CN104561353A - 与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记及其检测方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物技术辅助育种领域,特别涉及与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记。所述InDel标记为CGAGG,其存在于甘蓝基因组1.0版本上的与甘蓝隐性可育紧密连锁的9号染色体上,并且其在所述9号染色体的从5’端起的第29436068-29436072位,但不存在于与甘蓝显性不育紧密连锁的9号染色体上。本发明还提供了一种包含上述InDel标记的核苷酸序列,所述序列包括位于所述的与甘蓝隐性可育紧密连锁的9号染色体上的序列A,和/或位于所述的与甘蓝显性不育紧密连锁的9号染色体上的序列B。本发明又提供了一种检测甘蓝育性的方法,以及包含InDel标记的序列在品种选育和育性鉴定中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术辅助育种领域,特别涉及与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记。
背景技术
甘蓝类植物的种内下分7个变种,即结球甘蓝变种(Brassica oleracea var.capitata),花椰菜变种(Brassica oleracea var.botrytis),青花菜变种(Brassica oleracea var.italica),抱子甘蓝变种(Brassica oleracea var.gemmifera),羽衣甘蓝变种(Brassica oleracea var.acephala),球茎甘蓝变种(Brassica oleracea var.caulorapa)和芥蓝变种(Brassica oleraceavar.alboglabra)。许多甘蓝拥有丰富的对人类有益的蛋白质、类胡萝卜素以及丰富的硫代葡萄糖苷等次生代谢物等等。其是我国重要的蔬菜类作物,其中结球甘蓝(Brassica oleraceavar.capitata)是我国仅次于白菜的第二大叶用蔬菜。2010年甘蓝类蔬菜产量达到七千六百万吨的规模,产值约一百四十亿美元。
由于结球甘蓝具有明显的杂种优势,目前全世界几乎所有主载品种均为杂交种。利用雄性不育系生产杂种一代已经成为杂优选育的发展趋势。
在现有技术中,植物显性不育的自然突变较为少见,甘蓝类蔬菜中目前仅发现了两个自然突变的显性不育类型,其中在1979年,首次由方智远院士发现的结球甘蓝类型中显性不育自然突变为我国特有的类型,目前已经成功地应用于甘蓝杂交优势的利用。
随着分子生物学技术的发展,人们对该雄性不育基因的分子标记,基因定位及基因表达分析做了大量的研究工作。王晓武等采用集群分析(BSA)法进行了甘蓝显性雄性不育基因连锁的分子标记研究,筛选并获得了与该不育基因遗传距离为7.148cM的RAPD标记,并将该标记转换成ERPAD和SCAR。刘玉梅等运用RFLP技术,获得最小遗传距离为1.787cM的RFLP连锁标记。张新梅筛选并获得了与该不育基因遗传距离为2.34cM的SRAP标记,并成功将三个标记转化为SCAR标记。
但是,上述传统的分子标记具有检测繁琐,重复率低等诸多缺陷。因此,目前亟需找到一种能够简化检测流程、并且重复率高的方法。
发明内容
本发明提供了根据可育和不育的芥蓝的重测序数据确定了与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记。InDel标记是根据核酸序列长短多态性设计的标记。其通过传统的PCR等方法就能检测,因此不存在以往的分子标记的各种问题。所以,确定与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记为利用分子标记辅助鉴定具有杂种优势的显性核不育甘蓝材料提供了高效途径,这对甘蓝显性细胞核不育的育性鉴定具有非常重要的现实意义。
所述InDel标记为CGAGG,其存在于与甘蓝隐性可育紧密连锁的结球甘蓝基因组1.0版本(version 1.0)上的一条9号染色体上,并且其在所述9号染色体的从5’端起的第29436068-29436072位,但不存在于与甘蓝显性不育紧密连锁的另一条9号染色体上。
在此需要指出的是,虽然本发明的实验材料取自芥蓝,但是在甘蓝蔬菜中,甘蓝的变种如花椰菜变种(B.oleracea var.botrytis)、青花菜变种(B.oleracea var.italica)、抱子甘蓝变种(B.oleracea var.gemmifera)、羽衣甘蓝变种(B.oleracea var.acephala)、球茎甘蓝变种(B.oleracea var.caulorapa)和芥蓝变种(B.oleracea var.alboglabra)的基因组序列与已经完成全基因组测序的结球甘蓝变种(B.oleracea var.capitata)的基因组序列是基本相同的,并且这些变种均包括相同的与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记,因此结球甘蓝变种(B.oleracea var.capitata)的全基因组序列可以作为芥蓝(B.oleracea var.alboglabra)等变种的参考序列。进而,在本发明中将上述InDel标记的位置定位于已测序的结球甘蓝变种(B.oleracea var.capitata)的基因组上。并且,本发明中所述“甘蓝(B.oleracea)”包括花椰菜变种(B.oleracea var.botrytis)、青花菜变种(B.oleracea var.italica)、抱子甘蓝变种(B.oleracea var.gemmifera)、羽衣甘蓝变种(B.oleracea var.acephala)、球茎甘蓝变种(B.oleracea var.caulorapa)和芥蓝变种(B.oleracea var.alboglabra)等。
在本发明中,只要包含如上所述的InDel标记的核苷酸序列,且位于所述的与甘蓝隐性可育紧密连锁的9号染色体上的任意一段序列,称之为序列A;只要包含如上所述的InDel标记的核苷酸序列,且位于所述的与甘蓝显性不育紧密连锁的9号染色体上的任意一段序列,称之为序列B。
因此,本发明还提供了一种包含如上所述的InDel标记的核苷酸序列,包括位于所述的与甘蓝隐性可育紧密连锁的9号染色体上的序列A,和/或位于所述的与甘蓝显性不育紧密连锁的9号染色体上的序列B。例如,序列A可以为包含如上所述的InDel标记与甘蓝隐性可育紧密连锁的非9号染色体全序列,和/或序列B包含如上所述的InDel标记可以为与甘蓝显性不育紧密连锁的非9号染色体全序列。但是,为了方便鉴定材料的育性,一般来说,没有必要设计一段较长的片段用于PCR扩增或其他方式的鉴别,而是选取较短的DNA片段用于PCR扩增或其他方式的鉴别,例如选用的长度可以为60-180bp,但一般不会超过300bp。所以,在一个具体实施方式中,所述序列A为如Seq ID No.1所示的序列;所述序列B为如Seq ID No.2所示的序列。
在一个具体实施方式中,所述序列的上下游引物分别为如Seq ID No.3和如Seq ID No.4所示的序列。
本发明又提供了一种检测甘蓝育性的方法,所述方法包:括利用如上所述的InDel标记检测甘蓝的测试株,当所述测试株中的两条染色体上均含有所述InDel标记时,其为隐性纯合可育株;当所述测试株中的两条染色体上均不含所述InDel标记时,其为显性纯合不育株;当所述测试株中的一条染色体上含有所述InDel标记,另一条染色体上不含所述InDel标记时,其为显性杂合不育株。
在一个具体实施方式中,上述方法中的甘蓝选自结球甘蓝变种、花椰菜变种、青花菜变种、抱子甘蓝变种、羽衣甘蓝变种、球茎甘蓝变种和芥蓝变种中的一种或多种。
本发明另外提供了一种检测甘蓝育性的方法,所述方法包括:利用如上所述核苷酸序列检测甘蓝的测试株,当在所述测试株中仅检测到序列A时,其为隐性纯合可育株;当在所述测试株中仅检测到序列B时,其为显性纯合不育株;当在所述测试株中既检测到序列A,同时又检测到序列B时,其为显性杂合不育株。
在一个具体实施方式中,在利用如上所述核苷酸序列的上述方法中的所述甘蓝选自结球甘蓝变种、花椰菜变种、青花菜变种、抱子甘蓝变种、羽衣甘蓝变种、球茎甘蓝变种和芥蓝变种中的一种或多种。
本发明还提供了一种与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记的应用,特别是在甘蓝品种选育中的应用。
本发明最后提供了一种包含如上所述的InDel标记的核苷酸序列的应用,特别是在甘蓝育性鉴定中的应用。其中,育性包括可育和不育两种性状。
在本发明中,术语“InDel标记”(insertion-deletion),指的是两种亲本中在全基因组中的差异,相对另一个亲本而言,其中一个亲本的基因组中有一定数量的核苷酸插入或缺失(Jander et al.,2002)。
术语“雄性不育”是指植物在生长发育过程中受到环境的影响或自身遗传突变,导致雄性生殖系统退化不能产生花粉或者产生的花粉不能行使正常的功能,而雌性生殖系统正常的一种生物学现象。
术语“变种”是指一个种在学术期刊上最初被发表时,是没有种下等级(即变种,亚种,变型)的,后来随着人们对这个种的了解逐步全面、深入,发现在这个种内有一些植株个体或群体具有与最初发表这个种时所认识的该种的特征不同的变异,并且变异明显而稳定,值得把它们单独划分出来以示区别,植物学家便会给这个具有变异的类型命名,并根据不同情况,将其发表为这个种内的变种。相对而言,具有原来特征,没有发生明显变异的类型,就称为这个变种的原变种。
附图说明
图1是对芥蓝可育材料F,不育材料S的InDel标记的PCR检测结果。其中,M:Marker,F:可育单株(male fertile individual),从图中可以看出扩增出的条带为137bp,从而证实了该单株为甘蓝隐性可育株;S:不育单株(male sterile individual),从图中可以看出,除去电泳图中最上端的两条副产物条带外,其下端存在两条目标条带,即137bp和132bp的条带,从而证实了该单株为甘蓝杂合不育株。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做以下详细说明。
实施例1
与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记的开发
InDel标记来源于芥蓝可育材料和雄性不育材料的重测序。也就是分别提取可育和不育芥蓝基因组DNA,浓度范围在880-1900ng/μl,每个样品10μg送华大基因测序。委托深圳花大基因研究院(BGI)采用边合成边测序技术,在Illumina Genome Analyzer测序系统平台上对两份样本进行重测序。其中,可育、不育样品分别得到约3.5Gb双端(pair-ends,PE)reads,这些reads的平均读长为90bp。所有测序数据用华大基因软件SOAP2.21进行InDels开发。首先将双端测序(pair-ends,PE)reads在不允许任何gap的条件下比对到甘蓝基因组参考序列上,并将这些reads过滤掉;其次在允许至多5bp的gap条件下重新比对,并要求不少于3对reads来支持该InDel位点从而获得紧密连锁标记InDel标记,该标记位于甘蓝基因组C09染色体29436068-29436072处。
接下来,用Primer 3设计引物InDel96R38-F,序列如Seq ID No.3所示,引物InDel96R38-R,序列如Seq ID No.4所示。利用该引物对隐性纯合可育株扩增时,扩增片段长度为137bp;利用该引物对显性纯合不育株扩增时,扩增片段长度为132bp;利用该引物对杂合不育株扩增时,扩增片段为两条其中一条的长度为137bp,另一条的长度为132bp。
通过对224个单株的PCR来验证本发明的InDel标记的准确性。
对InDel标记准确性的验证过程具体操作如下:
PCR扩增的反应体系为:100ng DNA模板,引物(5pM)正向和反向各1.5μl,2.0μl10×buffer,1.6μl dNTP(10mM),加双蒸水至20μl。
PCR扩增的程序为:94℃预变性5分钟;94℃变性30秒,55℃退火30秒,72℃延伸30秒,35个循环;72℃保温10分钟,16℃保存。
PAGE胶板制备及电泳:
1)把两块玻璃板装在胶皮套中,用夹子夹住玻璃板边缘防止漏胶。
2)配置8%的PAGE胶
3)混匀,尽快灌胶并立刻插上梳子,梳子的厚度1.0mm。值得注意的是梳孔处不要留有气泡,1h后倒上0.5×的电板缓冲液即可点样。
4)电泳条件为120V,2.5h。
银染程序如下:
1)450ml蒸馏水加入50ml无水乙醇加入2.5ml冰醋酸混匀。从玻璃板上取下的PAGE胶放入溶液中慢速摇晃6min,倒掉溶液。
2)500ml蒸馏水加入1g硝酸银充分溶解,将PAGE胶放入慢速摇晃12分钟,倒掉溶液。
3)清洗共分为两次,第一次500ml蒸馏水清洗30秒,第二次500ml蒸馏水加入120μl的10%硫代硫酸钠清洗30秒。
4)500ml蒸馏水加入7.5g氢氧化钠并加入1,500μl甲醛混匀。将PAGE胶放入慢速摇晃直至条带出现为止,倒掉溶液。
5)用步骤1中溶液清洗胶一次,蒸馏水清洗胶一次。
PCR的电泳结果如图1所示。F泳道的结果显示:DNA片段为一条,大小为137bp,与可育纯合株的材料相吻合;S泳道的结果显示:DNA片段为两条,大小分别为137bp和132bp,与不育杂合株的材料相吻合。
根据对224个纯合株的InDel标记的验证,得出了本发明InDel标记具有准确性。根据本发明的InDel标记能特性的检测出甘蓝的可育和不育性状及其基因型。
实施例2
利用与甘蓝育性紧密连锁的InDel标记验证甘蓝育性
利用引物对InDel 96R38-F(Seq ID No.3)/InDel 96R38-R(Seq ID No.4)对2024个回交群体芥蓝单株进行PCR验证。
PCR扩增的反应体系为:100ng DNA模板,引物(5pM)正向和反向各1.5μl,2.0μl10×buffer,1.6μl dNTP(10mM),加双蒸水至20μl。
PCR扩增的程序为:94℃预变性5分钟;94℃变性30秒,55℃退火30秒,72℃延伸30秒,35个循环;72℃保温10分钟,16℃保存。
凝胶电泳检测:采用8%的非变性聚丙烯酰胺凝胶,于160V恒功率电泳分离,然后银染显色观察结果。
本发明通过利用2024个回交群体芥蓝单株进行验证,结果表明本发明的InDel标记用于芥蓝材料育性分子标记辅助选择的正确率为100%。
本发明不仅为甘蓝显性核不育基因Ms-cd1的精细定位和分子克隆奠定了基础,同时也为利用分子标记辅助鉴定具有杂种优势的显性核不育甘蓝材料提供了高效途径。
Claims (10)
1.一种InDel标记,所述InDel标记为CGAGG,其存在于与甘蓝隐性可育紧密连锁的结球甘蓝基因组1.0版本上的一条9号染色体上,并且其在所述9号染色体的从5’端起的第29436068-29436072位,但不存在于与甘蓝显性不育紧密连锁的另一条9号染色体上。
2.一种包含如权利要求1所述的InDel标记的核苷酸序列,所述序列包括位于所述的与甘蓝隐性可育紧密连锁的9号染色体上的序列A,和/或位于所述的与甘蓝显性不育紧密连锁的9号染色体上的序列B。
3.根据权利要求2所述的序列,其特征在于,所述序列A为如Seq ID No.1所示的序列;所述序列B为如Seq ID No.2所示的序列。
4.根据权利要求3所述的序列,其特征在于,所述序列的上下游引物分别为如Seq IDNo.3和如Seq ID No.4所示的序列。
5.一种检测甘蓝育性的方法,所述方法包括:利用如权利要求1所述的InDel标记检测甘蓝的测试株,当所述测试株中的两条染色体上均含有所述InDel标记时,其为隐性纯合可育株;当所述测试株中的两条染色体上均不含所述InDel标记时,其为显性纯合不育株;当所述测试株中的一条染色体上含有所述InDel标记,另一条染色体上不含所述InDel标记时,其为显性杂合不育株。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述甘蓝选自结球甘蓝变种、花椰菜变种、青花菜变种、抱子甘蓝变种、羽衣甘蓝变种、球茎甘蓝变种和芥蓝变种中的一种或多种。
7.一种检测甘蓝育性的方法,所述方法包括:利用如权利要求2至4任意一项所述的序列检测甘蓝的测试株,当在所述测试株中仅检测到序列A时,其为隐性纯合可育株;当在所述测试株中仅检测到序列B时,其为显性纯合不育株;当在所述测试株中既检测到序列A,同时又检测到序列B时,其为显性杂合不育株。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述甘蓝选自结球甘蓝变种、花椰菜变种、青花菜变种、抱子甘蓝变种、羽衣甘蓝变种、球茎甘蓝变种和芥蓝变种中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的InDel标记的应用,特别是在甘蓝品种选育中的应用。
10.根据权利要求2至4任意一项所述的序列的应用,特别是在甘蓝育性鉴定中的应用。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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