CN104212898A - 一种大批量开发苎麻基因组snp标记的方法及其开发的引物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大批量开发苎麻基因组SNP的方法及其开发的引物;具体包括如下步骤:(1)提取2个苎麻品种的DNA;(2)利用RsaI酶对2个苎麻品种基因组进行酶切,获得214-314bp的小片段;(3)对酶切获取的小片段进行测序,获得SLAF标签;(4)针对2个苎麻品种获得的SLAF标签,根据等位基因数和基因序列之间的差异进行多态性分析,搜寻具有SNP多态性的SLAF标签;(5)对搜索到的SLAF标签进行引物设计,经过检测即为基因组SNP标记。相对于传统的开发分子标记方法,方法易行,操作简便,效率高,成本低。大批量苎麻基因组SNP标记的获得,为苎麻分子生物学和遗传学奠定了坚实基础。
Description
技术领域
本发明属于基因工程技术领域,具体涉及一种从苎麻基因组中高通量开发SNP标记的方法及其开发的引物。
背景技术
在众多分子标记中,SNP标记是当前研究最多,也是最有前景的分子标记。(唐立群等,SNP分子标记的应用及其研究进展.中国农学通报(28):154-158.)SNP标记与其它分子标记技术相比,具有基因组数量多、分布广且不需要根据DNA片段大小将DNA分带,既可实现大规模化和自动化,因而更适合于数量庞大的遗传检测分析(刘传光等,水稻单核苷酸多态性及其应用.遗传,2006(28):737-744.)。因此在植物遗传研究的众多方面受到重视(SchlottererC.2004.The evolution of molecular markers-just a matter offashion.Nat Rev Genet.5:63-69)。
随着具有高通量、低成本、测序错误率低、测序读长短特点的新一代测序技术和生物信息学的发展,使得高通量标记开发成为可能。目前,尚未有开发苎麻SNP标记的方法的相关报道。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法及其开发的标记;相对于传统的开发分子标记方法,方法易行,操作简便,效率高,成本低。大批量苎麻基因组SNP的获得,为苎麻分子生物学和遗传学奠定了坚实基础。
一种大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,具体包括如下步骤:
(1)提取2个苎麻品种的DNA;
(2)将苎麻基因组DNA酶切为小片段;
(3)对酶切后获取的小片段进行测序,获得2个品种的SLAF标签;
(4)在步骤(3)获得的2个苎麻品种的SLAF标签中,搜寻具有SNP多态性的SLAF标签;
(5)对搜寻到的SLAF标签序列进行引物设计,经扩增测序检测,得到的引物即为基因组SNP标记。
步骤(2)中采用RsaI酶对苎麻基因组进行酶切。酶切后获取长度为214-314bp的片段。
步骤(4)中根据等位基因数和基因序列之间的差异进行多态性分析,搜寻具有SNP多态性的SLAF标签。
步骤(5)的引物设计参数:扩增产物长度在100-180bp,引物长度在18-25bp。
采用上述方法设计并经扩增测序检测的10对基因组SNP引物序列如下:
采用SLAF-seq技术开发基因组SNP标记,速度快,成本低,效率高。本发明1个月完成了18062个SNP引物的开发,而且成本仅有1万元,平均开发一个标记的成本不足1元。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明,而非限制本发明。
实施例1
(1)确定酶切方案和切胶范围,测序量等以保证其分子标记开发的密度、均匀性从而确保达到预期的实验目的。
提取苎麻品种中苎1号和合江青麻的DNA。
酶切方案选择
根据近缘物种的选取原则,最终选取物种大麻基因组作为参考基因组进行酶切预测。
苎麻物种信息以及近缘物种信息如下所示:
苎麻信息:基因组大小为716Mb,GC含量为49%;
近缘物种大麻信息:基因组大小为757Mb,GC含量为24%,下载地址:
ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/genomes/Eukaryotes/plants/Cannabis_sativa/canSat3/。
候选酶切方案信息
利用酶切预测软件对大麻基因组进行系统分析,主要根据基因组大小、GC含量、重复序列比例和基因结构特点等信息,设计候选酶切方案。
对近缘物种大麻基因组进行酶切预测,候选酶切方案信息如表1所示:
表1不同切胶范围内酶切结果比较
酶 | 酶切片段 | SLAF数目 | 重复数(%) |
RsaI(苎麻) | 214-314bp | 111,400 | 8.32% |
RsaI(大麻) | 224-304bp | 93,464 | 8.27% |
最佳酶切方案评估
最佳酶切方案选择原则:
SLAF标签在基因组上分布足够均匀,重复序列适中。
根据以上原则结合表1的信息,选择基因片段范围在214-314bp的方案作为最佳酶切方案,即酶切后获取214-314bp的片段。
酶切体系为基因组DNA 500ng(苎麻)、NEB buffer41μl(New England Biolabs公司缓冲液4)、RsaI 0.12μl、ddH2O(双蒸水)加至50μl体系,试剂配好后混匀,37℃ 15h,用QIAGEN试剂盒纯化。
(2)5’末端修复:将酶切产生的不同类型的末端进行修复,同时对5’末端进行磷酸化修饰。反应体系为步骤(1)中纯化样本DNA 30μl、T4 DNALigase Buffer with 10mMATP(含10mMATP的T4 DNA连接缓冲液)10μl、10mM dNTP Mix(10mM dNTP混合液)4μl、T4 DNAPolymerase(T4 DNA聚合酶)5μl、Klenow Enzyme(Klenow酶)1μl、T4 PNK 5μl、ddH2O(双蒸水)45μl。试剂配好后混匀,20℃ 30分钟,反应结束后用QIAGEN试剂盒纯化,33μlEB回溶。
(3)3’末端加A:与solexa(Illumina公司生产的高通量测序仪)接头5’端的T互补提高连接效率,并阻止solexa接头进行自连。反应体系为步骤(2)中纯化样本DNA32μl、KlenowBuffer 5μl、1mM dATP 10μl、Klenow Exo-3μl。
(4)连接solexa测序接头:便于统一模板进行PCR扩增,同时将连接产物锚定在玻璃表面(flow cell)上,进行桥式扩增。反应体系为步骤(3)中纯化样本DNA 10μl、DNALigaseBuffer2X(2X的DNA连接酶缓冲液)25μl、Adapter(solexa测序接头)10μl、DNA连接酶5μl。
(5)PCR扩增:增大起始模板量,达到上机建库量的要求。反应体系为步骤(4)中纯化样本DNA 8μl、PCR primer PE 1.0(PCR引物1)1.5μl、PCR primer PE 2.0(PCR引物2)1.5μl、Phusion DNA Polymerase(Finnzymes Oy公司生产的DNA聚合酶)20μl、ddH2O(双蒸水)9μl。反应程序为98℃预变性30s,98℃变性40s、65℃退火30s、72℃延伸30s、10-12个循环,72℃延伸5min。
(6)切取目的片段:根据设计预期得到的SLAF标签数目确定切胶范围。切取大小合适的目的片段;制作2%低熔点琼脂糖胶,将步骤(5)中的PCR产物进行电泳,120V 60分钟,切取400-500bp的目的片段,QIAGEN胶回收试剂盒回收目的片段。
(7)定量与测序:优化特异性长度片段cluster的密度,确保测序有效数据量达到预期要求,对所需要的cluster上机测序。
通过对酶切片段进行测序,总共得到7.5M测序reads,总数据量为0.76Gb。对各样品的测序数据进行评估,包括reads长度、数量、总数据量、Q20和GC含量,具体测序数据统计评估结果见表2:
表2各样品测序数据评估统计表
(8)序列信息分析:利用Illumina GAIIx测序得到原始数据,利用软件SLAF_Poly.pl.(北京百迈克公司研发)对测序结果中index序列识别和低质量过滤,得到项目各样品有效原始数据。基因组经酶切处理打断为多个小片段,每个片段相当于一个标记位点,同一位点reads序列通过相似性聚类,形成一个group。一个group中一般存在1-4条高深度片段,其余全为低深度片段。一般高深度片段即为潜在基因型,低深度片段可能由于测序错误导致。为了纠正测序错误,通过纠错策略将每一个group中准确的高深度片段作为参考序列,低深度片段比对到参考序列上,对低深度片段上的错配碱基进行纠正,消除错误碱基;得到各样品有效特异序列标签。
获得SLAF标签数为115,369,整体平均深度达到33.26x。各样品SLAF标签以及所有样品群体SLAF标签信息统计见表3:
表3各样品SLAF标签信息统计表
(9)SNP搜索
针对2个苎麻品种获得的115369个SLAF标签,根据等位基因数和基因序列之间的差异进行多态性分析,共得到4种类型的SLAF标签,其中具有SNP多态性的SLAF标签10116个,SNP多态性标签占所有标签的比例达到8.77%。
(10)根据含有SNP的基因组序列进行设计引物
根据SNP侧翼序列设计引物,得到基因组SNP标记的扩增引物。引物设计参数:扩增产物长度在100-180bp,引物长度在18-25bp。
实施例2
引物多态性检测
1材料与方法
1.1材料
4份苎麻种质资源(中苎1号、合江青麻、中苎2号、红皮红花)。
1.2方法
1.2.1基因组DNA的提取
在国家种质长沙苎麻圃取4份苎麻种质(中苎1号、合江青麻、中苎2号、红皮红花)植株的新发出的嫩芽,利用天根试剂盒提取DNA。提取后的DNA通过电泳检测浓度后,计算样品DNA浓度,并稀释到所需浓度。
1.2.2利用所设计的SNP引物进行PCR
PCR反应体系:20μL反应体系组成见表4
表4 PCR反应体系组成
体系组成 | 终浓度 |
Mg2+ | 2.0mmol/L |
Taq Buffer | 1× |
dNTP Mix | 200μmol/L each |
Taq Enzyme | 1U |
Primers | 0.25μmol/L each |
DNA | 90ng |
PCR扩增程序:95℃预变性5min,94℃变性1min,50℃复性50 sec,72℃延伸1min,29次循环后72℃延伸10min。PCR扩增在PTC-200扩增仪上进行(MJ Research.Inc.)。
1.2.3 PCR扩增产物检测
扩增产物进行测序。
用本发明的10对引物对4个品种材料分别进行PCR扩增,通过对PCR产物测序,进行多态性检测,实验设3次重复,均得到相同的结果,能够很好的呈现多态性,说明本发明标记可以用于构建苎麻SNP多态性图谱。
以下是本发明获得的引物Marker24380的检测结果。
品种1:中苎1号:
ACTGAGATCCAAGGAATTTGTTTGAAGATGAGTTTATGACGATGGTTACGTCCTCCGCACCATCACCACCGCCCAAAATTAAGAATATCCTTATTCTAAAATCTGGAGAAGTAACAGAGTTGAATCGAGATTTTTAATGTCCTCCTTGTTGGGGTTGGT
品种2:合江青麻:
ACTGAGATCCAAGGAATTTGTTTGAAGATGAGTTTATGACGATGGTTACGTCCTCCGCACCATCACCACCGCCCAAAATTAAGAATATCCTTATTCTAAAATCTGGAGAAGTAACAGAGTTGAATCGAGATTTTTAATGTCCTCCTTGTTGGGGTTGGT
品种3:中苎2号:
ACTGAGATCCAAGGAATTTGTTTGAAGATGAGTTTATGACGATGGTTACGTCCTCCGCACCATCACCACCGCCCAAAATTAAGAATATCCTTATTCTAAAATCTGGAGAAGTAACAGAGTTGAATCGAGATTTTTAATGTCCTCCTTGTTGGGGTTGGT
品种4:红皮红花:
ACTGAGATCCAAGGAATTTGTTTGAAGATGAGTTTATGACGATGGTTACGTCCTCCGCACCATCACCACCGCCCAAAATTAAGAATATCCTTATTCTAAAATCTGGAGAAGTAACAGAGTTGAATCGAGATTTTTAATGTCCTCCTTGTTGGGGTTGGT
以下是本发明获得的引物Marker22984的检测结果。
品种1:中苎1号:
ACTTTTTACTCTCGTATAAATAGATCTCATTCTCATTTATGAACATGGTGTTTTTAATATATACATCTATTCTTGTAGTATAACCTTCTTTGAAGATGTGATAAATACAAAGCACTATTTAAATGATCACTTTTAAGTATACATGATAGATAGGGTTGT
品种2:合江青麻:
ACTTTTTACTCTCGTATAAATAGATCTCATTCTCATTTATGAACATGGTGTTTTTAATATATACATCTATTCTTGTATATAACCTTCTTTGAAGATGTGATAAATACAAAGCACTATTTAAATGATCACTTTTAAGTATACATGATAGATAGGGTTGT
品种3:中苎2号:
ACTTTTTACTCTCGTATAAATAGATCTCATTCTCATTTATGAACATGGTGTTTTTAATATATACATCTATTCTTGTAGTATAACCTTCTTTGAAGATGTGATAAATACAAAGCACTATTTAAATGATCACTTTTAAGTATACATGATAGATAGGGTTGT
品种4:红皮红花:
ACTTTTTACTCTCGTATAAATAGATCTCATTCTCATTTATGAACATGGTGTTTTTAATATATACATCTATTCTTGTAGTATAACCTTCTTTGAAGATGTGATAAATACAAAGCACTATTTAAATGATCACTTTTAAGTATACATGATAGATAGGGTTGT
另外,利用本发明方法开发的SNP标记,还可以用于品种辨别、遗传多样性分析。
Claims (7)
1.一种大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
(1)提取2个苎麻品种的DNA;
(2)将苎麻基因组DNA酶切为小片段;
(3)对酶切后获取的小片段进行测序,获得2个品种的SLAF标签;
(4)在步骤(3)获得的2个苎麻品种的SLAF标签中,搜寻具有SNP多态性的SLAF标签;
(5)对搜寻到的SLAF标签序列进行引物设计,经扩增测序检测,得到的引物即为基因组SNP标记。
2.根据权利要求1所述的大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,步骤(2)中采用RsaI酶对苎麻基因组进行酶切。
3.根据权利要求2所述的大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,酶切后获取长度为214-314bp的片段。
4.根据权利要求1所述的大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,步骤(4)中根据等位基因数和基因序列之间的差异进行多态性分析,搜寻具有SNP多态性的SLAF标签。
5.根据权利要求1所述的大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,步骤(5)的引物设计参数:扩增产物长度在100-180bp,引物长度在18-25bp。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的大批量开发苎麻基因组SNP标记的方法,其特征在于,设计并经扩增测序检测的10对基因组SNP引物序列如下:
7.用于苎麻基因组SNP标记的引物,其特征在于,10对基因组SNP标记引物序列如下:
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