CN104805081B - 一种小麦粒重分子标记及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小麦粒重分子标记及其应用，标记位于小麦3DL染色体，与SSR标记Xwmc418紧密连锁，其核苷酸序列如序列表中的序列1所示。该位点是前人未曾报道过的存在主效基因的位点，由于该功能标记是基于这个特定的基因序列设计的，是与该基因共分离的，相对一般SSR分子标记，有助于提高育种选择的目标性和针对性，大大提高了选择的准确性，可应用于小麦育种领域。将该分子标记用于小麦育种不受环境等其他外界因素的影响，可在发育早期筛选小麦品种，节约了生产成本，加快育种进程。
Description
技术领域
本发明涉及分子育种领域，具体涉及一种小麦粒重分子标记以及该标记在分子育种中的应用。
背景技术
小麦是我国重要的粮食作物之一，随着人口的增长、耕地面积的减少以及粮食生产成本的不断提高，高产、超高产育种是我国小麦育种的永恒主题。小麦单位面积产量取决于单位面积有效穗数、每穗粒数和千粒重，该三要素都是受多基因控制的数量性状，易受环境影响。一般来说，粒重的遗传力较其他两者高，说明在协调产量三要素的基础上，进一步提高粒重，是提高产量的有效途径。
传统的育种主要依赖于植株的表现型选择，但环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素会影响表型选择效率。而分子标记辅助选择(MAS)不受环境和育种世代的影响，可以进行程序化早代选择和预测。所以利用分子标记尤其基因的功能标记进行关键基因型的辅助选择，可显著提高目标性状的准确性，大大缩短了小麦育种年限和提高育种效率。
小麦中已报道了多个与粒重有关的主效QTLs，主要位于1A，1BS，3A，4BS，5A，6AS,7A，7B，7D上。但是这些QTLs存在某些不足之处：首先，大多数QTLs不是功能性标记，都没有经过育种过程进行有效性的验证。而实用性分子标记应该可用于所有的育种材料的检测，而且应该是建立在已经被克隆的功能基因的序列基础上开发的，需要建立标记与性状的关系。其次，单一遗传群体定位的QTL位点是一个很大的区域，可能包含多个数量性状基因，也有可能存在假阳性的QTLs，降低了分子辅助选择的实际效率。因此需要开发一种基于基因序列的实用性功能标记。
由于小麦是异源六倍体，其基因组比较复杂，与粒重有关的功能基因鉴定的较少。已克隆的功能基因主要位于2A，前者是从水稻中同源克隆的控制粒宽和粒重的主效基因TaGW2，后者是与小麦粒重相关的细胞壁转化酶基因TaCWI。因此，寻求一种基于小麦粒重相关基因序列的实用性功能标记，将为利用分子手段选育高产小麦新品种提供支撑。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的一个目的是提供了一种小麦粒重的分子标记，以辅助小麦高产分子育种。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供了一种小麦粒重的分子标记，该分子标记位于小麦3DL染色体，与SSR标记Xwmc418紧密连锁，其核苷酸序列如序列表中的序列1所示。
本发明的再一个目的是提供了所述的小麦粒重分子标记在小麦育种中的应用。
本发明一个优选的方面，上述的应用是利用其判断植株是否含有增加千粒重效应的基因位点TaGW3-3D，具体步骤为：
利用特异性引物扩增目标植株的叶片DNA，电泳检测扩增片段以检测是否为具有较高千粒重的品种；
评判标准为：具有较高千粒重的品种扩增出如序列表中序列4所示的333bp的目标条带，具有较低千粒重的品种扩增出如序列表中序列5所示的328bp的目标条带。
其中，上述应用中所用到的其特异性引物为：
上游引物序列：5’-CGTCCCAACCTCGCTCTT-3’(序列表中SEQ ID NO.2所示)；
下游引物序列：5’-ATCCTTCCTGCCATCACC-3’(序列表中SEQ ID NO.3所示)。
本发明通过克隆了一个控制粒重主效基因的部分片段，并开发了一对基于这个特定的基因序列的功能标记。该位点是前人未曾报道过的存在主效基因的位点。由于该功能标记是基于这个特定的基因序列设计的，是与该基因共分离的，相对一般SSR分子标记，有助于提高育种选择的目标性和针对性大大提高了选择的准确性，可应用于小麦育种领域。加上不受环境等其他外界因素的影响，可在发育早期筛选小麦品种，节约了生产成本，加快育种进程。
附图说明
图1为利用特异性引物扩增出的15个不同品种的小麦的电泳结果图；该图中最右泳道为分子标记物，1为矮抗58的扩增条带，2为临优8159的扩增条带，3为中麦1195的扩增条带，4为宝麦8号的扩增条带，5为邯4564的扩增条带，6为中麦1196的扩增条带，7为苏麦3的扩增条带，8为内麦8号的扩增条带，9为烟农19的扩增条带，10为中优989的扩增条带，11为烟农24的扩增条带，12为京411的扩增条带，13为红芒春21的扩增条带，14为豫麦867919的扩增条带，15为和尚麦的扩增条带；以及
图2为TaGW3-3D基因标记在小麦3D染色体上的遗传连锁图谱。
具体实施方式
以下实施例用于进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的前提下，对本发明所作的修饰或者替换，均属于本发明的范畴。
实施例1小麦粒重相关基因功能标记的获得
在NCBI上搜索小麦的多个ESTs序列，对千粒重差异显著的小麦品种进行筛选，克隆测序有差异的片段，得到序列SEQ ID NO.1，具体操作参见常规的分子生物学操作步骤。然后以该序列为模板，利用Primer Premier 5.0软件设计一对特异性引物：
上游引物序列:5’-CGTCCCAACCTCGCTCTT-3’
下游引物序列:5’-ATCCTTCCTGCCATCACC-3’
实施例2小麦粒重相关基因功能标记的检测
一、小麦籽粒千粒重的测定
随机取小麦的1000粒完整小麦籽粒，两次重复，用千分之一的天平称重，两次平均值记为最终的千粒重值。
二、SDS-Tris饱和酚法抽提小麦叶片基因组DNA
(1)分别取矮抗58、临优8159、中麦1195、宝麦8号、邯4564、中麦1196、苏麦3、内麦8号、烟农、中优989、烟农、京411、红芒春21、豫麦867919、和尚麦15个小麦品种的新鲜幼嫩叶片2g，液氮研磨成细粉后置于2ml灭菌离心管中。
(2)每个样品加入1.2ml DNA提取缓冲液(200mM Tris-cl,pH8.0,250mM NaCl,25mM EDTA,pH8.0,0.5％SDS,2％β-ME混合均匀，β-ME临用前新鲜加入)。
(3)55℃水浴45min，期间间歇振荡以充分提取。
(4)室温下，12000rpm，10min。
(5)转移上清液至新的2ml灭菌离心管中，加入预冷的等体积Tris饱和酚/氯仿异/戊醇(体积比为25：24：1)，于冰上颠倒混匀15min，期间间歇振荡。
(6)室温下，12000rpm，10min。
(7)转移上清液至新的2ml灭菌离心管中，重复步骤(5)，(6)，以充分除去蛋白。
(8)转移上清液至新的1.5ml灭菌离心管中，加入0.6倍异丙醇(300μl)和1/10倍体积(50μl)NaAc(pH5.2)，充分混合混匀后冰上静置17min。
(9)出现白色絮状DNA沉淀，4℃，10000rpm，10min。
(10)弃上清，加入预冷的70％乙醇漂洗2遍，然后用无水乙醇漂洗1遍，室温晾干，加入100μl其中含2μl 10mg/ml RNase酶的1×TE缓冲液(或双蒸水)过夜溶解，10倍稀释备用。
(11)用1％琼脂糖检测提取的小麦基因组DNA的质量以及浓度。
三、目标产物的扩增
PCR扩增条件:
4℃保存
PCR完成后，加变性双指示剂(DNA loading buffer)在PCR仪上95℃变性10min，然后立即置于冰上，待降至室温后，在6％的变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳，然后银染显色，结果见图1。从图1可见，扩增的条带全部集中在300bp～400bp的中间位置，并且分为两类，一类是高于某个中间值，而另一类又低于那个中间值，测序可知这两类条带的大小分别是333bp和328bp，具体序列分别如序列表中的SEQ ID NO.4和SEQ ID NO.5所示。
四、不同千粒重品种中的基因型分析结果
通过步骤三的方法分析159份小麦的自然品种的扩增，在159份自然品种中，电泳条带大小为328bp带型的品种(记为具有B基因型)大多数都具有较低的千粒重，而333bp带型的品种(记为具有A基因型)基本都具有较大的千粒重(如表1所示)。在不同群体中分别对两种基因型的千粒重进行方差分析，分析的结果表明，A基因型的千粒重显著高于B基因型的千粒重(如表2所示)。
表1 159份自然品种千粒重的测定结果和基因型分析结果
注：’A’为333bp带型；’B’为328bp带型
表2不同群体中基因型间的千粒重差异显著性分析
注：A为333bp带型,B为328bp带型；a为标准差
**为P<0.01，***为P<0.001，分别达到极显著和极极显著水平
可见，具有较高千粒重的品种扩增出333bp(SEQ ID NO.4)的目标条带，而具有较低千粒重的品种扩增出328bp(SEQ ID NO.5)的目标条带(如图1)。
五、该功能标记在不同群体中的验证及连锁定位
利用京411/红芒春21重组自交系群体(京411千粒重37.02g；红芒春21千粒重19.14g，共174个家系)和157份种质资源组成的自然群体进行TaGW3-3D基因的等位变异与千粒重的相关性分析，结果见表3：
表3 TaGW3-3D基因等位变异(A基因型)与千粒重的相关性分析
注：**为P<0.01,达到极显著水平；a为标准差
上表表明，该基因在两个群体中与千粒重的相关性均达到了极显著水平。
利用均匀分布于小麦21条染色体上的130对SSR引物在重组自交系群体(京411/红芒春21)中进行连锁分析，连锁定位的结果见图2，该图表明，该分子标记与3DL染色体上的SSR标记Xwmc418连锁，相距1.23cM。
Claims (2)
1.一种小麦粒重分子标记，其特征在于，该标记位于小麦3DL染色体，与SSR标记Xwmc418紧密连锁，其核苷酸序列如序列表中的SEQ ID NO.1所示。
2.权利要求1所述的小麦粒重分子标记在小麦育种中的应用，其特征在于，利用其判断植株是否含有增加千粒重效应的基因位点TaGW3-3D，具体步骤为：
利用特异性引物扩增目标植株的叶片DNA，电泳检测扩增片段以检测是否为具有较高千粒重的品种；
评判标准为：具有较高千粒重的品种扩增出如序列表中序列4所示的333bp的目标条带，具有较低千粒重的品种扩增出如序列表中序列5所示的328bp的目标条带；
其特异性引物为：
上游引物序列：5’-CGTCCCAACCTCGCTCTT-3’；
下游引物序列：5’-ATCCTTCCTGCCATCACC-3’。
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