂,加之其开花的复杂性及花粉保存等行为,在甘蔗杂交育种过程中,即使采取了一定的隔离措施也很难避免自交、串粉现象,致使甘蔗选育种不能顺利进行。这时甘蔗种子真实性的鉴定就显得尤为重要。目前甘蔗种子真实性鉴定主要经历了生物学的形态鉴定、染色体鉴定、同工酶鉴定、分子鉴定等几个阶段。其中种子形态学鉴定简单直观但准确性较差;由于甘蔗具有庞大的基因组,遗传背景非常复杂,常规的染色体方法鉴定甘蔗种子非常困难;同工酶鉴定是目前甘蔗种子鉴定应用较多的方法,但由于同工酶是基因表达的产物,产生的多态性较少,对某些亲本关系较近的品种难以鉴定。
随着分子生物技术的发展,分子标记技术已广泛应用于甘蔗品种与杂交后代真实性鉴定。在这些分子标记技术中,SSR(Simple sequence repeat)标记由于具有多态性高、数量丰富、遗传上呈共显性、结果稳定可靠、实验操作简单、引物序列易交流等优点,是目前作物种子鉴定中使用最多的分子标记技术。
目前常用的SSR分子标记检测方法有琼脂糖凝胶电泳、非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳、变性聚丙烯酰胺凝胶电泳或毛细管电泳荧光检测方法,所揭示的多态性因采用的方法不同而有所差别。SSR主要表现为2~5个核苷酸重复次数的变化,多态性片段长度的差异可以小到2~4 bp,这就需要更灵敏有效的检测方法。PAGE 理论上是分离可以达到1 bp,实际在应用中难以实现;定性也不准确,不能准确给出片段的大小,只能粗略的估计。毛细管电泳(Capillay Electrophoresis,CE)是20世纪80年代后期在全球范围内迅速崛起的一种分离分析技术,具有快速、高效、高灵敏度、易定量、重现性好及易于自动化等优点。CE 结合荧光检测比变性PAGE 银染检测法的结果更精确,在微量PCR 产物中更为灵敏,表现出强大的分析能力,大大地提高工作效率。将CE应用于基于PCR技术的分子标记,不仅使分子标记的重复验证工作不再繁重,且在一定程度上避免了硝酸银染料或同位素标记过程中出现的假带现象。
发明内容
本发明的目的是解决甘蔗种子纯度和真伪的鉴定难题,提供一种高通量、操作简单、结果准确可靠的甘蔗种子真实性鉴定方法,也可用于甘蔗品种的鉴定,保护品种所有人的合法知识产权。
本发明所提供的甘蔗种子真实性的鉴定方法,包括以下步骤:
1)甘蔗基因组DNA提取:采取供鉴定的甘蔗新鲜嫩叶,经液氮研磨,采用改良的SDS法提取得到待测种子的基因组总DNA;
2)每粒待测种子PCR扩增:以步骤1)中提取的基因组总DNA为模板,用SSR荧光引物进行PCR扩增,将所得PCR产物进行毛细管电泳,得到待测种子的电泳图谱,读出所得谱带大小数值;
3)由按照所述步骤1)和2)的方法得到标准种子电泳图谱中读出所得谱带大小数值,将所得待测种子谱带大小与其相比较,如果待测种子与标准种子的谱带相同,则证明该待测种子与标准种子为同一品种,得出待测种子的真实性。
作为本发明的进一步限定,所述SSR引物为筛选出的11对SSR引物,引物序列由ISMC提供,正向引物5'端以CY5磷荧光染料标记,引物序列及信息如下:
引物名称:SMC569CS,条带大小:165-233bp ,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-GCGATGGTTCCTATGCAACTT-3’
反向:5’-TTCGTGGCTGAGATTCACACTA-3’;
引物名称:SMC7CUQ,条带大小:158-171bp ,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCAAAGCAAGGGTCACTAGA-3’
反向:5’-AGCTCTATCAGTTGAAACCGA-3’;
引物名称:SMC703BS,条带大小:203-229 bp,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCTTTCTCCAAACCAATTAGT-3’
反向:5’-GTTGTTTATGGAATGGTGAGGA-3’;
引物名称:SMC851MS,条带大小:127-152 bp,引物退火温度:58℃ ,引物序列:
正向:5’-ACTAAAATGGCAAGGGTGGT-3’
反向:5’-CGTGAGCCCACATATCATGC-3’;
引物名称:SMC1604SA,条带大小:92-127 bp,引物退火温度:58℃ ,引物序列:
正向:5’-AGGGAAAAGGTAGCCTTG G-3’
反向:5’-TTCCAACAGACTTGGGTG G-3’;
引物名称:SMC1751CL,条带大小:134-154bp,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCATGCCCATGCTAAAGAT-3’
反向:5’-ACGTTGGTCCCGGAACCG-3’;
引物名称:SMC31CUQ,条带大小:138-185bp,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-CATGCCAACTTCCAATACAGACT-3’
反向:5’-AGTGCCAATCCATCTCAGAGA-3’;
引物名称:mSSCIR3,条带大小:160-190bp,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-ATAGCTCCCACACCAAATGC-3’
反向:5’-GGACTACTCCACAATGATGC-3’;
引物名称:mSSCIR43,条带大小:168-252bp,引物退火温度:52℃ ,引物序列:
正向:5’-ATTCAACGATTTTCACGAG-3’
反向:5’-AACCTAGCAATTTACAAGAG-3’;
引物名称:mSSCIR66,条带大小:122-146bp,引物退火温度:48℃ ,引物序列:
正向:5’-AGGTGATTTAGCAGCATA-3’
反向:5’-CACAAATAAACCCAATGA-3’;
引物名称:mSSCIR74,条带大小:214-229bp,引物退火温度:54℃ ,引物序列:
正向:5’-GCGCAAGCCACACTGAGA-3’
反向:5’-ACGCAACGCAAAACAACG-3’。
作为本发明的进一步限定,所述改良SDS提取方法为:将甘蔗嫩叶于液氮研磨成粉末状,加入65℃预热的SDS提取液,摇匀,65℃水浴45 min;加入KAc(5 mol/L,pH4.8),混匀后,冰浴15 min;4℃,10000 rpm 离心15 min,取上清液,加入等体积氯仿混匀;4℃,12000 rpm 离心7 min,取上清液,加1/10体积的NaAc(3 mol/L,pH 5.2)和2倍体积的预冷无水乙醇,冰浴20 min;4℃,10000 rpm 离心10 min,弃上清,用70%乙醇洗涤2次,晾干沉淀;加入已灭菌的TE溶液(pH8.0),溶解沉淀,即得DNA 溶液,置于-20℃保存备用;
所述SDS提取液的组成为:Tris-HCl 200 mmol/L, pH8.0;EDTA 50 mmol/L pH8.0;NaCl 500 mmol/L;SDS质量分数3%。
作为本发明的进一步限定,所述PCR扩增的扩增程序为:首先95℃预变性5 min;随后的30个循环为:94℃变性30 sec,退火30 sec,72℃延伸30 sec;最后72℃下延伸2 min。
作为本发明的进一步限定,所述毛细管电泳分析方法为:将步骤2)中所得到的PCR产物稀释100倍后,在 BECKMAN COULTER CEQ 8000 遗传分析系统仪上利用毛细管电泳法检测,每个CE样品中含有1 μl PCR产物、0.2 μl Genescan-400 分子量标准品和20 μl SLS溶液。在毛细管凝胶电泳过程中,PCR产物与Genescan-400分子量标准品的荧光信号均由基因分析仪自动保存。
作为本发明的进一步限定,所述数据分析方法为:用GeneMapper-V3.0软件对BECKMAN COULTER CEQ 8000遗传分析系统仪收集到的数据进行分析,通过人工分析与软件统计得出不同参试材料的SSR标记的扩增片段,利用软件将扩增片段与Genescan-400分子量标准品比较,得到片段长度大小。
本发明建立了SSR荧光标记与毛细管电泳技术相结合的鉴定方法,该方法融合了SSR标记和毛细管电泳检测两种技术的优点,提高了检测效率,结果稳定可靠,能够在短时间内对大量样品进行快速测定。具体优点如下:
(1)本实验采用SSR分子标记技术,该标记具有多态性高,稳定性好,有高度变异、微卫星在染色体上分布均匀等优点,使得其更适用于种子的鉴定。
(2)毛细管电泳荧光检测法的灵敏度较高,在PCR产物稀释200倍后仍能正常检测出结果,在微量的PCR产物分析中表现出来强大的分析能力。
(3)目前常见的分子标记鉴定种子真实性的检测方法为聚丙烯酰胺凝胶电泳,该方法理论上分离可以达到1bp,但实际操作中很难实现,因此很容易将与标准品相差1bp左右的待测种子鉴定为真,而毛细管电泳技术能准确读出条带大小,区分度在1bp之内,提高了种子鉴定的准确性。
(4)毛细管电泳荧光检测法检测的各电泳样品中均含有分子量内标,各泳道的DNA片段直接与其泳道中的分子量内标相比就可精确获得其大小数值,而常规琼脂糖凝胶电泳,聚丙烯酰胺凝胶电泳所得片段大小只能用肉眼与分子量标准做比较估测得出,特别是远离分子量标准泳道的数据,使得结果产生人为误差。
(5)将CE应用于基于PCR技术的分子标记,一次检测只需一块96孔板同时检测96个样品,不仅使分子标记的重复验证工作不再繁重,且在一定程度上避免了硝酸银染料或同位素标记过程中出现的假带现象。不仅省去了人力,提高了工作效率,也避免了这些操作中的人为误差,从而增强了试验结果的稳定性和可重复性。
附图说明
图1-1为标准种子GT96-211的电泳图谱,图1-2为待测样品中的真实种子的电泳图谱,图1-3为待测样品中的混杂种子的电泳图谱,扩增引物为SMC31CUQ。
图2-1为标准种子ROC22的电泳图谱,图2-2为检测的与标准种子条带相同的的电泳图谱,图2-3为检测的与标准种子条带不同的的电泳图谱,扩增引物为SMC7CUQ。
具体实施方式
实施例1
以甘蔗品种GT96-211种子为标准种子鉴定甘蔗种子真实性。
1. 种子样品的选取
从甘蔗品种GT96-211中随机数取45粒种子,为检验鉴定效果,再掺入3粒GT96-167和2粒GT96-154品种的种子,共50粒种子作为检验样品。
2. 种子样品基因组DNA提取
(1)将甘蔗种子放于30℃恒温下发芽出苗,待长出2-3片真叶时,取甘蔗嫩叶于研钵中,加入液氮研磨成粉末状,装入2 ml离心管中;
(2)向离心管中加入1.2 ml 65℃预热的SDS提取液(Tris-HCl 200 mmol/L,pH8.0;EDTA 50 mmol/L pH8.0;NaCl 500 mmol/L;3% SDS),将样品粉末与提取液迅速摇匀使之不成团,65℃水浴45 min,其间轻摇4-6次;
(3)加入200 μl KAc(5 mol/L,pH 4.8),混匀后,冰浴15 min;
(4)于4℃冷冻离心机里,10000 rpm离心15 min;
(5)取800 μl上清液,加入800 μl氯仿混匀,于4℃,12000 rpm 离心7 min;
(6)取400 μl上清液,加入40 μl NaAc(3 mol/L,pH 5.2)和800 μl预冷无水乙醇,冰浴20 min;
(7)于4℃,10000 rpm 离心10 min,弃上清液,用70%乙醇洗涤2次沉淀,晾干沉淀;
(8)加入200 μl已灭菌的TE溶液(pH8.0),溶解沉淀,即得DNA溶液,置于-20℃保存备用;
3. PCR扩增
PCR反应体系(20 μl):1 μl 25 ng/μl DNA模板、2 μl 10×Buffer(含20 mM Mg2+)、0.5 μl 10 mM dNTP、0.8 μl 10 mol/L SSR引物、0.2 μl DNA pfu酶(5 U/μl),加ddH2O至20 μl(试剂购自生工生物工程股份有限公司)。
PCR扩增程序:95℃预变性5 min;随后的30个循环为:94℃变性30 sec,退火30 sec,72℃延伸30 sec;最后72℃下延伸2 min。
4. 毛细管凝胶电泳检测
上样板:将所得到的PCR产物稀释100倍,在96孔板的各孔中分别加入20 μl甲酰胺,0.2 μl Genescan-400分子量标准品和1 μl稀释后的PCR产物。
缓冲板:在96孔板的各孔中加入分离液,大约为每孔的2/3。
将上样板和缓冲板放入BECKMAN COULTER CEQ 8000遗传分析系统仪(美国,BECKMAN公司生产)中,90℃变性2 min;进样电压2 kV,时间30 sec;分离电压7.5 kV,时间40min。在毛细管凝胶电泳过程中,PCR产物与Genescan-400分子量标准品的荧光信号均由基因分析仪自动保存。
5. 数据分析
用GeneMapper-V3.0软件对BECKMAN COULTER CEQ 8000遗传分析系统仪收集到的数据进行分析,通过人工分析与软件统计得出各供试材料的SSR标记的扩增片段,软件系统将根据扩增片段目标峰的位置与同一泳道中的Genescan-400分子量标准品进行比较,得到片段长度大小。
6. 鉴定结果分析
将待测样品每粒种子DNA的11对引物扩增的电泳图谱分别与按照上述步骤1-5的方法获得的标准种子GT96-211的11对引物的电泳图谱相比较,结果表明,50粒待测种子中有45粒种子的20对引物扩增条带结果与均与GT96-211品种的种子相同,5粒种子带型有差异,与预选掺杂的情况相符,说明前者为GT96-211的种子,后者为混杂种。其中,部分检测结果如图1-1、图1-2、图1-3所示。
实施例2
鉴定某单位正在使用的亲本材料A是否为品种ROC22,鉴定操作流程如下:
随机挑取待测品种A种子10粒,进行DNA制备,PCR扩增,毛细管凝胶电泳检测,数据分析,具体实施步骤如实施例1。
鉴定结果分析
将待测品种A的10粒种子的11对引物扩增结果分别与标准品ROC22扩增结果相对比,结果表明,其中三粒种子的扩增结果中含有与标准种子相差异的条带,说明该单位使用的亲本材料A不是甘蔗品种ROC22。其中部分检测结果如图2-1、图2-2、图2-3所示。
Claims (7)
1.一种基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法,包括以下步骤:
1)甘蔗基因组DNA提取:采取供鉴定的甘蔗新鲜嫩叶,经液氮研磨,采用改良的SDS法提取得到待测种子的基因组总DNA;
2)每粒待测种子PCR扩增:以步骤1)中提取的基因组总DNA为模板,用SSR荧光引物进行PCR扩增,将所得PCR产物进行毛细管电泳,得到待测种子的电泳图谱,读出所得谱带大小数值;
3)按步骤1)和2)的方法得到标准种子电泳图谱并读出谱带大小数值,将所得待测种子谱带大小与其相比较,如果待测种子与标准种子的谱带相同,则证明该待测种子与标准种子为同一品种,得出待测种子的真实性。
2.根据权利要求1所述的基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法,其特征在于:所述SSR引物为筛选出的11对SSR引物,引物序列由ISMC提供,正向引物5'端以CY5磷荧光染料标记,引物序列及信息如下:
引物名称:SMC569CS,条带大小:165-233bp ,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-GCGATGGTTCCTATGCAACTT-3’
反向:5’-TTCGTGGCTGAGATTCACACTA-3’;
引物名称:SMC7CUQ,条带大小:158-171bp ,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCAAAGCAAGGGTCACTAGA-3’
反向:5’-AGCTCTATCAGTTGAAACCGA-3’;
引物名称:SMC703BS,条带大小:203-229 bp,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCTTTCTCCAAACCAATTAGT-3’
反向:5’-GTTGTTTATGGAATGGTGAGGA-3’;
引物名称:SMC851MS,条带大小:127-152 bp,引物退火温度:58℃ ,引物序列:
正向:5’-ACTAAAATGGCAAGGGTGGT-3’
反向:5’-CGTGAGCCCACATATCATGC-3’;
引物名称:SMC1604SA,条带大小:92-127 bp,引物退火温度:58℃ ,引物序列:
正向:5’-AGGGAAAAGGTAGCCTTG G-3’
反向:5’-TTCCAACAGACTTGGGTG G-3’;
引物名称:SMC1751CL,条带大小:134-154bp,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-GCCATGCCCATGCTAAAGAT-3’
反向:5’-ACGTTGGTCCCGGAACCG-3’;
引物名称:SMC31CUQ,条带大小:138-185bp,引物退火温度:62℃ ,引物序列:
正向:5’-CATGCCAACTTCCAATACAGACT-3’
反向:5’-AGTGCCAATCCATCTCAGAGA-3’;
引物名称:mSSCIR3,条带大小:160-190bp,引物退火温度:60℃ ,引物序列:
正向:5’-ATAGCTCCCACACCAAATGC-3’
反向:5’-GGACTACTCCACAATGATGC-3’;
引物名称:mSSCIR43,条带大小:168-252bp,引物退火温度:52℃ ,引物序列:
正向:5’-ATTCAACGATTTTCACGAG-3’
反向:5’-AACCTAGCAATTTACAAGAG-3’;
引物名称:mSSCIR66,条带大小:122-146bp,引物退火温度:48℃ ,引物序列:
正向:5’-AGGTGATTTAGCAGCATA-3’
反向:5’-CACAAATAAACCCAATGA-3’;
引物名称:mSSCIR74,条带大小:214-229bp,引物退火温度:54℃ ,引物序列:
正向:5’-GCGCAAGCCACACTGAGA-3’
反向:5’-ACGCAACGCAAAACAACG-3’。
3.根据权利要求1所述的基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法,其特征在于:所述的改良SDS提取方法为将甘蔗嫩叶于液氮研磨成粉末状,加入1.2 ml 65℃预热的SDS提取液,摇匀,65℃水浴45 min;加入200 μl KAc,混匀后,冰浴15 min;4℃,10000 rpm 离心15 min,取1 ml上清液,加入等体积氯仿混匀;4℃,12000 rpm 离心7 min,取上清液,加1/10体积的NaAc和2倍体积的预冷无水乙醇,冰浴20 min;4℃,10000 rpm 离心10 min,弃上清,用70%酒精洗涤2次,晾干沉淀;加入200 μl已灭菌的TE溶液,溶解沉淀,即得DNA溶液,置于-20℃保存备用。
4.根据权利要求1所述的基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法,其特征在于:所述PCR扩增的程序为:首先95℃预变性5 min;随后的30个循环为:94℃变性30 sec,退火30 sec,72℃延伸30 sec;最后72℃下延伸2 min。
5.根据权利要求1所述的基于毛细管电泳和SSR标记的甘蔗种子真实性检测方法,其特征在于:所述的毛细管电泳方法为,将PCR产物稀释100倍后,在遗传分析系统仪上利用毛细管电泳法检测,每个CE样品中含有1 μl PCR产物、0.2 μl Genescan-400分子量标准品和20 μl SLS溶液;在毛细管凝胶电泳过程中,PCR产物与Genescan-400分子量标准品的荧光信号均由基因分析仪自动保存。
6.根据权利要求3所述的改良SDS提取方法,其特征在于:所述SDS提取液的组成为Tris-HCl 200 mmol/L,pH8.0;EDTA 50 mmol/L pH8.0;NaCl 500 mmol/L;3% SDS。
7.根据权利要求5所述的毛细管电泳检测,其特征在于:用GeneMapper-V软件对遗传分析系统仪收集到的数据进行分析,通过人工分析与软件统计得出不同参试材料的SSR标记的扩增片段,利用软件将扩增片段与Genescan-400分子量标准品比较,得到片段长度大小。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141001 |