CN114032322A - 玉米花期基因的snp分子标记的开发及应用 - Google Patents

玉米花期基因的snp分子标记的开发及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了玉米花期基因的SNP分子标记的开发及应用，属于坩埚技术领域。它包括检测待测玉米的基因型，根据待测玉米的基因型鉴定或辅助鉴定玉米花期；所述基因型为玉米基因组中KASP_D8位点的基因型；所述KASP_D8位点是玉米基因组中的一个SNP位点，位于玉米1号染色体272694744位，所述SNP位点是核苷酸种类为C或者G，为SEQ ID No.4的第101位核苷酸。与玉米花期基因D8紧密连锁的KASP标记KASP_D8，该标记基于KASP技术开发，可高通量检测玉米基因组1号染色体的第272694744位碱基。本发明应用KASP技术对玉米花期基因D8进行基因型鉴定，具有操作简便、成本低廉、检测周期短、标记稳定、绿色环保等优点，可精准检测玉米花期基因D8，对促进玉米花期育种具有重要意义。

Description

玉米花期基因的SNP分子标记的开发及应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其是涉及与玉米花期基因相关的SNP分子标记的开发及应用。
背景技术
开花是植物从营养生长阶段到生殖生长的重要生理转变。较早进入开花阶段，缩短作物栽培周期，可以降低田间管理成本，提升产值，对提高百姓收入有重要的意义。通过培育早花期玉米品种是缩短玉米栽培周期的最高效、经济、环保的方法(王迪.玉米花期及雄穗相关性状的QTL定位与遗传基础研究[D].中国农业科学院,2011.)。
目前，部分玉米花期基因已被克隆，如ZCN8基因和D8基因(田丰,郭丽,王雪涵.玉米开花期基因ZCN8的两个特异性分子标记及其应用:,CN108866227A[P].2018.；欧杨虹,吴雯雯,邵元健,等.CAPS标记开发及其在D8基因功能标记开发中的应用[J].分子植物育种,2016(10):2716-2721.)。同时，也开发了与基因连锁的分子标记，通过分子标记辅助选择技术(Marker-assisted Selection，MAS)进行玉米花期改良育种，弥补了传统育种中出现的诸多弊端，成为解决品种选育难这一问题的有效途径。
然而，玉米花期相关基因的连锁标记虽然可以用于分子标记辅助选择，但多为CAPS标记、SSR标记、InDel标记或酶切标记，检测效率低，同时还可能会产生气溶胶污染环境，不适用于高通量的分子检测平台(田丰,郭丽,王雪涵.玉米开花期基因ZCN8的两个特异性分子标记及其应用:,CN108866227A[P].2018；欧杨虹,吴雯雯,邵元健,等.CAPS标记开发及其在D8基因功能标记开发中的应用[J].分子植物育种,2016(10):2716-2721.)。因此，开发低成本、可高通量检测的分子标记是促进玉米早花期基因鉴定、增加早花期育种准确度与提高育种效率的迫切需求。
KASP(Kompetitive Allele-Specific PCR，竞争性等位基因特异性PCR)通过荧光探针特异性识别基因位点达到基因分型的效果，可快速检测SNP位点。与SSR、RFLP、InDel等分子标记相比，KASP标记具有检测快速，成本低，易于规模化应用等特点，KASP标记不需要根据DNA片段大小进行分型，能够摆脱传统凝胶电泳这种步骤相对繁琐，低通量，价格又较贵的检测方法，更加适用于现阶段飞速发展的高通量分子检测平台。因此，开发低成本、适合于高通量分子检测平台的玉米花期基因KASP分子标记对于推广普及分子标记技术的应用、提高我国玉米早花期育种效率和育种水平具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种与玉米花期基因D8紧密连锁的SNP标记及其应用方法。
本发明提供一种与玉米花期基因D8紧密连锁的SNP分子标记KASP_D8，所述分子标记KASP_D8是基于玉米花期基因D8中一个SNP位点开发的标记，所述SNP位点是核苷酸种类为C或者G，为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。
所述与玉米花期基因D8紧密连锁的KASP分子标记在C1、C2、C3或C4中的应用也应在本发明的保护范围之内：
C1、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定玉米花期中的应用；
C2、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品中的应用；
C3、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在玉米辅助育种或制备玉米辅助育种产品中的应用；
C4、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在选育早花期玉米资源中的应用。
本发明还提供一种鉴定或辅助鉴定玉米花期的方法，包括检测待测玉米的基因型，根据待测玉米的基因型鉴定或辅助鉴定玉米花期；所述基因型为玉米基因组中KASP_D8的基因型；所述KASP_D8位点是核苷酸种类为C或G，为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。
其中，所述KASP_D8位点的基因型为GG基因型或CG基因型时，玉米为早花期或者候选为早花期；所述KASP_D8位点的基因型为CC基因型时，玉米为晚花期或者候选为晚花期；其中，所述GG基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G的纯合型；所述CC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为C的纯合型；所述GC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G和C的杂合型。
检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在A1、A2、A3或A4中的应用也应在本发明的保护范围之内：
A1、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定玉米花期中的应用；
A2、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品中的应用；
A3、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在玉米辅助育种或制备玉米辅助育种产品中的应用；
A4、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在选育早花期玉米资源中的应用。
本发明还提供一种选育早花期的玉米资源的方法，包括选择KASP_D8位点的基因型为GG基因型或GC的玉米进行育种，其中，所述基因型为玉米基因组中D8的KASP_D8位点的基因型；所述KASP_D8位点是核苷酸种类为G或C，为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸；所述GG基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G的纯合型；所述GC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G和C的杂合型。
本发明提供一种含有检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质的产品，为C1)-C4)中任一种产品：
C1)检测与玉米花期相关的SNP多态性或基因型的产品；
C2)鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品；
C3)用于玉米辅助育种的产品；
C4)用于选育早花期的玉米资源的产品。
含有检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质的产品在B1、B2、B3或B4中的应用也应在本发明的保护范围之内：
B1、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定玉米花期中的应用；
B2、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品中的应用；
B3、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在玉米辅助育种或制备玉米辅助育种产品中的应用；
B4、检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在选育早花期的玉米资源中的应用。
所述检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质为如下D1)、D2)或D3)：
D1)所述检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质含有扩增包括所述KASP_D8位点在内的玉米基因组DNA片段的PCR引物；
D2)所述检测玉米基因组中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质为含有所述PCR引物的PCR试剂；
D3)含有D1)所述PCR引物或D2)所述PCR试剂的试剂盒。
所述PCR引物为P1或P2：
P1、所述PCR引物为由核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.1的第22-40位的单链DNA、核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.2的第22-40位的单链DNA和核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.3的单链DNA组成的引物组；
P2、所述PCR引物为由序列表中SEQ ID No.1所示的单链DNA、序列表中SEQ IDNo.2所示的单链DNA和由序列表中SEQ ID No.3所示的单链DNA的引物组。
本发明提供了一种玉米花期基因D8紧密连锁的KASP标记开发与应用，所述分子标记是与玉米花期基因D8紧密连锁的KASP标记KASP_D8。该标记基于KASP技术开发，可高通量检测玉米基因组1号染色体的第272694744位碱基。本发明应用KASP技术对玉米花期基因D8进行基因型鉴定，具有操作简便、成本低廉、检测周期短、标记稳定、绿色环保等优点，可精准检测玉米花期基因D8，对促进玉米花期育种具有重要意义。
附图说明
图1为实施例1利用分子标记KASP_D8检测8份测试玉米品种材料的分型图，其中，FAM表示基因型为CC，VIC表示基因型为GG，H表示基因型为GC。
图2为实施例2利用分子标记KASP_D8检测48份F2测试群体的分型图，其中，FAM表示基因型为CC，VIC表示基因型为GG，H表示基因型为GC。
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。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。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。
下述实施例中所使用的玉米品种均可从商业途径得到。
本发明的发明人通过文献挖掘到一个与玉米花期相关的SNP位点(欧杨虹,吴雯雯,邵元健,等.CAPS标记开发及其在D8基因功能标记开发中的应用[J].分子植物育种,2016(10):2716-2721.)，该位点锚定在玉米1号染色体的第272694744位(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCF_902167145.1/，基因组版本Zm-B73-REFERENCE-NAM-5.0)，该SNP侧翼序列如SEQ ID No.4所示。KASP_D8位于SEQ ID No.4的第101位，该处的核苷酸序列为G或C。
下述GG基因型表示KASP_D8的核苷酸序列为G的纯合型；CC基因型表示KASP_D8的核苷酸序列为C的纯合型；GC基因型表示KASP_D8的核苷酸种类为G和C的杂合型。
实施例1与玉米花期相关基因D8紧密连锁KASP标记开发
1.引物的设计：根据KASP_D8位点提取左右各100bp的侧翼序列，优选利用Primer5.0软件设计3组KASP引物。利用Douglas Scientific公司ArrayTape平台检测后，挑选出1套多态性良好的KASP引物用于后续验证。
用于检测KASP_D8的KASP引物具体如下：
Primer X：5’-gaaggtcggagtcaacggattCATCCTCCACAGGCTCACG-3’(SEQ ID No.1，小写字母部分为特异荧光标签序列VIC)；
Primer Y：5’-gaaggtgaccaagttcatgctCATCCTCCACAGGCTCACC-3’(SEQ ID No.2，小写字母部分为特异荧光标签序列FAM)；
Primer R：5’-TGTATTCCAGCACAGGGTTTC-3’(SEQ ID No.3)。
2.DNA提取：采用常规CTAB法从玉米叶片中提取基因组DNA。
3.KASP反应测试
KASP标记扩增及反应体系：
(1)荧光定量PCR仪AB-Q6 Flex检测：
5μL PCR荧光定量仪检测反应体系包括：基因组DNA 50ng，引物混液0.07μL(优选引物混液配比：正向引物Primer X、Primer Y 100pmol·L-1各12μL，反向引物Primer R100pmol·L-1 30μL，ddH2O 46μL，使用其他合理的引物混液配比也可以达到相同的检测目的)，LGC公司2×KASP Mix(Low Rox)2.5μL，按照荧光定量PCR仪AB-Q6仪器操作手册，编辑样品表，执行运行程序，保存数据。
以上反应体系为AB-Q6 Flex的优选反应体系，其他合理的反应体系也可以达到相同的检测目的。
(2)选择Douglas Scientific公司ArrayTape平台检测
1.6μL PCR ArrayTape平台检测反应体系包括：含基因组DNA 50ng/μL 0.8μL，引物混液0.03μL(优选引物混液配比：正向引物Primer X、Primer Y 100pmol·L-1各12μL，反向引物Primer R 100pmol·L-1 30μL,ddH2O 46μL，使用其他合理的引物混液配比也可以达到相同的检测目的)，LGC公司2×KASP Mix(Std Rox)0.8μL。根据ArrayTape平台仪器操作手册，编写样品表，运行程序，读取数据。
以上反应体系为Douglas Scientific公司ArrayTape平台的优选反应体系，其他合理的反应体系也可以达到相同的检测目的。
注：以上为推荐检测方法，其他能够达到相同检测目的的检测方法也可以应用到上述标记的分子标记辅助育种过程中。
其中，2×KASP Mix由荧光探针A、荧光探针B、淬灭探针A和淬灭探针B，以及高保真Taq酶，dNTP，Mg2+等组成。荧光探针A的核苷酸序列为：5’-GAAGGTCGGAGTCAACGGATT-3’，5’末端连接一个VIC荧光基团；荧光探针B的核苷酸序列为：5’-GAAGGTGACCAAGTTCATGCT-3’，其5’端连接一个FAM荧光基团；淬灭探针A的核苷酸序列为：5’-AATCCGTTGACTCCGACCTTC-3’，其3’端连接一个淬灭基团BHQ；淬灭探针B的核苷酸序列为：5’-AGCATGAACTTGGTCACCTTC-3’，其3’端连接一个淬灭基团BHQ。
扩增程序：95℃预变性10min，1个循环；95℃变性20s，55-62℃(优选55℃)退火60s，设置40个循环。
实验同时设置反应体系中不添加模板DNA的空白对照(NTC)，每个板设置1个或多个空白对照。
对扫描数据进行分析，然后按照如下确定待测玉米基因组中KASP_D8位点的基因型(即检测玉米基因组1号染色体的第272694744位碱基是G还是C)，若所述待测玉米的扩增产物的荧光信号数据经Douglas基因分型软件分析靠近X轴(VIC信号)，则待测玉米基因组中KASP_D8位点的基因型为GG纯合型(即玉米基因组1号染色体的第272694744位碱基为G纯合型)；若待测玉米的扩增产物的荧光信号数据经Douglas基因分型软件分析靠近Y轴(FAM信号)，则待测玉米基因组中KASP_D8位点的基因型为CC纯合型(即玉米基因组1号染色体的第272694744位碱基为C纯合型)；若待测玉米的扩增产物的荧光信号数据经Douglas基因分型软件分析位于X轴和Y轴中间(VIC和FAM信号)，则待测玉米基因组中KASP_D8位点的基因型为GC杂合型(即玉米基因组第1号染色体的第272694744位碱基为GC杂合型)。左下角显示为黑色的样本为空白对照。
5.标记分型数据分析
为了验证KASP_D8标记的可靠性，对8份玉米材料进行田间鉴定，获得材料的田间花期数据。材料基因型采用Douglas Scientific公司ArrayTape平台进行检测，检测方法、反应体系以及扩增程序按照上述优选方案实行。
扩增结果表明，KASP_D8标记在8份材料中能够获得稳定的PCR产物，并且能够检测到G和C两个等位位点(图1)。两份早花期玉米材料均为GG基因型，六份晚花期玉米材料均为CC基因型。由此，可看出KASP_D8标记可用于不同花期玉米的选育工作。
因此，本发明所述的KASP_D8标记可用于玉米花期相关基因D8的分子标记辅助育种。
表1. 8份测试玉米材料的花期与基因型信息
Figure BDA0003343997170000101
注：GG，基因型为G的纯合型；CC，基因型为C的纯合型；GC，基因型为G和C的杂合型；‘*’表示无检测信号。
实施例2与玉米花期相关基因D8紧密连锁的KASP标记在分子标记辅助选择玉米花期植株中的应用
为检测本发明KASP_D8标记的实用性，将表1所述的玉米早花期材料吉495(作为母本)与玉米晚花期材料郑22(作为父本)杂交配制F2分离群体，对F2分离群体进行KASP标记检测和田间花期统计(检测结果见图2、表2)，标记检测和花期鉴定实施方法参考实施例1。通过对分离群体的花期与基因型进行统计分析，基因型为GG与GC的分离群体的平均花期为70.25天，基因型为CC的分离群体的平均花期为78.33天，基因型为GG或GC的分离群体平均花期显著早于基因型为CC的分离群体。上述结果表明标记KASP_D8在玉米花期植株筛选中具有较高的实用性。
表2.玉米分离群体的表型与基因型信息
Figure BDA0003343997170000111
Figure BDA0003343997170000121
注：GG，基因型为G的纯合型；CC，基因型为C的纯合型；GC，基因型为G和C的杂合型；‘*’表示无检测信号。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。
序列表
<120> 玉米花期基因的SNP分子标记的开发及应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 200
<212> DNA
<213> 玉米(Zea mays)
<400> 1
tttccaaagt tgttctgata tgctttgtgg taggtatatc tatttatcct cttttcatgt 60
tatcaaatta catatcaaat ctcatcctcc acaggctcac gagtcaccaa catcaatcgt 120
tctttgtgaa accctgtgct ggaatacaca cgctcaatac attagttggt acatgagtct 180
aatgaagtca gggaaagagt 200
<210> 2
<211> 200
<212> DNA
<213> 玉米(Zea mays)
<400> 2
tttccaaagt tgttctgata tgctttgtgg taggtatatc tatttatcct cttttcatgt 60
tatcaaatta catatcaaat ctcatcctcc acaggctcac cagtcaccaa catcaatcgt 120
tctttgtgaa accctgtgct ggaatacaca cgctcaatac attagttggt acatgagtct 180
aatgaagtca gggaaagagt 200

Claims (10)

1.玉米花期基因的SNP分子标记的开发方法，其特征在于：包括检测待测玉米的基因型，根据待测玉米的基因型鉴定或辅助鉴定玉米花期；所述基因型为玉米基因组中KASP_D8位点的基因型；所述KASP_D8位点是玉米基因组中的一个SNP位点，位于玉米1号染色体272694744位，所述SNP位点是核苷酸种类为C或者G，为SEQ ID No.4的第101位核苷酸；
所述KASP_D8位点的基因型为GG基因型或GC基因型的待测玉米的花期早于或者候选早于所述KASP_D8位点的基因型为CC基因型的待测玉米；所述KASP_D8位点的基因型为GC基因型的待测玉米与所述KASP_D8位点的基因型为GG基因型的待测玉米在花期上无显著差异；其中，所述GG基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G的纯合型；所述CC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为C的纯合型；所述GC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G和C的杂合型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用在玉米育种中。
3.根据权利要求1中玉米花期基因的SNP分子标记的开发方法，其特征在于，所述KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定玉米花期中的应用。
4.根据权利要求1中玉米花期基因的SNP分子标记的开发方法，其特征在于，所述KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品中的应用。
5.根据权利要求1中玉米花期基因的SNP分子标记的开发方法，其特征在于，所述KASP_D8位点的多态性或基因型的物质在玉米辅助育种或制备玉米辅助育种产品中的应用。
6.玉米育种的方法，其特征在于，包括选择权利要求1中所述KASP_D8位点的基因型为GG或者基因型为GC的玉米作为亲本进行育种，所述GG基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G的纯合型；所述GC基因型表示玉米基因组中所述KASP_D8位点的核苷酸种类为G和C的杂合型；所述玉米育种可为培育早花期玉米。
7.含有检测权利要求1中所述KASP_D8位点的多态性或基因型的物质的产品，为C1）-C3）中任一种产品：
C1）检测与玉米花期相关的SNP多态性或基因型的产品；
C2）鉴定或辅助鉴定玉米花期的产品；
C3）用于玉米辅助育种的产品。
8.根据权利要求3-5任一所述的应用或权利要求7所述的产品，其特征在于：所述检测权利要求1中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质为如下D1）、D2）或D3）：
D1）所述检测权利要求1中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质含有扩增包括所述KASP_D8位点在内的玉米基因组DNA片段的PCR引物；
D2）所述检测权利要求1中KASP_D8位点的多态性或基因型的物质为含有所述PCR引物的PCR试剂；
D3）含有D1）所述PCR引物或D2）所述PCR试剂的试剂盒。
9.根据权利要求8所述的应用或产品，其特征在于：所述PCR引物为由核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.1的第22-40位的单链DNA、核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.2的第22-40位的单链DNA和核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.3的单链DNA组成的引物组。
10.根据权利要求8或9任意一项所述的应用或产品，其特征在于：所述PCR引物为由序列表中SEQ ID No.1所示的单链DNA、序列表中SEQ ID No.2所示的单链DNA和由序列表中SEQ ID No.3所示的单链DNA的引物组。
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