CN114921582A - 芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用 - Google Patents

芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用。本发明提供了鉴定植物的叶缘裂刻性状的方法:检测植物基于Indel LMR的基因型,A基因型植物的叶缘表型为叶缘裂刻,B基因型植物的叶缘表型为叶缘全缘,H基因型植物的叶缘表型为叶缘裂刻;基因型判断方法:如2条同源染色体均不含有Indel LMR,为A基因型;如2条同源染色体均含有Indel LMR,为B基因型;如1条同源染色体含有Indel LMR,另1条同源染色体不含有Indel LMR,为H基因型;Indel LMR如SEQ ID NO:1所示。本发明开发了与叶缘裂刻性状紧密连锁的分子标记,利用分子标记辅助选择可以在早期对幼苗进行准确稳定的选择,从而减少工作量,加快育种进程。

Description

芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用
技术领域
本发明属于生物技术领域,涉及一种芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用。
背景技术
叶片是植物重要的器官,在光合产物积累、气体交换、营养分配和水分输送中起着重要作用。植物叶片在进化过程中为了更好的适应环境,产生了形态各异的叶片结构,根据叶缘裂刻由浅至深分为:全缘、浅裂、深裂甚至一个个小叶单元。深入挖掘和鉴定控制叶形态建成的新基因和分子调控机理,培育形态多样的芸薹种植物新品种是满足不同地区和不同市场消费需求、提高环境适应性的有效途径。
十字花科芸薹属芸薹种(Brassica campestris)作物包括大白菜亚种(ssp.pekinensis)、普通白菜亚种(ssp.chinensis)和芜菁亚种(ssp.rapa)(文献:中国白菜分类的探讨,园艺学报,1980年5月,林维申),作物叶片存在大量的形态变异,不同作物的叶片形态有很大的差异。作为植物光合作用的营养器官,叶片适度裂刻有利于改良植株的株型,提高群体的通风透光性,增强光合作用效率,减少病虫害的发生。此外,叶片形状与植物抗逆性密切相关,研究表明植物叶缘裂刻的产生提高了植物的抗逆性(抗旱、抗高温、抗冻害)和对强光和弱光环境的适应性。因此,对叶缘裂刻QTL进行精细定位和基因功能分析,不仅能够加快对叶缘裂刻形成分子机制的解析,也为育种工作提供优良的基因资源和可用的分子标记,具有重要的理论及应用价值。
叶缘裂刻是一个复杂的数量性状,受到多种信号途径的影响,且叶缘裂刻表型需要在真叶形成和展开后才能展现,传统的选育方法受发育时期限制,且费时费力。开发与叶缘裂刻性状紧密连锁的分子标记,利用分子标记辅助选择可以在早期对幼苗(甚至对种子)进行准确稳定的选择,从而减少工作量,加快育种进程。
发明内容
本发明的目的是提供一种芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用。
本发明提供了一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的方法,包括如下步骤:检测植物基于Indel LMR的基因型,A基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻, B基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘全缘,H基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻;
基于Indel LMR的基因型的判断方法如下:如果植物的2条同源染色体均不含有所述Indel LMR,其基因型为A基因型;如果植物的2条同源染色体均含有所述Indel LMR,其基因型为B基因型;如果植物的1条同源染色体含有所述Indel LMR,另1条同源染色体不含有所述Indel LMR,其基因型为H基因型;
所述Indel LMR为DNA分子,如SEQ ID NO:1所示。
本发明还提供了一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的方法,包括如下步骤:检测植物基于Indel LMR的基因型,A基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻, B基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘全缘,H基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻;
基于Indel LMR的基因型的判断方法如下:
以植物的基因组DNA为模板,采用特异引物对进行PCR扩增;如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为384bp,基因型为A基因型;如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为1701bp,基因型为B基因型;如果PCR扩增显示两种扩增产物且分别为 384bp和1701bp,基因型为H基因型;
所述特异引物对由IndelLMR-F和IndelLMR-R组成;IndelLMR-F为SEQ ID NO: 2所示的单链DNA分子;IndelLMR-R为SEQ ID NO:3所示的单链DNA分子。
本发明还提供了一种DNA分子(Indel标记),命名为Indel LMR,如SEQ ID NO: 1所示。
本发明还保护所述Indel LMR作为检测靶标在鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状中的应用。
本发明还提供了特异引物对,由IndelLMR-F和IndelLMR-R组成;IndelLMR-F 为SEQ ID NO:2所示的单链DNA分子;IndelLMR-R为SEQ ID NO:3所示的单链DNA 分子。
本发明还提供了所述特异引物对在鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状中的应用。
本发明还提供了一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的试剂盒,包括所述特异引物对。
本发明还保护以上任一所述方法在植物育种中的应用。
本发明还保护所述Indel LMR在植物育种中的应用。
本发明还保护所述特异引物对在植物育种中的应用。
所述植物育种的目标为选育叶缘表型为叶缘裂刻的植物。
所述植物育种的目标为选育叶缘表型为叶缘全缘的植物。
以上任一所述植物为芸薹种植物。
以上任一所述植物为芜菁亚种植物或大白菜亚种植物。
以上任一所述植物为以芜菁亚种植物和大白菜亚种植物为亲本的后代。
以芜菁亚种植物和大白菜亚种植物为亲本的后代可为芜菁亚种植物和大白菜亚种植物的杂交后代。
以芜菁亚种植物和大白菜亚种植物为亲本的后代可为芜菁亚种植物和大白菜亚种植物的杂交后代的自交后代。
芜菁亚种植物具体可为芜菁自交系“MM”。
大白菜亚种植物具体可为白菜自交系“白阳”。
叶缘裂刻表型需要在真叶形成和展开后才能展现,用传统的选育方法受发育时期限制,且费时费力。本发明开发了与叶缘裂刻紧密连锁的分子标记,利用分子标记辅助选择可以实现对早期幼苗(甚至对种子)进行准确稳定的选择,从而减少工作量,加快育种进程。
附图说明
图1为实施例2中部分供试植株的PCR扩增产物的电泳图。
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。
如无特殊说明,以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
芜菁自交系“MM”(即文献中的“European turnip line MM”),为来自西欧的芜菁叶缘深度裂刻自交系。白菜自交系“白阳”(即文献中的“Chinese cabbage line BY”),为来自中国台湾的白菜叶缘全缘自交系。两个自交系均记载于如下文献:Yu Shuancang,ZhangFenglan,Zhao Xiang,Yu Yangjun,Zhang Deshuang,Zhao Xiuyun,Wang Weihong.Animproved Brassica rapa genetic linkage map and locus-specific variations in adoubled haploid population.Plant Mol Biol Rep,2013,31:558-568.公众可从北京市农林科学院获得,该生物材料只为重复本发明的相关实验所用,不可作为其他用途使用。
实施例1、芸薹种植物叶缘裂刻相关Indel标记的获得以及检测方法的建立
一、遗传群体的获得
以芜菁自交系“MM”为母本,以白菜自交系“白阳”为父本,进行杂交,获得 F1代种子,培养F1代种子得到F1代植株。F1代植株,利用游离小孢子培养进行染色体加倍处理,得到单倍体加倍群体,即DH群体(Doubled Haploid population)。DH群体包含80个单株。
以芜菁自交系“MM”为母本,以白菜自交系“白阳”为父本,进行杂交,获得 F1代种子,培养F1代种子得到F1代植株。F1代植株自交,得到F2代种子,培养 F2代种子得到F2代植株。F2代植株组成F2代分离群体,简称F2群体。F2群体包含893个单株。
二、叶缘裂刻QTL分析
在温室中培养如下植株:芜菁自交系“MM”植株、白菜自交系“白阳”植株、步骤一获得的F1代植株、步骤一获得的DH群体的各个单株、步骤一获得的F2群体的各个单株。
取植株的幼嫩叶片,提取基因组DNA。采用在双亲中筛选出的具有多态性、分型良好、且均匀分布在10条染色体上的SNP及Indel标记进行群体单株基因型的鉴定。同时,对DH群体及F2群体的单株进行叶缘裂刻表型的调查。
结合DH群体单株的基因型和表型数据,进行遗传连锁图谱的构建,将控制叶缘裂刻的主效QTL定位在A10染色体,可解释58.3%的表型变异,将该主效QTL命名为QTL-LobeA10。
为了进一步验证及缩小目标区间,利用F2群体的单株中具有极端表型的交换单株对QTL-LobeA10进行精细定位,最终将QTL-LobeA10定位在标记A10-15686749和 A10-15850960之间约164kb的区间内。
三、分子标记的获得和引物的设计
利用叶缘裂刻与叶缘全缘的亲本材料在定位区间的重测序信息,结合Brassicaceae Database(http://brassicadb.cn)参考基因序列对该区间进行比对,将序列比对发现的序列变异与叶缘裂刻性状分别进行关联分析,发现一处与叶缘裂刻性状紧密连锁的Indel,该Indel如SEQ ID NO:1所示。
针对该Indel位点,设计特异引物对,由IndelLMR-F和IndelLMR-R组成。
IndelLMR-F(SEQ ID NO:2):5'-ACGGGAAGATCAAGGATG-3';
IndelLMR-R(SEQ ID NO:3):5'-AGGGGAAGCTACGATAACAC-3'。
四、检测方法的建立
1、取植株的幼嫩叶片,提取基因组DNA。
2、以基因组DNA为模板,采用步骤三中设计的特异引物对进行PCR扩增。
3、结果判断
如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为384bp,该植株的基因型记作A基因型 (2条同源染色体均不含有所述Indel),预测该植株的叶缘裂刻性状为叶缘裂刻。
如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为1701bp,该植株的基因型记作B基因型 (2条同源染色体均含有所述Indel),预测该植株的叶缘裂刻性状为叶缘全缘。
如果PCR扩增显示两种扩增产物且分别为384bp和1701bp,该植株的基因型记作H基因型(1条同源染色体含有所述Indel,另1条同源染色体不含有所述 Indel),预测该植株的叶缘裂刻性状为叶缘裂刻。
芜菁自交系“MM”进行上述步骤,PCR扩增仅显示一种扩增产物,如SEQ ID NO: 4所示。
白菜自交系“白阳”进行上述步骤,PCR扩增仅显示一种扩增产物,如SEQ ID NO:5所示。
实施例2、Indel在鉴定芸薹种植物的叶缘裂刻性状中的应用
以芜菁自交系“MM”为母本,以白菜自交系“白阳”为父本进行杂交,获得F1代种子,培养F1代种子得到F1代植株。将F1代植株自交后得到F2代种子,培养 F2代种子得到F2代植株。
从F2代植株中随机选取180个单株,分别作为供试植株。
将芜菁自交系“MM”(用P1表示)和白菜自交系“白阳”(用P2表示),分别作为供试植株。
按照实施例1的步骤四的方法进行供试植株的基因型检测和表型预测。
同时,实际观察供试植株成株的叶缘裂刻性状。
部分供试植株的PCR扩增产物的电泳图见图1。
结果见表1。在139份实际表型为叶缘裂刻的材料中:45份为A基因型,94 份为H基因型,鉴定准确率为100%。41份实际表型为叶缘全缘的材料,均为B基因型,鉴定准确率为100%。结果表明,本发明发现的Indel分子标记可用于辅助鉴定叶缘裂刻性状。
将本发明发现的Indel分子标记命名为Indel LMR。
表1 Indel LMR在180份F2群体材料中的基因分型及表型统计表
Figure BDA0003656681710000051
Figure BDA0003656681710000061
Figure BDA0003656681710000071
实施例3、Indel标记在分子标记辅助选择鉴定芸薹种植物的叶缘裂刻性状中的应用。
供试植物材料如下:
叶缘裂刻品种(均为现有技术中公开的芜菁种质资源):神鹿温州盘菜、东升小芜菁、黄长蔓菁、紫圆蔓菁、黄圆蔓菁、金龙布留克、绿领科芜一号、温州盘菜、紫顶芜菁、金球芜菁、长白人参蔓菁、圆蔓菁、新疆恰玛古、长白蔓菁、抗病长芜菁,共15份;
叶缘全缘品种(均为现有技术中公开的大白菜种质资源):京春黄3号、京夏王、冬冠19、北京桔红心、京秋5号、北京新3号、京秋76、京箭70、京春黄、京春白、京研黄叶、京春绿、北京68号、北京大牛心、京秋701,共15份。
按照实施例1的步骤四的方法进行供试植株的基因型检测和表型预测。
同时,实际观察供试植株的成株的叶缘裂刻性状。
结果如表2所示,在15份叶缘裂刻的材料中,12份为A基因型,3份为H 基因型,鉴定准确率为100%。15份表型为叶缘全缘的材料,均为B基因型,鉴定准确率为100%。结果表明,本发明发现的Indel分子标记可用于叶缘裂刻性状的分子标记辅助育种。
表2 Indel LMR在30份自然群体材料中的基因分型及表型统计表
编号 材料名称 表型 基因型 编号 材料名称 表型 基因型
1 东升小芜菁 裂刻 A 16 京春黄3号 全缘 B
2 黄长蔓菁 裂刻 A 17 京夏王 全缘 B
3 紫圆蔓菁 裂刻 A 18 冬冠19 全缘 B
4 黄圆蔓菁 裂刻 A 19 北京桔红心 全缘 B
5 金龙布留克 裂刻 A 20 京秋5号 全缘 B
6 绿领科芜一号 裂刻 A 21 北京新3号 全缘 B
7 温州盘菜 裂刻 A 22 京秋76 全缘 B
8 紫顶芜菁 裂刻 A 23 京箭70 全缘 B
9 金球芜菁 裂刻 A 24 京春黄 全缘 B
10 神鹿温州盘菜 裂刻 A 25 京春白 全缘 B
11 长白人参蔓菁 裂刻 A 26 京研黄叶 全缘 B
12 圆蔓菁 裂刻 A 27 京春绿 全缘 B
13 新疆恰玛古 裂刻 H 28 北京68号 全缘 B
14 长白蔓菁 裂刻 H 29 北京大牛心 全缘 B
15 抗病长芜菁 裂刻 H 30 京秋701 全缘 B
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
<110> 北京市农林科学院
<120> 芸薹种植物叶缘裂刻性状相关的分子标记及其应用
<130> GNCYX220416
<160> 5
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1317
<212> DNA
<213> Brassica campestris
<400> 1
ttagttaatg aacaaaactt aggttcaccc cctagggtga acctttaaat tcacctcacc 60
tctaatagcc aatcataatg ccacatagat taatggataa aaacaattaa atattttttt 120
aaaaatcaaa atagttaaaa ataataataa taacgccaat tttaacgacg ttaaaaacgc 180
caactaaacc ctaaatccaa accgtaacct taaacccgaa actctaaaca ctaaacctaa 240
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aacctaaacc ctaaacccaa atcctatacc ctaaatataa accctgtacg ttaaaaccta 420
aaccctaaac ccaaatacta taccctaaaa cccgaaccta aacccaaacc ctatactcta 480
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aatttaagtt catgatttag ggtatagaat tgggtttagg gtttaaggtt aaatttaggg 1080
tctaatgttt gggtttagga tttaagatct agggtttata gtttagggtt tagagtttgg 1140
gtttagggta tagagtttgg atctagggtt taggttttaa ggtatagggt ttggatttag 1200
agtatagggt tcgggtttag ggtatagaat ttgggttttg ggttttgggt ttagggttta 1260
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Claims (10)

1.一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的方法,包括如下步骤:检测植物基于Indel LMR的基因型,A基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻,B基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘全缘,H基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻;
基于Indel LMR的基因型的判断方法如下:如果植物的2条同源染色体均不含有所述Indel LMR,其基因型为A基因型;如果植物的2条同源染色体均含有所述Indel LMR,其基因型为B基因型;如果植物的1条同源染色体含有所述Indel LMR,另1条同源染色体不含有所述Indel LMR,其基因型为H基因型;
所述Indel LMR为DNA分子,如SEQ ID NO:1所示;
所述植物为芸薹种植物。
2.一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的方法,包括如下步骤:检测植物基于Indel LMR的基因型,A基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻,B基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘全缘,H基因型植物的叶缘表型为或候选为叶缘裂刻;
基于Indel LMR的基因型的判断方法如下:
以供试植物的基因组DNA为模板,采用特异引物对进行PCR扩增;如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为384bp,基因型为A基因型;如果PCR扩增仅显示一种扩增产物且为1701bp,基因型为B基因型;如果PCR扩增显示两种扩增产物且分别为384bp和1701bp,基因型为H基因型;
所述特异引物对由IndelLMR-F和IndelLMR-R组成;IndelLMR-F为SEQ ID NO:2所示的单链DNA分子;IndelLMR-R为SEQ ID NO:3所示的单链DNA分子;
所述植物为芸薹种植物。
3.一种DNA分子,命名为Indel LMR,如SEQ ID NO:1所示。
4.权利要求3所述Indel LMR作为检测靶标在鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状中的应用;所述植物为芸薹种植物。
5.特异引物对,由IndelLMR-F和IndelLMR-R组成;IndelLMR-F为SEQ ID NO:2所示的单链DNA分子;IndelLMR-R为SEQ ID NO:3所示的单链DNA分子。
6.权利要求5所述特异引物对在鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状中的应用;所述植物为芸薹种植物。
7.一种鉴定或辅助鉴定植物的叶缘裂刻性状的试剂盒,包括权利要求5所述特异引物对;所述植物为芸薹种植物。
8.权利要求1或2所述方法在植物育种中的应用。
9.权利要求3所述Indel LMR在植物育种中的应用。
10.权利要求5所述特异引物对在植物育种中的应用。
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