八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法
技术领域
本发明涉及基因工程技术领域,特别涉及八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法。
背景技术
八月瓜,学名三叶木通[Akebia trifoliate(Thunb.)],又被称为木通果、牛腰子果、八月炸等,主要分布于我国南部、长江流域和西南山区,是一种原生态无污染的天然绿色水果。八月瓜中含有丰富的多酚、黄酮、齐墩果酸、熊果酸、氨基酸、维生素、矿物质等成分。而且果实中有效成分对多种肿瘤细胞的恶性增殖有抑制作用。其种子含油量高达40%以上,是一种品质非常好的天然高档植物食用油。因此,八月瓜是一种具有强身健体、延年益寿、养颜美容等神奇功效的亟待开发的果中珍品。但由于对八月瓜的需求长期依赖于野生资源,供不应求的问题日渐突出,同时掠夺式的过度采收和生境破坏减弱了其再生能力,造成野生八月瓜种质资源的急剧下降和枯竭。现已被国家科学技术部列为濒危、紧缺中药材,其种质资源保护和恢复性培育迫在眉睫。利用分子标记的手段对八月瓜遗传背景及亲缘关系进行研究,对八月瓜种质资源的保护与有效利用具有重要的科学意义。
简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)标记作为一种常用的分子标记,一般以1-6个碱基为核心序列。SSR标记属于共显性标记,具有重复性好、易操作、共显性遗传、数量丰富和多态性高以及遍布整个基因组等优点,且与其他标记相比常表现出较高的多态性。已在植物遗传育种、基因组作图、基因定位、基因文库构建等方面广泛运用。但是传统的SSR标记开发常以基因文库构建法(包括SSR富集文库)为主,其实验过程繁杂、费时费力、效率较低,使SSR标记开发受到很大限制,通常只能利用近缘物种的相关信息进行分析筛选。由于SSR标记的开发需要建立基因组文库以及进行克隆测序和引物设计等,因而目前八月瓜SSR位点的批量开发还未见报道。
由于目前对八月瓜的研究主要集中在形态学、果实营养成分及药用成分的研究上,其分子生物学研究基础较为薄弱。截止到目前,美国国家生物技术信息中心(NationalCenter for Biotechnology Information,NCBI)数据库中仅公布了144条八月瓜DNA/RNA序列,远远无法进行SSR标记开发。随着基于高通量、高效准确、快速和低成本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,八月瓜SSR标记开发及利用转录组技术开发SSR标记尚未见报道。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法。本发明开发的八月瓜转录组SSR标记可用于分析八月瓜种质资源的遗传多样性,为八月瓜分子生物学和遗传学研究奠定良好的理论基础。采用本发明转录组高通量技术开发的SSR标记,速度快,成本低,效率高。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了八月瓜的SSR分子标记,SSR分子标记的引物包括如下引物中的一对或多对:
第1对引物,其序列如SEQ ID NO:1和SEQ ID NO:2所示;
第2对引物,其序列如SEQ ID NO:3和SEQ ID NO:4所示;
第3对引物,其序列如SEQ ID NO:5和SEQ ID NO:6所示;
第4对引物,其序列如SEQ ID NO:7和SEQ ID NO:8所示;
第5对引物,其序列如SEQ ID NO:9和SEQ ID NO:10所示;
第6对引物,其序列如SEQ ID NO:11和SEQ ID NO:12所示;
第7对引物,其序列如SEQ ID NO:13和SEQ ID NO:14所示;
第8对引物,其序列如SEQ ID NO:15和SEQ ID NO:16所示;
第9对引物,其序列如SEQ ID NO:17和SEQ ID NO:18所示;
第10对引物,其序列如SEQ ID NO:19和SEQ ID NO:20所示;
第11对引物,其序列如SEQ ID NO:21和SEQ ID NO:22所示;
第12对引物,其序列如SEQ ID NO:23和SEQ ID NO:24所示;
第13对引物,其序列如SEQ ID NO:25和SEQ ID NO:26所示;
第14对引物,其序列如SEQ ID NO:27和SEQ ID NO:28所示;
第15对引物,其序列如SEQ ID NO:29和SEQ ID NO:30所示;
第16对引物,其序列如SEQ ID NO:31和SEQ ID NO:32所示;
第17对引物,其序列如SEQ ID NO:33和SEQ ID NO:34所示;
第18对引物,其序列如SEQ ID NO:35和SEQ ID NO:36所示;
第19对引物,其序列如SEQ ID NO:37和SEQ ID NO:38所示;
第20对引物,其序列如SEQ ID NO:39和SEQ ID NO:40所示;
第21对引物,其序列如SEQ ID NO:41和SEQ ID NO:42所示;
第22对引物,其序列如SEQ ID NO:43和SEQ ID NO:44所示;
第23对引物,其序列如SEQ ID NO:45和SEQ ID NO:46所示;
第24对引物,其序列如SEQ ID NO:47和SEQ ID NO:48所示;
第25对引物,其序列如SEQ ID NO:49和SEQ ID NO:50所示;
第26对引物,其序列如SEQ ID NO:51和SEQ ID NO:52所示;
第27对引物,其序列如SEQ ID NO:53和SEQ ID NO:54所示;
第28对引物,其序列如SEQ ID NO:55和SEQ ID NO:56所示;
第29对引物,其序列如SEQ ID NO:57和SEQ ID NO:58所示;
第30对引物,其序列如SEQ ID NO:59和SEQ ID NO:60所示;
第31对引物,其序列如SEQ ID NO:61和SEQ ID NO:62所示;
第32对引物,其序列如SEQ ID NO:63和SEQ ID NO:64所示;
第33对引物,其序列如SEQ ID NO:65和SEQ ID NO:66所示;
第34对引物,其序列如SEQ ID NO:67和SEQ ID NO:68所示;
第35对引物,其序列如SEQ ID NO:69和SEQ ID NO:70所示;
第36对引物,其序列如SEQ ID NO:71和SEQ ID NO:72所示;
第37对引物,其序列如SEQ ID NO:73和SEQ ID NO:74所示;
第38对引物,其序列如SEQ ID NO:75和SEQ ID NO:76所示;
第39对引物,其序列如SEQ ID NO:77和SEQ ID NO:78所示;
第40对引物,其序列如SEQ ID NO:79和SEQ ID NO:80所示;
第41对引物,其序列如SEQ ID NO:81和SEQ ID NO:82所示;
第42对引物,其序列如SEQ ID NO:83和SEQ ID NO:84所示;
第43对引物,其序列如SEQ ID NO:85和SEQ ID NO:86所示;
第44对引物,其序列如SEQ ID NO:87和SEQ ID NO:88所示;
第45对引物,其序列如SEQ ID NO:89和SEQ ID NO:90所示;
第46对引物,其序列如SEQ ID NO:91和SEQ ID NO:92所示;
第47对引物,其序列如SEQ ID NO:93和SEQ ID NO:94所示;
第48对引物,其序列如SEQ ID NO:95和SEQ ID NO:96所示;
第49对引物,其序列如SEQ ID NO:97和SEQ ID NO:98所示。
具体序列如下:
本发明还提供了该SSR分子标记在八月瓜遗传多样性分析中的应用。
本发明还提供了该SSR分子标记的开发方法,包括如下步骤:
步骤1:提取八月瓜的RNA;
步骤2:将所得RNA打断成短片段,以片段化RNA为模板,合成第一条cDNA链;
步骤3:合成第二条cDNA链,获得cDNA文库;
步骤4:获得测序文库;
步骤5:对测序文库进行高通量测序,对测序文库的数据进行过滤与组装,得到Unigene;
步骤6:将得到Unigene采用MISA软件搜索SSR序列;
步骤7:对搜索到的SSR序列进行引物设计,经引物多态性检测,得到八月瓜的SSR分子标记。
作为优选,步骤2中,用六碱基随机引物合成第一条cDNA链。
在本发明中,步骤3中,在第一链反应产物中,加入缓冲液、dNTPs、DNA polymerase等合成第二条cDNA链。
作为优选,步骤3中,获得cDNA文库的方法为:
经磁珠纯化并加EB缓冲液洗脱之后进行粘性末端修复,连接测序接头,再经琼脂糖凝胶电泳回收目的大小片段,最后降解含U链,并进行PCR扩增,获得cDNA文库。
作为优选,步骤4中,获得测序文库的方法为:使用Qubit3.0进行初步定量,并用磁珠进行片段大小选择,最后进行PCR扩增得到测序文库。
作为优选,步骤5具体为:
使用构建好的测序文库在IlluminaNovaSeq 6000测序平台上运行簇生成及双端测序程序,得到150bp的双端测序reads;
对测序的原始数据进行过滤,过滤标准包括去除带接头adapter的reads、reads中N碱基占比超过10%的序列、去除质量值≤15的碱基数占整个read的50%以上的reads,得到Clean Reads;
使用短序列组装软件Trinity对得到的Clean Reads进行转录组从头组装,并使用TGICL软件做进一步的序列拼接和去冗余处理,得到Unigene。
作为优选,步骤6搜索SSR序列的标准为:单核苷酸的重复次数≥15,二核苷酸的重复次数≥8,三核苷酸的重复次数≥5,四核苷酸的重复次数≥5,五核苷酸的重复次数≥5,六核苷酸的重复次数≥5。
作为优选,步骤7中引物设计的参数为:扩增产物长度为100~300bp,引物长度为18~25bp。
作为优选,步骤7中引物设计的参数为:扩增产物长度为100~300bp,引物长度为18~23bp,平均长度21bp,GC含量40%~60%,平均含量50%,退火温度52~60℃,平均温度55℃。
作为优选,步骤1中RNA总量≥20ng,质量浓度≥400ng/μL,OD260/280范围在1.8~2.2之间,RIN值≥8、28S/18S≥1.0。
本发明提供了八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法。SSR分子标记的引物包括序列如SEQ ID NO:1-98引物中的一对或多对。本发明具有的技术效果为:
本发明开发的八月瓜转录组SSR标记可用于分析八月瓜种质资源的遗传多样性,为八月瓜分子生物学和遗传学研究奠定了良好的理论基础。
现有技术采用磁珠富集法进行SSR标记筛选,过程繁琐,成本高;采用本发明转录组高通量技术开发的SSR标记,速度快,成本低,效率高。本发明1个月完成了7,316对SSRs引物的开发,而且成本仅有1,300元,平均开发一个标记的成本仅0.18元。
附图说明
图1为使用本发明设计的引物P009(a和b)和P023(c和d)得到的88份资源的SSR多态性图谱,a和c最左边均为Marker。
具体实施方式
本发明公开了八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明提供的八月瓜SSR分子标记的开发方法包括如下步骤:
(1)确定样本RNA的浓度、纯度,测序深度等以确保分子标记开发的密度、效率等,从而确保达到预期的实验目的。
采用Trizol法提取八月瓜A68样本的总RNA,1.2%琼脂糖凝胶电泳检测DNA纯度和完整性,NanoDrop-2000C超微量分光光度计(Thermo Fisher Scientific,USA)检测其浓度。分析所得RNA是否达到RNA-Seq的试验标准(总量≥20ng、质量浓度≥400ng/μL、OD260/280范围在1.8-2.2之间、RNA integrity number值≥8、28S/18S≥1.0)。
(2)cDNA文库的构建与测序
利用Oligo(dT)吸附纯化mRNA,将mRNA打断成短片段,以片段化mRNA为模板,用六碱基随机引物合成第一链cDNA,然后加入缓冲液、dNTPs、DNA polymerase等合成第二链cDNA。经磁珠纯化并加EB缓冲液洗脱之后进行粘性末端修复等步骤,获得cDNA文库。3'末端加上A尾巴,连接测序接头,再经琼脂糖凝胶电泳回收目的大小片段,最后降解含U链,并进行PCR扩增,获得cDNA文库。文库构建完成后,使用Qubit3.0进行初步定量,并用磁珠进行片段大小选择,最后进行PCR扩增得到测序文库。使用构建好的文库在IlluminaNovaSeq 6000测序平台上运行簇生成及双端测序程序(PE),得到150bp的双端测序reads。
(3)De novo组装
在进行组装之前,首先对测序的原始数据进行过滤,过滤标准包括去除带接头(adapter)的reads、reads中N碱基占比超过10%的序列、去除质量值≤15的碱基数占整个read的50%以上的reads,得到Clean Reads。使用短序列组装软件Trinity对得到的CleanReads进行转录组从头组装,并使用TGICL软件做进一步的序列拼接和去冗余处理,得到Unigene。最后使用BLAST软件将Unigene与Swiss-Prot、GO、Pfam、eggNOG、KEGG数据库进行序列比对,获得Unigene的注释信息。
(4)SSR搜索
对得到的Unigene序列,利用MISA软件结合人工搜索寻找SSR。参数设置为:单核苷酸的重复次数≥15,二核苷酸的重复次数≥8,三核苷酸的重复次数≥5,四核苷酸的重复次数≥5,五核苷酸的重复次数≥5,或者六核苷酸的重复次数≥5。在8,116个Unigene中,搜索到9,494个SSR。
(5)根据含有SSR位点的序列进行设计引物
根据SSR侧翼序列设计引物,且SSR位点侧翼序列长度≥50bp。引物设计参数:扩增产物长度在100-300bp,引物长18-23bp,平均长度21bp,GC含量40%-60%,平均含量50%,退火温度52-60℃,平均温度55℃。
采用上述方法设计并经过多态性检测得到49对SSR引物序列。
六碱基随机引物(随机六聚体引物):当特定mRNA由于含有使反转录酶终止的序列而难于拷贝其全长序列时,可采用随机六聚体引物这一不特异的引物来拷贝全长mRNA。随机引物一般有6-10个碱基的寡核苷酸引物。引物的序列是随机的。
本发明提供的八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法中所用试剂或仪器均可由市场购得。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1
(1)确定样本RNA的浓度、纯度,测序深度等以确保分子标记开发的密度、效率等,从而确保达到预期的实验目的。
采用Trizol法提取八月瓜A68样本的总RNA,1.2%琼脂糖凝胶电泳检测DNA纯度和完整性,NanoDrop-2000C超微量分光光度计(Thermo Fisher Scientific,USA)检测其浓度。分析所得RNA是否达到RNA-Seq的试验标准(总量≥20ng、质量浓度≥400ng/μL、OD260/280范围在1.8-2.2之间、RNAintegrity number值≥8、28S/18S≥1.0)。
(2)cDNA文库的构建与测序
利用Oligo(dT)吸附纯化mRNA,将mRNA打断成短片段,以片段化mRNA为模板,用六碱基随机引物合成第一链cDNA,然后加入缓冲液、dNTPs、DNApolymerase等合成第二链cDNA。经磁珠纯化并加EB缓冲液洗脱之后进行粘性末端修复等步骤,获得cDNA文库。3'末端加上A尾巴,连接测序接头,再经琼脂糖凝胶电泳回收目的大小片段,最后降解含U链,并进行PCR扩增,获得cDNA文库。文库构建完成后,使用Qubit3.0进行初步定量,并用磁珠进行片段大小选择,最后进行PCR扩增得到测序文库。使用构建好的文库在IlluminaNovaSeq 6000测序平台上运行簇生成及双端测序程序(PE),得到150bp的双端测序reads。
(3)De novo组装
在进行组装之前,首先对测序的原始数据进行过滤,过滤标准包括去除带接头(adapter)的reads、reads中N碱基占比超过10%的序列、去除质量值≤15的碱基数占整个read的50%以上的reads,得到Clean Reads。使用短序列组装软件Trinity对得到的CleanReads进行转录组从头组装,并使用TGICL软件做进一步的序列拼接和去冗余处理,得到Unigene。最后使用BLAST软件将Unigene与Swiss-Prot、GO、Pfam、eggNOG、KEGG数据库进行序列比对,获得Unigene的注释信息。
表1 八月瓜转录组测序信息表
(4)SSR搜索
对得到的Unigene序列,利用MISA软件结合人工搜索寻找SSR。参数设置为:单核苷酸的重复次数≥15,二核苷酸的重复次数≥8,三核苷酸的重复次数≥5,四核苷酸的重复次数≥5,五核苷酸的重复次数≥5,或者六核苷酸的重复次数≥5。在8,116个Unigene中,搜索到9,494个SSR。
(5)根据含有SSR位点的序列进行设计引物
根据SSR侧翼序列设计引物,且SSR位点侧翼序列长度≥50bp。引物设计参数:扩增产物长度在100-300bp,引物长18-23bp,平均长度21bp,GC含量40%-60%,平均含量50%,退火温度52-60℃,平均温度55℃。
采用上述方法设计并经过多态性检测的49对SSR引物序列如下:
表2 49对SSR引物序列
实施例2八月瓜种质资源遗传多样性分析
1材料与方法
1.1材料
88份来自不同地区的八月瓜种质资源,资源名见表3。
表3 八月瓜种质资源名称
1.2方法
1.2.1基因组DNA的提取
采集88份八月瓜种质资源嫩叶,利用天根DNA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SSR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
体系组成 |
终浓度 |
镁离子(Mg<sup>2+</sup>) |
2.0mmol/L |
Taq缓冲液(Taq Buffer) |
1× |
dNTP混合物(dNTP Mix) |
200μmol/L each |
Taq DNA聚合酶(Taq DNA Enzyme) |
1U |
引物(Primers) |
0.25μmol/L each |
脱氧核糖核酸(DNA) |
30ng |
PCR扩增程序:94℃预变性5min,94℃变性30s,52-56℃复性40s,72℃延伸1min,31次循环后72℃延伸10min。PCR扩增在Bio-Rad T100TMThermal Cycler上进行(Bio-RadLaboratories,Hercules,CA,USA)。
1.2.3PCR扩增产物检测
扩增产物进行8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,进行银染。记录带型。以获得的49对多态性引物为例,对所示材料分别进行PCR扩增,进行多态性检测,实验设3次重复,均得到相同的结果,而且得到清晰的88份材料的SSR多态性图谱。通过聚类分析,所用资源被分成4个群体,表明资源之间的亲缘关系与来源地以及海拔、高度等因素关系密切。说明本发明开发的标记可以用于分析八月瓜遗传多样性分析。
图1为使用本发明设计的引物P009(a和b)和P023(c和d)[得到的88份资源的SSR多态性图谱,a和c最左边均为Marker;
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
序列表
<110> 中国农业科学院麻类研究所
<120> 八月瓜的SSR分子标记及其应用和制备方法
<130> MP1829632
<160> 98
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 1
aacgcctcca aagggatgag 20
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 2
gaggagatga ggtgaagccg 20
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 3
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<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
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<211> 20
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<212> DNA
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<211> 20
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<211> 20
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gaggccagct ttacagagca 20
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<211> 21
<212> DNA
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<400> 35
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<210> 36
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
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<210> 37
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