CN108239673A - 一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对 - Google Patents

一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对 Download PDF

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CN108239673A CN201611215262.5A CN201611215262A CN108239673A CN 108239673 A CN108239673 A CN 108239673A CN 201611215262 A CN201611215262 A CN 201611215262A CN 108239673 A CN108239673 A CN 108239673A
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Abstract

本发明公开了一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对。本发明所提供的筛选具有不同产量性状的水稻的方法，可包括如下步骤：(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均产量。实验证明，本发明提供的方法可筛选具有不同单株产量性状的水稻，且操作简单，准确率高，在水稻育种中具有重要的应用价值。

Description

一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引 物对
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对。
背景技术
水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一，全球约一半以上的人口以稻米为主食，因此，培育具有高产的水稻品种至关重要。挖掘控制水稻高产性状的优良等位基因，对育种过程中跟踪选择具有高产性状的水稻品种具有重要的意义。
水稻育种是农业文明的主要内容之一，伴随人类社会的发展有近万年。水稻在亚洲是主要的粮食来源，在其它地区(如非洲)其重要性也逐渐增加。水稻基因组是最早得到全基因组序列的物种之一，相关研究近年来得到迅猛发展。
在实践上，水稻育种包括常规育种和杂交育种，其基本目标是将优良性状结合在同一个品种中，使之在较广泛的地理条件下生长出产量高且品质好的稻谷。目前育种方法大多依赖可见性状或/和分子标记，由于影响水稻性状的因子多而复杂，人们改良它们的手段还十分有限。通过各种育种方法获得好的性状组合的几率目前仍然较低。
对基因的功能研究由于多集中在突变体，相关结果对认识该物种的生物学特性十分必要，但对农业育种的指导作用常常针对性不强。对水稻群体中的自然变异的研究目前以单核苷酸多态为主，基于相关数据的全基因组关联分析可以找到一些表型和单核苷酸多态之间的关联性估计。这类方法获得的结果对农业育种的影响仍有待评估。目前制约水稻育种的瓶颈是如何甄别优良的育种亲本，找到优良的遗传本底材料，使优良的性状可以在大田条件下代代保留。
从数量遗传学的基本概念上看，产量较高的个体可能具备影响其表型的优良基因。影响产量的优良基因可以在大田条件下从合适的水稻材料中获得。基本上，传统育种是以此为依据开展的。
近数十年来分子生物学的发展带来了分子育种的兴起，以特定基因或分子标记为选择条件的育种成为分子育种的标志。对抗性的育种是最显著的例子。对产量而言，分子育种的一个制约因素是确定哪些基因或分子片段最适合作为选择条件。
发明内容
本发明提供了一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对。
本发明首先提供了一种筛选具有不同产量性状的水稻的方法。
本发明所提供的筛选具有不同产量性状的水稻的方法(方法甲)可包括如下步骤：
(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；
(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均产量。
本发明所提供的筛选具有不同产量性状的水稻的方法(方法乙)可包括如下步骤：
(1)以待测水稻的基因组DNA为模板，采用特异引物对进行PCR扩增；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列1所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a纯合型；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_b纯合型；
(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均产量。
本发明还提供了一种水稻选育方法(方法丙)，可包括如下步骤：
(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；
(2)基因型为SUSY2_b纯合型的水稻为选育的目的水稻。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水稻选育方法(方法丁)，可包括如下步骤：
(1)以待测水稻的基因组DNA为模板，采用特异引物对进行PCR扩增；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列1所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a纯合型；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_b纯合型；
(2)基因型为SUSY2_b纯合型的水稻为选育的目的水稻。
所述目的水稻为产量高的水稻。
以上任一所述特异引物对可由引物1和引物2组成；
所述引物1可为如下(a1)或(a2)：
(a1)序列表的序列3所示的单链DNA分子；
(a2)将序列3经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列3具有相同功能的单链DNA分子；
所述引物2可为如下(b1)或(b2)：
(b1)序列表的序列4所示的单链DNA；
(b2)将序列4经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列4具有相同功能的单链DNA分子。
本发明还保护一种特异等位基因片段。所述特异等位基因片段可为SUSY2_a或SUSY2_b；
所述SUSY2_a可为如下(c1)或(c2)：
(c1)序列表的序列1所示的DNA分子；
(c2)将序列1经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列1具有相同功能的DNA分子；
所述SUSY2_b可为如下(d1)或(d2)：
(d1)序列表的序列2所示的:DNA分子；
(d2)将序列2经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列2具有相同功能的DNA分子。
(c2)或(d2)中，“取代和/或缺失和/或添加”发生的位置位于序列表的序列1与序列表的序列2之间的三个差异以外的区域。
所述特异引物对也属于本发明的保护范围。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种试剂盒，包括所述特异引物对。所述试剂盒中还可包括用于提取水稻基因组DNA的常规试剂和/或用于进行PCR扩增的常规试剂和/或用于进行测序的常规试剂。
所述试剂盒的用途为如下(e1)或(e2)或(e3)：
(e1)筛选具有不同产量性状的水稻；
(e2)鉴定或辅助鉴定水稻的产量性状；
(e3)鉴定或辅助鉴定具有不同产量性状的水稻。
所述试剂盒的制备方法也属于本发明的保护范围。所述试剂盒的制备方法包括将所述试剂盒中各条引物分别单独包装的步骤。
本发明还保护所述特异等位基因片段或所述特异引物对的应用，为如下(e1)或(e2)或(e3)：
(e1)筛选具有不同产量性状的水稻；
(e2)鉴定或辅助鉴定水稻的产量性状；
(e3)鉴定或辅助鉴定具有不同产量性状的水稻。
所述特异等位基因片段、所述特异引物对、所述试剂盒或以上任一所述方法在水稻育种中的应用也属于本发明的保护范围。所述水稻育种的育种目标为获得产量高的水稻。
上述任一所述产量可为单株产量。上述任一所述产量可为籽粒产量。
本发明还提供了一种鉴定优势等位基因的方法，包括如下步骤：通过比较不同群体的生物性状差异，确定具有优势性状的等位基因；所述不同群体中，每个群体均由所述等位基因纯合的个体组成。
所述生物可为有性繁殖生物，具体可为植物，更具体可为水稻。
所述性状可为可测量性状，具体可为产量性状，更具体可为籽粒产量性状。
实验证明，利用本发明提供的方法可筛选具有不同单株产量性状的水稻，操作简单，准确率高，在水稻育种中具有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
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。
实施例1、引物的设计与合成
蔗糖是水稻体内的重要运输物质。在水稻基因组中，已经有多个基因被注释为编码蔗糖合酶(EC 2.4.1.13)，如编码蔗糖合酶2(sucrose synthase 2，JN944363.1；SUSY2)的基因(以下简称为SUSY2基因)。SUSY2基因位于水稻第3号染色体上。通过大量预实验和序列比对，本发明的发明人发现SUSY2基因中存在两种等位基因片段(一种等位基因片段如序列表的序列1所示，命名为等位基因片段SUSY2_a；另一种等位基因片段如序列表的序列2所示，命名为等位基因片段SUSY2_b)，它们和水稻单株产量具有相关性。
根据上述两种等位基因片段设计特异引物对，由引物1和引物2组成。
引物1(序列表中序列3)：5’-CCAGACTCAGACATATACTGGACGA-3’；
引物2(序列表中序列4)：5’-CTGCACGAAGGCACCATGAGT-3’。
实施例2、水稻中基于所述等位基因片段的分型方法的建立
建立的方法如下：
1、以待测水稻的基因组DNA(约10～100ng)为模板，采用引物1和引物2组成的特异引物对进行PCR扩增，得到PCR扩增产物。
PCR扩增的反应程序：95℃5分钟；95℃30秒、60℃1分钟、72℃1分钟，35个循环；72℃8分钟。
2、完成步骤1后，对PCR扩增产物进行测序，根据测序结果进行如下判定：如果PCR扩增产物只有一种，且如序列表中序列1所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a纯合型；如果PCR扩增产物只有一种，且如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_b纯合型；如果PCR扩增产物为两种，一种如序列表中序列1所示，另一种如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a/SUSY2_b杂合型。
由于水稻品种均为栽培种或农家种，因此基因型为纯合型的个体比例高。
实施例3、水稻中基于所述等位基因片段的基因型与水稻单株产量的关联分析
一、统计不同水稻品种的单株产量
于2014年在海南省三亚市分别种植多个水稻品种(具体见表1、表2和表3，水稻品种名称见第2列，水稻品种的产地见第3列，部分水稻品种的2009编号见第6列)。在田间采用完全随机区组试验设计方案，重复三次。待水稻成熟后，水稻植株按单株收种，称量，取平均值，得到该品种的单株产量(结果见表1、表2和表3，第5列)。
二、按照实施例2建立的分型方法，检测各水稻品种的基因型(结果见表1、表2和表3，第4列)。
表1
表1的结果显示：84个水稻品种中50个品种的基因型为SUSY2_a纯合型，这50个品种的平均单株产量为31.27±1.51克；84个水稻品种中34个品种的基因型为SUSY2_b纯合型，这34个品种的平均单株产量为41.54±2.35克；显著性检验P<0.001。
表2
表2的结果显示：53个水稻品种中42个品种的基因型为SUSY2_a纯合型，这42个品种的平均单株产量为20.41±1.33克；53个水稻品种中11个品种的基因型为SUSY2_b纯合型，这11个品种的平均单株产量为31.16±4.54克；显著性检验P<0.01。
表3
表3的结果显示：36个水稻品种中28个品种的基因型为SUSY2_a纯合型，这28个品种的平均单株产量为20.37±1.54克；36个水稻品种中8个品种的基因型为SUSY2_b纯合型，这8个品种的平均单株产量为32.24±3.72克；显著性检验P<0.01。
三、建立筛选具有不同单株产量性状的水稻的方法
筛选具有不同单株产量性状的水稻的方法为：
(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；
(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均单株产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均单株产量。
<110> 中国科学院植物研究所
<120> 一种培育高产作物的方法及其专用特异基因组片段和特异引物对
<160> 4
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 1132
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223>
<400> 1
ctgcacgaag gcaccatgag tatcagctat gtagcgatag agctcaccat tgcgagccct 60
gttcgtctga gccgagatcc aacggaactg cccaaacaag ttataggtct taataagttc 120
atgcatcttc tcaatctctg cgatttcttc tctgtccttg gatttcttga catcgttata 180
gccagcaacc acgacaaggt ttaccagctc cctcagccta gcgtttttag cataagcttc 240
aaccaaccct gttatgttct taactcggtc aagtcttgcc atggaaaaga gaatgggttt 300
tgatctgtca tccaggtgtc cactacaaaa agtagttatc atcattagaa acaacgagag 360
tcacatgtta catgccacaa ctatctactt ttccacacat cctgttagta tctctaaaat 420
atgtgtctaa ttgtgtacat tctagtatca cccattcatg ataacctggt aaatatataa 480
aatctagaaa aagacacagc aagtaaccct gtcatcaagc aatgagaaga gaccaaagga 540
cataaaactc aaccttaaag tgccgcaaaa agaagtaaga taacagaaat tactcacata 600
tgttcgtcat tttgctctgg gtcagaaatc aagttttcaa gtgaaccatg aagcgaagtg 660
agccgcttgg ccttttcagt gtacggaaag tatatagaca tgtctgctcc tggagagact 720
atgttgaact ttgggtcaaa aacatcaatc ccatggacaa tacgatacag accaggaaga 780
gtaaatgcag tatggctctc atactgtcca actgtgtttt tgctgaagaa aaggacaaaa 840
ttaagaatca gaatcaggat accctaagaa tagccatgaa taactactag gcatgtgcgc 900
cagatttcac atgctactat gcgtgaacaa atcaataatc gaataatgaa acgtgatgaa 960
aaaaaaactt taacagccaa caaggcagaa gagaataaaa cctgccagca atttcctggt 1020
atgtgctggt gattataaaa tcagcattgt tcatggcgat tatatcagct gtgaactgac 1080
aggagaaatg gtacttctca tcgtacttcg tccagtatat gtctgagtct gg 1132
<210> 2
<211> 1133
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223>
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<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223>
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<210> 4
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223>
<400> 4
ctgcacgaag gcaccatgag t 21

Claims (10)

1.一种筛选具有不同产量性状的水稻的方法，为方法甲或方法乙；
所述方法甲包括如下步骤：
(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；
(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均产量；
所述方法乙包括如下步骤：
(1)以待测水稻的基因组DNA为模板，采用权利要求4所述特异引物对进行PCR扩增；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列1所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a纯合型；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_b纯合型；
(2)进行如下判定：在同等条件下，基因型为SUSY2_b纯合型的水稻群体的平均产量高于基因型为SUSY2_a纯合型的水稻群体的平均产量。
2.一种水稻选育方法，为方法丙或方法丁；
所述方法丙包括如下步骤：
(1)检测待测水稻基于特异基因片段的基因型；所述特异基因片段位于水稻基因组中，为SUSY2，存在SUSY2_a和SUSY2_b两种等位形式，所述SUSY2_a如序列表的序列1所示，所述SUSY2_b如序列表的序列2所示；
(2)基因型为SUSY2_b纯合型的水稻为选育的目的水稻；
所述方法丁包括如下步骤：
(1)以待测水稻的基因组DNA为模板，采用权利要求4所述特异引物对进行PCR扩增；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列1所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_a纯合型；如果PCR扩增产物只有一种且如序列表中序列2所示，则待测水稻的基因型为SUSY2_b纯合型；
(2)基因型为SUSY2_b纯合型的水稻为选育的目的水稻。
3.特异等位基因片段，为SUSY2_a或SUSY2_b；
所述SUSY2_a为如下(c1)或(c2)：
(c1)序列表的序列1所示的DNA分子；
(c2)将序列1经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列1具有相同功能的DNA分子；
所述SUSY2_b为如下(d1)或(d2)：
(d1)序列表的序列2所示的:DNA分子；
(d2)将序列2经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列2具有相同功能的DNA分子。
4.特异引物对，由引物1和引物2组成；
所述引物1为如下(a1)或(a2)：
(a1)序列表的序列3所示的单链DNA分子；
(a2)将序列3经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列3具有相同功能的单链DNA分子；
所述引物2为如下(b1)或(b2)：
(b1)序列表的序列4所示的单链DNA；
(b2)将序列4经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列4具有相同功能的单链DNA分子。
5.一种试剂盒，包括权利要求4所述特异引物对；
所述试剂盒的用途为如下(e1)或(e2)或(e3)：
(e1)筛选具有不同产量性状的水稻；
(e2)鉴定或辅助鉴定水稻的产量性状；
(e3)鉴定或辅助鉴定具有不同产量性状的水稻。
6.权利要求5所述试剂盒的制备方法，包括将权利要求5所述试剂盒中各条引物分别单独包装的步骤。
7.权利要求3所述特异等位基因片段或权利要求4所述特异引物对的应用，为如下(e1)或(e2)或(e3)：
(e1)筛选具有不同产量性状的水稻；
(e2)鉴定或辅助鉴定水稻的产量性状；
(e3)鉴定或辅助鉴定具有不同产量性状的水稻。
8.权利要求1或2所述方法，或，权利要求3所述特异等位基因片段，或，权利要求4所述特异引物对，或，权利要求5所述试剂盒，在水稻育种中的应用。
9.一种鉴定优势等位基因的方法，包括如下步骤：通过比较不同群体的生物性状差异，确定具有优势性状的等位基因；所述不同群体中，每个群体均由所述等位基因纯合的个体组成。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述性状为可测量性状；所述生物为有性繁殖生物。
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