CN113049661B - 一种水稻品种鉴定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种水稻品种鉴定方法及系统。毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果，毛细管电泳仪依据电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。因为至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所需毛细管总条数小于目标扩增产物的总数量，相对于现有技术中，每一种目标扩增产物均需要使用一条毛细管，节省了实验设备和化学试剂。通过限定在同一条毛细管中，任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值，保证所有的目标扩增产物均能被毛细管电泳仪正确识别与区分。

Description

一种水稻品种鉴定方法及系统
技术领域
本申请涉及水稻领域，具体而言，涉及一种水稻品种鉴定方法及系统。
背景技术
目前，水稻品种真实性鉴定依据行业标准《水稻品种鉴定技术规程 SSR 标记法》（NY/T 1433-2014）中的操作规程进行。该规程要求的实验操作步骤为：（1）水稻DNA提取；（2）采用规程给出的48对SSR引物，对相应的48个水稻SSR进行PCR扩增；（3）采用聚丙烯酰胺凝胶电泳或毛细管电泳解析PCR产物，判定品种鉴定结果。
由于聚丙烯酰胺凝胶电泳费时费力，种子质量检验机构多采用毛细管电泳分析法。基于毛细管电泳技术的水稻品种真实性鉴定需要对每一个水稻样品的48个SSR标记进行电泳分析。在电泳时，若每个样品的每个SSR标记单独占用一条毛细管，则不仅费时费力，且实验试剂与耗材消耗较多，成本较高。如何克服该问题，成为了困扰本领域技术人员的难题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种水稻品种鉴定方法及系统，以至少部分改善上述问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种水稻品种鉴定方法，所述方法包括：
毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果；
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所述目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物，毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于第一阈值；
所述毛细管电泳仪依据所述电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。
可选地，在毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果之前，所述方法还包括：
扩增单元通过对应的目标引物对所述水稻标准SSR进行扩增，以获取所述目标扩增产物；
分组单元按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管，其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，所述分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系。
可选地，在分组单元按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管之前，所述方法还包括：
将所述目标扩增产物的总数量、每一种所述目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型；
所述分组模型运行遗传学算法，以获取所述目标分组方案。
可选地，所述分组模型运行遗传学算法，以获取所述分组方案的步骤，包括：
所述分组模型依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，其中，每一种所述预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，所述第二数量与目标组数相等；
所述分组模型判断每一种预分组方案是否满足适应性条件，其中，所述适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于所述第一阈值；
若是，则将满足适应性条件的预分组方案作为所述目标分组方案；
若否，则将原有的目标组数加一，作为新的目标组数，重复依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，直至获得满足适应性条件的预分组方案。
可选地，所述目标引物为与所述水稻标准SSR对应的核苷酸序列。
可选地，所述第一阈值为2碱基对。
第二方面，本申请实施例提供一种水稻品种鉴定系统，所述系统包括毛细管电泳仪，所述毛细管电泳仪包括预设定数量的毛细管；
所述毛细管电泳仪用于通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果；
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所述目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物，毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于第一阈值；
所述毛细管电泳仪还用于依据所述电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。
可选地，所述系统还包括：扩增单元和分组单元；
所述扩增单元用于通过对应的目标引物对所述水稻标准SSR进行扩增，以获取所述目标扩增产物；
所述分组单元用于按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管，其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，所述分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系。
可选地，所述系统还包括：分组模型；
当所述目标扩增产物的总数量、每一种所述目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型时，所述分组模型用于运行遗传学算法，以获取所述目标分组方案。
可选地，所述分组模型运还用于依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，其中，每一种所述预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，所述第二数量与目标组数相等；
所述分组模型还用于判断每一种预分组方案是否满足适应性条件，其中，所述适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于所述第一阈值；
若是，则所述分组模型还用于将满足适应性条件的预分组方案作为所述目标分组方案；
若否，则所述分组模型还用于将原有的目标组数加一，作为新的目标组数，重复依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，直至获得满足适应性条件的预分组方案。
相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种水稻品种鉴定方法及系统中，毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果，毛细管电泳仪依据电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。因为至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所需毛细管总条数小于目标扩增产物的总数量，相对于现有技术中，每一种目标扩增产物均需要使用一条毛细管，节省了实验设备和化学试剂。通过限定在同一条毛细管中，任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值，保证所有的目标扩增产物均能被毛细管电泳仪正确识别与区分。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的水稻品种鉴定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的水稻品种鉴定方法的流程示意图之一；
图3为本申请实施例提供的水稻品种鉴定方法的流程示意图之一；
图4为本申请实施例提供的S103的子步骤示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请实施例提供了一种水稻品种鉴定系统，水稻鉴定系统包括毛细管组、毛细管电泳仪、扩增单元、分组单元以及分组模型。毛细管组包括预设定数量的毛细管。
本申请实施例提供的一种水稻品种鉴定方法，可以但不限于应用于上述的水稻品种鉴定系统，具体的流程，请参考图1：
S105，毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果。
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物（扩增方式可以为PCR扩增），毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值。
具体地，因为至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，毛细管总数量小于目标扩增产物的总数量，相对于现有技术中，每一种目标扩增产物均需要使用一条毛细管，节省了实验设备和化学试剂。需要说明的是，每一条毛细管中的目标扩增产物的数量可以相同，也可以不同，在此未做限定。
可选地，为保证所有的目标扩增产物均能被毛细管电泳仪正确识别与区分，本申请实施例中限定了，在同一条毛细管中，任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值。第一阈值基于毛细管电泳仪对DNA分子长度的分辨率而设定。优选地，第一阈值为2碱基对；可选地，第一阈值为3碱基对。
S106，毛细管电泳仪依据电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。
综上所述，本申请实施例提供的水稻品种鉴定方法中，毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果，毛细管电泳仪依据电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。因为至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所需毛细管总条数小于目标扩增产物的总数量，相对于现有技术中，每一种目标扩增产物均需要使用一条毛细管，节省了实验设备和化学试剂。通过限定在同一条毛细管中，任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值，保证所有的目标扩增产物均能被毛细管电泳仪正确识别与区分。
在图1的基础上，关于如何实现“至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物”，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图2，水稻品种鉴定方法还包括：
S101，扩增单元通过对应的目标引物对水稻标准SSR进行扩增，以获取目标扩增产物。
可选地，水稻标准SSR为《水稻品种鉴定技术规程 SSR 标记法》中指定的48个水稻SSR。目标引物为与水稻标准SSR对应的核苷酸序列，亦由规程给出。采用48对目标引物，对相应的48个水稻SSR进行PCR扩增。
S104，分组单元按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管。
其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系。
可选地，目标扩增产物集合的数量与毛细管的总数量相同，一个目标扩增产物集合对应一条毛细管。举例说明，假设目标扩增产物包括1号~48号，其中，1号~11号对应目标扩增产物集合A，11号~24号对应目标扩增产物集合B，25号~39号对应目标扩增产物集合C，40号~48号对应目标扩增产物集合D。目标扩增产物集合A、B、C以及D分别对应毛细管甲、乙、丙以及丁。即将1号~11号目标扩增产物混合后添加至毛细管甲；将11号~24号目标扩增产物混合后添加至毛细管乙；将25号~39号目标扩增产物混合后添加至毛细管丙；将40号~48号目标扩增产物混合后添加至毛细管丁。
正如前文限定的，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所以需要保证，至少一个目标扩增产物集合对应两种或两种以上的目标扩增产物。
在图2的基础上，关于如何获取目标分组方案，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图3，水稻品种鉴定方法还包括：
S102，将目标扩增产物的总数量、每一种目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型。
S103，分组模型运行遗传学算法，以获取目标分组方案。
在图3的基础上，对于S103中的内容，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图4，S103包括：
S103-1，分组模型依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案。其中，每一种预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，第二数量与目标组数相等。
继续参考上例，有48个水稻SSR，对于的目标扩增产物的数量也为48。假设目标组数为8，即将48种目标扩增产物随机分配至8个目标扩增参数集合。当然地，可以是将48种目标扩增产物平均分配至8个目标扩增参数集合，也可以是随机不平均的，在此不做限定。
预分组方案的总数量为第一数量，第一数量大小由目标组数和目标扩增产物的总数决定。
S103-2，分组模型判断每一种预分组方案是否满足适应性条件。若是，则执行S103-4；若否，则执行S103-3。
其中，适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值。即通过适应性条件，保证每一组目标扩增产物集合中所有的目标扩增产物均能被毛细管电泳仪正确识别与区分。
当存在满足适应性条件的预分组方案时，既可将其作为目标分组方案，即执行S103-4；反之，则需要继续，则执行S103-3。
S103-3，将原有的目标组数加一，作为新的目标组数。
对应地，毛细管数量加1，物料成本增加。
S103-4，将满足适应性条件的预分组方案作为目标分组方案。
可选地，在目标组数相同的情况下，若存在多个满足适应性条件的预分组方案，将其中的均匀方案作为目标分组方案。均匀方案为，每一组目标扩增产物集合中的目标扩增产物数量与均匀值的差的绝对值的总和最小的预分组方案。均匀值为目标扩增产物的总数量除以目标组数的商。
本申请实施例还提供了一种水稻品种鉴定系统，可选的，该水稻品种鉴定系统可以实施上文所述的水稻品种鉴定方法。
水稻品种鉴定系统包括毛细管电泳仪。毛细管电泳仪包括预设定数量的毛细管；
毛细管电泳仪用于通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果；
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物，毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值；
毛细管电泳仪还用于依据电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果。
可选地，系统还包括：扩增单元和分组单元；
扩增单元用于通过对应的目标引物对水稻标准SSR进行扩增，以获取目标扩增产物；
分组单元用于按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管，其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系。
可选地，系统还包括：分组模型；
当目标扩增产物的总数量、每一种目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型时，分组模型用于运行遗传学算法，以获取目标分组方案。
可选地，分组模型运还用于依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，其中，每一种预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，第二数量与目标组数相等；
分组模型还用于判断每一种预分组方案是否满足适应性条件，其中，适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物的片段长度差异大于或等于第一阈值；
若是，则分组模型还用于将满足适应性条件的预分组方案作为目标分组方案；
若否，则分组模型还用于将原有的目标组数加一，作为新的目标组数，重复依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，直至获得满足适应性条件的预分组方案。
需要说明的是，本实施例所提供的水稻品种鉴定系统，其可以执行上述方法流程实施例所示的方法流程，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种水稻品种鉴定方法，其特征在于，所述方法包括：
毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果；
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所述目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物，毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于第一阈值；
所述毛细管电泳仪依据所述电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果；
在毛细管电泳仪通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果之前，所述方法还包括：
扩增单元通过对应的目标引物对所述水稻标准SSR进行扩增，以获取所述目标扩增产物；
分组单元按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管，其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，所述分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系；
在分组单元按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管之前，所述方法还包括：
将所述目标扩增产物的总数量、每一种所述目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型；
所述分组模型运行遗传学算法，以获取所述目标分组方案；
所述分组模型运行遗传学算法，以获取所述分组方案的步骤，包括：
所述分组模型依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，其中，每一种所述预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，所述第二数量与目标组数相等；
所述分组模型判断每一种预分组方案是否满足适应性条件，其中，所述适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于所述第一阈值；
若是，则将满足适应性条件的预分组方案作为所述目标分组方案；
若否，则将原有的目标组数加一，作为新的目标组数，重复依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，直至获得满足适应性条件的预分组方案。
2.如权利要求1所述的水稻品种鉴定方法，其特征在于，所述目标引物为与所述水稻标准SSR对应的核苷酸序列。
3.如权利要求1所述的水稻品种鉴定方法，其特征在于，所述第一阈值为2碱基对。
4.一种水稻品种鉴定系统，其特征在于，所述系统包括毛细管电泳仪，所述毛细管电泳仪包括预设定数量的毛细管；
所述毛细管电泳仪用于通过预设定数量的毛细管对目标扩增产物进行电泳，以获取电泳解析结果；
其中，至少一条毛细管中包含两种或两种以上的目标扩增产物，所述目标扩增产物为水稻标准SSR对应的扩增产物，毛细管中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于第一阈值；
所述毛细管电泳仪还用于依据所述电泳解析结果，获取水稻品种的鉴定结果；
所述系统还包括：扩增单元和分组单元；
所述扩增单元用于通过对应的目标引物对所述水稻标准SSR进行扩增，以获取所述目标扩增产物；
所述分组单元用于按照目标分组方案对所有的目标扩增产物进行分组，将每一组目标扩增产物集合分别添加至对应的毛细管，其中，目标扩增产物集合包括至少一种目标扩增产物，所述分组方案包括每一种目标扩增产物与目标扩增产物集合的对应关系；
所述系统还包括：分组模型；
当所述目标扩增产物的总数量、每一种所述目标扩增产物对应的片段长度以及所携带荧光基因的颜色输入分组模型时，所述分组模型用于运行遗传学算法，以获取所述目标分组方案；
所述分组模型运还用于依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，其中，每一种所述预分组方案均包含第二数量的目标扩增产物集合，所述第二数量与目标组数相等；
所述分组模型还用于判断每一种预分组方案是否满足适应性条件，其中，所述适应性条件为每一组目标扩增产物集合中任意两条带有同种颜色荧光基因的目标扩增产物片段长度差异大于或等于所述第一阈值；
若是，则所述分组模型还用于将满足适应性条件的预分组方案作为所述目标分组方案；
若否，则所述分组模型还用于将原有的目标组数加一，作为新的目标组数，重复依据预设定的目标组数，生成第一数量的预分组方案，直至获得满足适应性条件的预分组方案。
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