CN109652587B - 一种利用转录组测序的ssr分子标记鉴定冬青种质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,属于生物技术学领域。本发明方法包括:以SSR分子标记进行PCR扩增;其中所述SSR分子标记为以下10个SSR分子标记引物中的一个或多个,其分别为:IL‑1,IL‑2,IL‑3,IL‑3,IL‑4,IL‑5,IL‑6,IL‑7,IL‑8,IL‑9,IL‑10。本方法多态性检出率高、分辨率更好、稳定可靠、简单高效。
Description
技术领域
本发明属于生物技术学领域,具体涉及一组基于冬青转录组测序序列而开发的多对SSR标记引物、PCR扩增及其专用于从DNA水平对冬青属植物种质的快速鉴定及亲缘关系分析的应用。
背景技术
冬青属植物多为常绿阔叶树种,具有光泽且浓密革质叶片,树冠优美,花多且密,果色鲜艳,具有很高园林观赏价值。此外,冬青属植物主要观赏期在秋冬季节,能够极大程度地弥补冬季园林景观单调萧条的缺陷。
中国是冬青属植物资源大国,约200余种,其具有重要的经济价值以及优异的观赏价值,具有巨大的潜在开发应用前景。冬青属植物是多年生植物,生命周期长,且有部分种质性状相似,仅从当代的表型较难区分种质,故开展分子生物学分子标记辅助鉴定种质资源与杂交亲本选择,促进冬青园艺品种的选育,以加快冬青属资源的开发利用,变得越来越重要。目前,冬青属植物遗传背景并不清晰,这给冬青属植物种质鉴定、杂交育种、新种质挖掘等带来了很大困难,
同时由于冬青基因组及转录组数据的缺乏,造成冬青属植物生长发育,抗逆性研究、分子标记开发和遗传图谱构建等相对滞后,冬青属植物遗传多样性等方面的相关报道较少。随着分子生物学技术的发展,RAPD、ISSR等分子标记已被用于冬青属植物的种质鉴定,但这些多为显性标记,不能区分纯合体和杂合体。
SSR(简单重复序列)广泛分布于各类真核生物基因组的不同位置,由于重复次数和重复程度不同,使其呈现高度的多态性。SSR分子标记广泛应用于评价种质资源、分析遗传多样性和构建遗传图谱研究,较其它分子标记技术,SSR标记具有多态信息含量高、共显性遗传、技术简单、重复性好、特异性强等特点,被认为是可靠性最高的分子标记类型之一。
目前,尚未有采用SSR分子标记鉴定冬青种质的方法。
发明内容
本发明的目的是克服了仅依据形态特征鉴定新品种的不确定性,提供一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,该方法多态性检出率高、分辨率更好、稳定可靠、简单高效,它可以直接用于冬青属植物种质鉴定、亲缘关系分析和遗传图谱构建,为新品种保护和遗传改良提供有利的技术支持。
本发明的另一目的是提供一组适用于鉴定冬青种质的冬青SSR分子标记。
本发明的第三个目的是提供一种冬青SSR分子标记在构建冬青种质DNA指纹图谱数据库、冬青种质资源遗传多样性分析、冬青种质鉴定或冬青分子标记辅助育种等方面的应用。
本发明的目的可以通过以下措施达到:
一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,该方法包括:以SSR分子标记进行PCR扩增;其中所述SSR分子标记为以下10个SSR分子标记引物中的一个或多个,其分别为:IL-1,IL-2,IL-3,IL-3,IL-4,IL-5,IL-6,IL-7,IL-8,IL-9,IL-10。
在一种优选方案中,一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,该方法包括如下步骤:
1)提取待测冬青样品的DNA;
2)以步骤1)提取的DNA为模板,根据SSR分子标记进行PCR扩增;
3)采用聚丙烯胺凝胶电泳系统检测PCR产物;
其中所述SSR分子标记为以下10个SSR分子标记引物中的一个或多个,其分别为:IL-1,IL-2,IL-3,IL-3,IL-4,IL-5,IL-6,IL-7,IL-8,IL-8,IL-9,IL-10。
本方法中优选的,PCR采用10μl反应体系:包括10-50ng模板DNA 1-2μl,正、反向引物各0.25μmol/L,Mg2+2.0mmol/L,Taq Buffer 1X,dNTP Mix 200μmol/L及适量ddH2O。
本方法中优选的,PCR反应程序为:95℃预变性5min,94℃变性30s,根据引物的退火温度复性30s,72℃延伸30s,32次循环后72℃延伸6min;4℃存储。
本方法中更优选的,SSR分子标记引物的退火温度为58-60℃,优选为60℃。
本方法中优选的,步骤3)中,采用8%聚丙烯酰胺电泳,通过银染法对PCR产物进行检测,根据条带的有无和大小来判断结果。
本发明还提供了一种具体的利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,其包括以下步骤:
(1)取冬青幼嫩的叶片,用于提取基因组DNA;
(2)基于冬青转录组测序的序列设计SSR引物,并进行PCR扩增体系优化;
(3)PCR采用10μl反应体系:包括10-50ng模板DNA 1-2μl,正、反向引物各0.25μmol/L,Mg2+2.0mmol/L,Taq Buffer 1X,dNTP Mix 200μmol/L及适量ddH2O;PCR反应程序为:95℃预变性5min,94℃变性30s,根据引物的退火温度复性30s,72℃延伸30s,32次循环后72℃延伸6min;4℃存储;其中引物的退火温度均为:58-60℃;
(4)最后对PCR产物,采用优化的8%聚丙烯酰胺电泳,通过银染法对PCR产物进行检测,根据条带的有无和大小来判断结果。
在本发明中,PCR扩增体系中模板量过多过少都造成最终的PCR扩增不出条带,正反向引物的如果多了可能会形成引物二聚体,过少影响PCR扩增效果。在本发明中,引物的退火温度均为:58-60℃,使用其他退火温度可能会造成引物与目的片段结合不紧密或者非特异性结合,导致最终PCR扩增结果不理想。
本发明提供了一组适用于鉴定冬青种质的冬青SSR分子标记,该SSR分子标记为以下20个SSR分子标记引物中的一个或多个,分别为:IL-1,IL-2,IL-3,IL-3,IL-4,IL-5,IL-6,IL-7,IL-8,IL-9,IL-10。
本发明的冬青SSR分子标记可应用在构建冬青种质DNA指纹图谱数据库、冬青种质资源遗传多样性分析、冬青种质鉴定或冬青分子标记辅助育种等方面。
本发明所提供的SSR标记引物选自:
采用本发明的方法筛选出的引物具有如下特点:主带清晰,副带较少,容易辨别记录。
本发明方法适用于冬青属植物种质快速可靠的分子检测和鉴定,具有重要的实用价值,与其他方法相比,本发明具有以下的技术优势:
1.操作过程简单快捷:本发明利用基于冬青转录组测序的序列设计SSR引物,对样本进行PCR扩增和常规的聚丙烯酰胺凝胶电泳后即可判断结果,无需对扩增的产物进行限制性内切酶酶切。
2.PCR体系已优化且聚丙烯酰胺凝胶的制作技术成熟:在本发明中,对样本进行PCR体系更适合于冬青属植物SSR标记的扩增。
3.检测结果灵敏度高:对待检样品仅需提供模板10-50ng,即可准确鉴定其所属种质。
4.结果高度准确、可靠、重复性好:本发明已对冬青不同种质DNA样本进行了检测,经过多次重复检测,检测准确率100%,为检测结果提供了高度的可靠性。
5.本发明中开发的SSR引物获得的分子标记,多态性丰富、清晰稳定、分辨率高,可有效用于冬青属植物的种质鉴定、亲缘关系分析及遗传图谱构建等工作,在知识产权保护和分子标记辅助遗传育种上具有重要意义。
附图说明
图1是SSR标记引物IL-2在1-27号冬青属植物中的扩增图谱;
图2是SSR标记引物IL-3在1-27号冬青属植物中的扩增图谱;
图3是进行引物筛选时,用不同的SSR标记引物在种质中扩增图;
在以上三幅图中,图谱上方为材料编号,M为DNA Maker;图1-图3左侧为DNAmarker片段大小;图1、图2和图3右侧为‘中山杉405’扩增片段大小。
具体实施方式
以下结合本发明中的附图,进一步对本发明中的技术方案进行完整、清楚的描述,而非限制本发明。
实施例1
1材料
27份冬青种质资源。原产地来自中国、美国、英国3个国家。以下材料均种植于江苏省中国科学院植物研究所种质资源圃。
表1 27份冬青供试种质的名称及主要性状
1.2方法
1.2.1基因组DNA的提取
在江苏省中国科学院植物研究所苗圃取27份冬青种质(表1)植株的叶片,利用百泰克DNA提取试剂盒提取DNA。提取后的DNA通过OneDrop分光光度计检测DNA浓度和质量,然后DNA稀释到所需的浓度。
1.2.2引物设计与合成
首先对测序序列进行前处理,得到高质量的EST序列,利用MISA软件在转录数据中搜索SSR位点,搜索的标准为:二核苷酸的重复次数≥6,三核苷酸的重复次数≥4,四核苷酸的重复次数≥3,五核苷酸的重复次数≥3,六核苷酸的重复次数≥2。然后用Primer5设计冬青SSR引物,引物长度控制在18-25bp之间。从设计好的冬青SSR引物中挑选退火温度一致,在南京擎科公司合成。
1.2.3PCR扩增
优化反应体系为(10μL):30ng的模板DNA,各0.5μL正、反向引物(10μM),5μl Mix,用适量的ddH2O补足10ul体积。
PCR扩增程序:95℃预变性5min,94℃变性30s,58-60℃(依引物的退火温度而定)复性30s,72℃延伸1min,32次循环后72℃延伸6min。PCR扩增在PTC-200扩增仪上进行。
1.2.4PCR扩增产物检测
扩增PCR产物采用8%聚丙烯胺凝胶电泳,以80V电压电泳预跑20min左右,然后以150V电压正式电泳1.5-2h,最后显影、染色、拍照,筛选出条带清晰、具有多态性差异的引物。已优化的8%聚丙烯酰胺凝胶电泳的操作过程如下:
1)安装夹心式垂直电泳版
(1)将玻璃板用流动水洗刷干净、晾干待用;
(2)将干净的两块长、短玻璃板按要求分别插入到U型硅橡胶框的凹形槽中,将装好的玻璃板稍微倾斜置于试验台上;
(3)封胶:用移液管吸1%的琼脂,密封装好长玻璃板下端与橡胶框之间的缝隙,灌胶的液面高度约0.5-1.0cm,直至琼脂糖凝胶凝固;
(4)装槽:将封好的胶板装入电泳槽中,并拧紧,防止滴漏;
(5)灌胶:按表2的配方,将各种成分倒入三角瓶中充分混匀,静止待气泡消失,将配好50ml聚丙烯酰胺凝胶(可灌(3)中两块板)沿玻璃板凹口快速均匀倒入胶室内,并插入合适的梳子,待胶凝固。
表2 8%聚丙烯酰胺凝胶组成成分及添加成分的顺序
(6)电泳:在电泳槽中缓缓加入1×TBE电泳缓冲液,小心拔出梳子,将点样孔吹干净,点样孔上样1ul(10ul PCR产物加2ul的溴酚蓝),80V预电泳10min,120V恒压电泳2h~2.5h。
(7)电泳结束后切段电源,回收缓冲液,卸下玻璃板;小心取下凝胶,放置于有ddH2O的托盘漂洗。
3)银染检测
(1)染色:配制合适体积的0.2%AgNO3溶液充分溶解,倒入托盘,将电泳后的聚丙烯酰胺凝胶放入该溶液中,摇床轻摇震荡渗透10-12分钟,然后倒掉染色液。
(2)漂洗:用ddH2O清洗2次,每次2min。
(3)显色:在托盘中加入适量的1.5%NaOH和0.4%甲醛的显色液,摇床震荡显色直至DNA条带清晰。
(4)用ddH2O清洗2-3次,除去显色液,用保鲜膜包胶后在观片灯上观察,记录标记。
1.2.5供试种质的SSR分析
用筛选出的多态性较好的三个SSR引物,分别为IL-1、IL-2和IL-3。对供试材料进行PCR扩增及PAGE凝胶电泳、银染,结果如图1。凝胶制备与染色见步骤1.2.4PCR。
1.2.6数据处理及分析
每个SSR引物进行了重复扩增,绝大部分条带可重复,极少数不能重复的条带,统计时忽略不计。对扩增结果采用人工读取的方式,然后进行统计分析,建立数据库。
1.2.7指纹图谱构建
由于不同引物扩增出的条带数与多态性存在差异,根据采用最少的引物组合鉴定尽量多的冬青种质的原则,建立冬青属植物种质指纹图谱。SSR扩增片段的记录,按从小到大的顺序依次用阿拉伯数字表示,纯合片段用相应的两个相同数字表示,杂合片段用相应的两个不同数字表示,0表示扩增的条带模糊不清,无法正确辨别带型。最后将三个SSR引物扩增获得的结果按一定的顺序组合得到各冬青种质的指纹图谱(表3)。结合所供试材料的特异性各不相同,从而达到鉴定区分种质的目的。
表3 27份冬青属植物SSR指纹
材料编号 | 品种名称 | 指纹图谱 |
1 | 矮生全缘枸骨 | 112311 |
2 | 全缘枸骨 | 111811 |
3 | 全缘冬青 | 234922 |
4 | 克恩氏冬青雌株 | 122212 |
5 | 克恩氏冬青雄株 | 232812 |
6 | 杂交冬青品种 | 122312 |
7 | 杂交冬青品种 | 122522 |
8 | 大叶冬青 | 232311 |
9 | 龟甲冬青 | 222513 |
10 | 美国冬青 | 335522 |
11 | 铁冬青 | 225522 |
12 | 杂种冬青品种 | 120022 |
13 | 三花冬青 | 111122 |
14 | 轮生冬青品种 | 353322 |
15 | 催吐冬青 | 115311 |
16 | 落霜红 | 335822 |
17 | ‘长叶’阿尔塔冬青 | 330000 |
18 | ‘金心’阿尔塔冬青 | 333312 |
19 | ‘银边’枸骨叶冬青 | 342512 |
20 | ‘小宝石’枸骨叶冬青 | 222312 |
21 | 黄果枸骨 | 115512 |
22 | ‘金宝石’钝齿冬青 | 115511 |
23 | 二型叶冬青 | 130022 |
24 | 中型冬青 | 115811 |
25 | 大果冬青 | 227722 |
26 | 亮叶冬青 | 552312 |
27 | 红果冬青 | 265622 |
注:SSR标记顺序:IL-1、IL-2与IL-3。
序列表
<110> 江苏省中国科学院植物研究所
<120> 一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法
<160> 10
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 56
<211> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
gacttccagc ccttgcagat tttttttttt ttttttaaga tctgtggtgg gctgtg 56
<210> 2
<211> 66
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
agaacactcc aaatgagaag gactctctct ctctctctct ctctctcagtgaggcaaagg tttcgc 66
<210> 3
<211> 55
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
gctatgttcc caagcctggt cagcagcagc agcagtgcct tggacaccga attgg 55
<210> 4
<211> 55
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
tccaaacagg tggagctgtc gtggtggtgg tggtgctatg ccacccccac cattt 55
<210> 5
<211> 62
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
actcaacgtc gacaaagcct tctctctctc tctctctctc tcccactcctcacaacctcc ac 55
<210> 6
<211> 54
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 6
taacccttgc cccaatttgc ctctctctct ctctccggta gcaaagtctt gggt 54
<210> 7
<211> 54
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 7
gcatgagatc aaggagggca gagagagaga gagactcacc acctagctag ctgc 54
<210> 8
<211> 60
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 8
aaacaccagt cgacgaagct acgaacgaac gaacgaacga tgcttcactgctggaagagg 60
<210> 9
<211> 79
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 9
gctaggtctc cctccatcca tctctctctc tctctctctc tctctctctctctctctctc 60
gaacacctgt cattcacgt 19
<210> 10
<211> 61
<211> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<400> 10
ttcaggtatc agtgccgctg cacacacaca cacacacaca tgatcaaacttggtgagtgc a 61
Claims (4)
1.一种利用转录组测序的SSR分子标记鉴定冬青种质的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
1)提取待测冬青样品的DNA;
2)以步骤1)提取的DNA为模板,根据SSR分子标记进行PCR扩增;
3)采用聚丙烯胺凝胶电泳系统检测PCR产物;
所述PCR采用10 μl反应体系:包括10-50ng模板DNA 1-2 μl,正、反向引物各0.25 μmol/L,Mg2+ 2.0 mmol/L,Taq Buffer 1X,dNTP Mix 200 μmol/L及适量ddH2O;
PCR反应程序为:95℃预变性5min,94℃变性30s,根据引物的退火温度复性30s,72℃延伸 30s,32次循环后72℃延伸6min;4℃存储;
退火温度为58-60℃;
在步骤3)中,采用8%聚丙烯酰胺电泳,通过银染法对PCR产物进行检测,根据条带的有无和大小来判断结果;
其中所述SSR分子标记的引物为以下2个SSR分子标记引物中的一个,其分别为:IL-2,IL-3;
所述SSR标记引物选自:
。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于退火温度为60℃。
3.适用于鉴定冬青种质的冬青SSR分子标记的引物,其特征在于所述SSR分子标记的引物为以下2个SSR分子标记引物中的一个,分别为:IL-2,IL-3;
。
4.权利要求3所述的冬青SSR分子标记的引物在构建冬青种质DNA指纹图谱数据库、冬青种质资源遗传多样性分析、冬青种质鉴定或冬青分子标记辅助育种中的应用。
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蒙古沙冬青基因组调查及SSR分析;周佳熠等;《基因组学与应用生物学》;20171231;第36卷(第10期);4334-4338 * |
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