CN107058600B - 一种划分玉米优势群体的snp分子标记及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分子生物学技术领域，公开了一种划分玉米优势群体的SNP分子标记及其应用。所述分子标记包括101个SNP标记，覆盖了玉米10条染色体，其中第1号染色体有22个，第2号染色体有13个，第3号染色体有3个，第4号染色体有9个，第5号染色体有6个，第6号染色体有5个，第7号染色体有22个，第8号染色体有8个，第9号染色体有5个，第10号染色体有8个。目前可以用于划分杂种有SNP标记数量在56k‑1k范围内，数量多、成本高，本发明仅利用101个SNP进行杂种优势群的划分，其效果与利用56K玉米SNP芯片划分结果相同。利用本发明公布的方法进行杂种优势群划分能够降低检测成本。
Description
技术领域
本发明属于分子生物学技术领域，具体涉及一种划分玉米优势群体的SNP分子标记及其应用。
背景技术
玉米是典型的异交作物表现极端的近交衰退和杂种优势。杂种优势利用是大幅度提高玉米产量和改良品质的有效途径。合理划分自交系优势类群是构建玉米杂种优势利用模式，有效指导玉米自交系的选育和提高组配玉米杂交种效率的重要基础性研究。
随着基因芯片技术和测序技术的发展，SNP标记成为继RFLP和SSR之后最有前途的第三代分子标记。目前在玉米中应用比较广泛的SNP芯片有56k、1k左右等不同密度的SNP位点，它们可以用来鉴定不同玉米材料的品种真实性和划分杂种优势群。研究发现利用56kSNP芯片对367份自交系进行基因型检测，经质量控制，得到了41819个高质量的SNP位点杂种优势群的划分，结果分别为瑞德群，温热带群，P群，TSPT群，兰卡斯特群。利用1031个SNP标记的基于Neighbor-joining(NJ)聚类分析的方法将39份甜玉米自交系划分为5个类群，分别为华珍母本群、京甜糯2群、彩甜糯群、温带种质群和华珍父本群。还有研究发现在数据库上筛选了48个玉米核心SNP位点对105份自交系进行基因分型数据信息分析，得到42个高质量的SNP位点，且利用这些位点得到的基因分型数据信息可以将105份自交系材料区分开。这些研究表明了利用不同密度SNP标记在玉米种质资源遗传多样性分析和杂种优势群划分上的可行性。
然而，上述研究中采用的SNP标记数量在56k-1k范围内，数量多、成本高，目前市场上未见到用几百个SNP分子标记对玉米优势群体进行划分的研究。
发明内容
本发明提供的一种划分玉米优势群体的SNP分子标记及其应用，利用101个SNP分子标记对玉米优势群体进行划分，成本低。
本发明的第一个目的是提供一种划分玉米优势群体的SNP分子标记，所述分子标记包括101个SNP标记，覆盖了玉米10条染色体，其中第1号染色体有22个，第2号染色体有13个，第3号染色体有3个，第4号染色体有9个，第5号染色体有6个，第6号染色体有5个，第7号染色体有22个，第8号染色体有8个，第9号染色体有5个，第10号染色体有8个，具体101个SNP标记的基因型信息见下表：
表101个SNP的基因型信息
本发明的第二个目的是提供一种上述的划分玉米优势群体的SNP分子标记，在辽宁省常用玉米自交系杂种优势群体划分中的应用。
本发明的第三个目的是提供一种上述的划分玉米优势群体的SNP分子标记，在玉米分子标记辅助育种中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的一种划分玉米优势群体的SNP分子标记及其应用，具有以下有益效果：
1、本研究利用玉米56k SNP芯片对辽宁省常用玉米自交系进行基因型分型，估算自交系间的遗传距离。利用聚类分析的方法预测玉米杂种优势群，为辽宁省玉米杂种优势预测和相应的杂交优势利用模式建立提供参考。同时筛选不同密度的SNP标记进行聚类分析比较，成功筛选出101个核心SNP分子标记，它能够经济高效地对玉米育种材料进行杂种优势群划分，指导育种杂优模式的建立，有效地降低成本。
2、本发明分别筛选了46899个SNP分子标记，1008个SNP分子标记和101个核心的SNP分子标记，利用三种密度的SNP分子标记进行聚类分析，分别把44份玉米自交系划分为四个相同的杂种优势群，且每个杂种优势群内的自交系的数量与类别完全相同，说明本实验筛选的101个核心的SNP分子标记能够高效精确地对待测玉米自交系进行杂种优势群的划分，替代高密度的SNP分子标记。通过类群划分指导杂交种组配，可以避免大量盲目的测配工作，提高新系利用效率。
附图说明
图1是46899个SNP分子标记构建的进化树；
图2是1008个SNP分子标记构建的进化树；
图3是101个SNP分子标记构建的进化树。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不应理解为本发明的限制。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一、试验材料
本实验采用44份玉米自交系作为研究试材，材料来源包括经典杂种优势群的对照材料8份和辽宁省育种自交系36份，参见表1。主要为辽宁省育种公司服务，提供基础的亲缘关系数据。
表1试验材料名称及来源
二、SNP基因分型
用CTAB法提取44个玉米样品的DNA并进行质量检测。利用Illumina公司开发的包含56110个SNP标记的玉米商用SNP标记(Illumina,San Diego,California,U.S.A)进行基因型检测，基因检测后用GenomeStudio软件进行SNP聚类的基因分型。
用tassel5.0对基因型进行基本统计，包括每个样品的缺失率、杂合率以及SNP的最小等位基因频率(MinorAllele Frequency，MAF)、缺失率、杂合率。选取MAF>0.05，缺失率<0.2的46899个SNP标记用于后续分析。
对全基因组56110个SNP位点进行基因型检测，最终得到46899个高质量的SNP位点的基因型，44个玉米样品的SNP基因型总体分析参见表2。SNP的缺失率变幅为0～0.14301％，平均值为0.01531％。本实验得到的46899个SNP的缺失率低，芯片获得的SNP质量较好。SNP的杂合率的变异幅度为0～0.0989％，平均值为0.03958％。杂合率比较低，可看出材料均为纯合自交系。
表2 44个玉米样品的SNP基因型总体分析
三、SNP分子标记的筛选
根据46899个SNP分子标记构建的进化树可分为4个群，然后筛选与分群极相关和与分群极不相关的SNP各一半，并使这些SNP分子标记均匀分布在染色体上。我们分别筛选了1008个分子标记和101个核心的SNP分子标记，并用核心的SNP分子标记构建系统进化树。用R语言的lm函数检测分群与SNP相关性的显著性。
分别利用46899个SNP分子标记(高密度)，1008个SNP分子标记(中密度)，101个核心的SNP分子标记(低密度)三个密度的SNP分子标记对44个样品进行聚类分析，得到三个进化树，分别如图1、图2和图3所示。结果显示：三个密度的SNP分子标记都将44份自交系划分为相同的四个杂种优势群，分别是：以B73和PH6WC为代表的瑞德群，以MO17为代表的兰卡斯特群，以DAN340和CHANG7-2为代表的旅大红骨与唐四平头混合群，以PH4CV为代表的类PH4CV群。其中101个SNP(低密度)的分子标记的基因型信息参见表3。不同样品的基因型参见表4、表5和表6。
表3 101个SNP的基因型信息
表4序号为1-15的样品基因型
表5序号为16-30样品的基因型
表6序号为31-44样品的基因型
其中，表4、表5和表6中SNP序号分别对应表3中的SNP序号，样品序号分别对应表1中44个样品的序号；0/0表示样品中该位点为纯合的，且与参考序列的碱基(REF)的基因型一致；0/1表示样品中该位点为杂合的，且有参考序列的碱基(REF)和变异的碱基(ALT)两个基因型；1/1表示样品中该位点为纯合的，且与变异的碱基(ALT)的基因型一致；./.表示样品中未检测到该SNP。
兰卡斯特群包括8个自交系：PH4CV-12、PingAn 169-M、DMY2-F、HM1-M、DK517-M、ShenNongB2、MO17。与46899个SNP分子标记划分的兰卡斯特群相比：1008个SNP分子标记划分的兰卡斯特群中只有DK517和HM1-M的位置发生了交换；101个SNP分子标记划分的兰卡斯特群内所有自交系在进化树上的位置都发生了改变。
瑞德群包括10个自交系：HM1-F、D913-M、B73、D123-M、DeDan1299-F、ShenNongB1、PH6WC-1、L-PH6WC-R、L-PH6WC、ShenNongA1。与46899个SNP分子标记划分的瑞德群相比：1008个SNP分子标记划分的瑞德群中PH6WC-1、L-PH6WC-R、L-PH6WC、ShenNongA1在进化树上的位置发生了改变；101个SNP分子标记划分的瑞德群内所有自交系的位置都发生了变化。
旅大红骨与唐四平头混合群包括16个自交系：Test7、Test8、Test6、Test9、Test5、Ming2325、D123-F、D501-M、Ming71、CHANG7-2、Ming984、QI319、H88、Ming84、YE478、DAN340。与46899个SNP分子标记划分的旅大红骨与唐四平头混合群相比：1008个SNP分子标记划分的旅大红骨与唐四平头混合群中Test7、Test8、Test6、Test9、Test5、Ming2325在进化树上的位置发生了改变；101个SNP分子标记划分的旅大红骨与唐四平头混合群内所有自交系的位置都发生了变化。
类PH4CV群包括11个自交系：Test2、Test1、Test3、Test4、Test10、Test11、PH4CV-11、PH4CV、LY981-F、D913-F、YR101。与46899个SNP分子标记划分的类PH4CV群相比：1008个SNP分子标记划分的类PH4CV群中Test10，Test11在进化树上的位置发生了改变，101SNP分子标记划分的类PH4CV群中Test2、Test1、Test3、Test4、Test10、Test11的位置发生了改变。
根据遗传相似度分析，Test7、Test8、Test6、Test9、Test5、Ming2325之间的遗传相似度近似为1，所以这些自交系位置的改变对分析自交系的亲缘关系无影响。进一步比较不同密度SNP分子标记划分杂种优势群的效果时，我们发现利用不同密度SNP分子标记划分的相同杂种优势群内的自交系的数量与玉米自交系的种类完全相同，只是与高密度SNP分子标记聚类结果相比，中、低密度SNP分子标记划分的杂种优势群内个别自交系在进化树上的位置发生了改变，发生变化的个别自交系的遗传相似度近似为1，不影响整体优势群划分结果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (1)
1.一种划分玉米杂种优势群体的SNP分子标记组在辽宁省常用玉米自交系杂种优势群体划分中的应用，其特征在于，所述杂种优势群分别为瑞德群、兰卡斯特群、旅大红骨与唐四平头混合群和PH4CV群，所述分子标记有101个SNP标记，覆盖了玉米10条染色体，其中第1号染色体有22个，第2号染色体有13个，第3号染色体有3个，第4号染色体有9个，第5号染色体有6个，第6号染色体有5个，第7号染色体有22个，第8号染色体有8个，第9号染色体有5个，第10号染色体有8个，具体101个SNP标记的基因型信息见下表：
表101个SNP的基因型信息
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