CN115029468A - 小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记snp1344 - Google Patents
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Abstract
本申请属于小麦基因工程技术领域，具体涉及一个小麦4A染色体上与籽粒钙离子积累连锁的遗传标记。该遗传标记SNP1344的第36处碱基存在一个36A‑36G的等位基因突变。基于高密度SNP芯片基因型鉴定结果，结合全基因组关联分析(GWAS)技术，发明人初步鉴定获得了一个影响小麦籽粒钙离子积累遗传位点相关的SNP位点。分析表明，该位点存在一个A→G突变，当该位点为GG时，相比较于AA和AG(R)基因型具有更高的小麦籽粒钙离子含量，说明GG基因型是控制小麦籽粒钙离子积累的优势单倍型，为提升小麦籽粒钙离子含量的有利等位基因。可为高钙离子含量小麦育种技术奠定一定基础。
Description
技术领域
本申请属于小麦基因工程技术领域，具体设计一个小麦4A染色体上与籽粒钙离子积累连锁的遗传标记。
背景技术
小麦(Triticum aestivum L.)作为世界三大粮食作物之一，约占我国口粮消费的40%，其产品是居民的主要营养物质来源。因此，小麦品质改良和育种技术提升，对于我国粮食安全具有十分重要的技术意义。
钙离子是人体必须的微量元素，在维持机体正常生理生化功能方面扮演着重要角色。截至目前，由于钙离子缺乏引起的与微量元素营养不良相关的疾病，已导致全球至少20亿人口面临健康威胁，世界卫生组织将此种微量元素缺乏现象定义为“隐性饥饿”，是引起人体机能障碍和多种疾病的重要原因之一。利用生物强化育种方法，提高主要粮食作物微量元素含量，改善人体微量元素摄入量，被认为是解决人体微量元素缺乏的最有效策略之一。
已有研究表明，小麦籽粒中的钙离子含量是一种典型的数量性状，受多基因控制。利用传统育种手段开展籽粒高钙离子小麦种质资源筛选和新品种选育，具有选择效率低、周期长、稳定性差等特点。因此，如果能够较早的在田间对小麦籽粒的钙离子含量进行预测，可有效提高籽粒高钙离子含量小麦新品种的选育效率。SNP（Single-NucleotidePolymorphisms）这种在基因组水平上由单核苷酸变异引起的序列多态性，可以最大限度的代表不同个体之间的遗传差异，是研究复杂数量性状的重要遗传标记。因此，鉴定获得与小麦籽粒钙离子积累遗传位点紧密连锁的SNP标记，并结合分子标记辅助育种技术，有望提高小麦籽粒高钙离子含量新品种的选育效率，快速高效的服务于育种实践。
发明内容
基于小麦基因组解析，本申请目的在于提供一个小麦4A染色体上与籽粒钙离子积累连锁的遗传标记，从而为高钙离子含量小麦新品种培育奠定一定技术基础。
本申请所采取的技术方案简述如下。
小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记SNP1344，参考小麦“中国春”基因组v1.1版序列，遗传标记 SNP1344（QTL qCa.hnaas-4A）位于小麦4A染色体上，其核苷酸序列（71bp）如下所示：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGG[A/G]AGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC；
该遗传标记的第36处碱基存在一个36A-36G的等位基因突变，该突变导致该基因序列产生了核苷酸多态性，进而使得小麦籽粒具有不同的钙离子含量表型；
具体而言：
当该位点为GG时，相比较于AA和AG(R)基因型，小麦籽粒具有更高的钙离子含量，因此，此时小麦品种属于高钙（含量）型；
当该位点为AA时，相比较于GG基因型，小麦籽粒具有较低的钙离子含量，因此，此时小麦品种属于低钙（含量）型；
当该位点为AG时，相比较于GG基因型，小麦籽粒同样具有较低的钙离子含量，因此，此时小麦品种属于低钙（含量）杂合型；
也即，高钙GG基因型的遗传标记序列如SEQ ID No.1所示，具体如下：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGGGAGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC；
低钙AA基因型的遗传标记序列如SEQ ID No.2所示，具体如下：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGGAAGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC。
低钙杂合AG(R)基因型的遗传标记序列具体如下：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGGRAGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC。
所述小麦4A染色体上与籽粒钙离子积累连锁的遗传标记SNP1344（QTLqCa.hnaas-4A）在小麦籽粒钙含量检测中应用，通过检测两条4A染色体对应位点的36处碱基位点来判定小麦籽粒钙离子含量；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基均为G，则属于高钙GG基因型小麦品种，小麦籽粒具有高钙离子含量；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基均为A，则属于低钙AA基因型小麦品种，小麦籽粒具有低钙离子含量；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基一个为A、另一个为G，则属于低钙AG杂合基因型小麦品种，小麦籽粒具有低钙离子含量。
所述小麦4A染色体上与籽粒钙离子积累连锁的遗传标记SNP1344（QTLqCa.hnaas-4A）在小麦新品种培育中应用，利用分子标记育种技术，通过检测遗传标记SNP1344（QTL qCa.hnaas-4A）第36位碱基序列，从而培育籽粒高钙离子含量小麦新品种。
现有技术中，全基因组关联分析(GWAS)是一种用于鉴定数量性状遗传位点的统计方法，依托具有代表性和多样性的自然群体基因组信息，可检测到基因型与表型之间的非随机性关联，从而可提高QTL定位的分辨率和准确性。本申请中，基于高密度SNP芯片基因型鉴定结果，结合全基因组关联分析(GWAS)技术，发明人初步鉴定获得了一个影响小麦籽粒钙离子积累遗传位点相关的SNP位点。分析表明，该位点存在一个A→G突变，当该位点为GG时，相比较于AA和AG(R)基因型具有更高的小麦籽粒钙离子含量，说明GG基因型是控制小麦籽粒钙离子积累的优势单倍型，为提升小麦籽粒钙离子含量的有利等位基因。总体上，基于该位点的深入研究和分析，结合分子标记辅助育种技术，可为高钙离子含量小麦育种技术奠定一定理论基础和技术基础。
附图说明
图1为利用3种分析模型开展小麦籽粒钙离子含量的全基因组关联分析的曼哈顿和QQ-plots图；彩色视图下，红色虚线为-log10P=4的阈值线，阈值线以上的SNP位点与小麦籽粒钙离子含量显著关联；红色圆圈代表本发明所筛选到的3种分析模型共同鉴定到的SNP位点SNP1344与小麦籽粒钙离子含量显著关联；
图2 为SNP1344标记在自然群体中的基因分型及表型分布图；彩色视图下，橙色代表AA基因型品种（系）的表型分布情况，绿色代表GG基因型品种（系）的表型分布情况，蓝色代表AG(R)基因型品种（系）的表型分布情况，GG基因型品种（系）的小麦籽粒钙离子含量显著高于AA和AG(R)品种（系），AA和AG(R)基因型品种（系）的表型之间差异不显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明。在介绍具体实施例前，就下述实施例中部分试验背景情况简要介绍说明如下。
小麦材料：下述实施例中所涉及的相关小麦品种（系），均由河南省农业科学院小麦研究所提供，相关小麦品种（系）于2017年种植于河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地，待生理成熟后进行收获（期间收获不同生长阶段不同组织样品，实验室冷冻保存备用），并用于后续分析。
需要说明的是，作为专业性农业研究机构，申请人长期保存有相关种质材料，而且相关小麦品种均是可以市场或者现有种质库中公开获得的。
实施例1
在收获215份不同小麦品种（系）自然群体小麦籽粒基础上，为筛选获得影响小麦籽粒中微量元素钙离子含量有利基因，发明人首先对小麦籽粒中钙离子含量情况进行了检测，以初步确定钙离子含量表型在不同品种（系）间是否存在差异。具体小麦麦籽粒钙离子含量检测方法简介如下。
（一）小麦籽粒钙离子含量测定
利用微波消解和电感耦合等离子体质谱法测量小麦籽粒钙离子浓度。具体操作参考如下。
（1）样品前处理
用小型粉碎机粉碎小麦籽粒，过孔径为0.15mm的筛子；
取0.5g样品放入微波消解内罐中，加入5 mL硝酸加盖放置1h，旋紧罐盖后，按照消解步骤（120℃、5分钟，150℃、10分钟，190℃、20分钟）进行消解处理；冷却后，超声脱气5分钟，用水定容至50ml混匀备用；
（2）建立标准曲线
将混合标准溶液注入电感耦合等离子体质谱仪中，测定钙元素和内标元素的信号响应值，以钙元素的浓度为横坐标，钙元素与所选内标元素响应信号值的比值为纵坐标，绘制标准曲线；
（3）钙离子含量测定
将空白溶液和试样溶液分别注入电感耦合等离子体质谱仪中，测定钙元素和内标元素的信号响应值，根据标准曲线得到消解液中钙元素的浓度，重复3次取平均值作为测定结果。
实施例2
基于SNP芯片技术原理，为筛选获得导致小麦部分生理表型差异的目标基因，在前述自然群体基础上，发明人对相关基因型差异位点进行了进一步的预筛选，具体过程简介如下。
（一）提取小麦叶片基因组DNA
利用CTAB（Cetyl trimethylammonium bromide）法提取小麦叶片基因组DNA，具体操作参考如下：
取0.5g小麦叶片样品放入液氮中速冻，迅速研磨打碎；
加入700μL的CTAB提取液，65℃水浴30min，对组织进行裂解；
冷却至室温后，加入等体积的氯仿：异戊醇（24：1）溶液，对样品进行萃取；
室温离心5min（12000rpm/min），吸取450μL上清液，将其转至1.5mL离心管；
加入等体积冷冻异丙醇，以析出絮状DNA；离心5min（12000rpm/min），倒掉上清，获得DNA沉淀；
加入75%乙醇溶液，漂洗两遍后晾干8小时，加入400μL ddH2O将DNA溶解备用；溶解后的DNA用NanoDrop™ One (Thermo Fisher Scientific, Wilmington, DE, USA)系统进行浓度与纯度检测，确保满足后续检测应用标准。
（二）利用SNP芯片进行基因型筛选和检测
利用Axiom® Wheat 660K SNP芯片（该芯片包含超过630000个均匀分布在小麦全基因组的特异SNP位点，能够提供相对足够的SNP标记密度），对自然群体中的所有品种（系）进行基因型筛选和检测。
（三）基因型质量控制
使用PLINK v1.9软件对215份自然群体筛选所得基因型数据进行质量控制，剔除检出率低于90%和最小等位基因频率（MAF）小于0.05的SNP标记，最终共获得224706个潜在的有意义SNP标记，以备用于进一步研究。
实施例3
在实施例1、2工作基础上，结合全基因组关联分析的GWAS方法，发明人进一步试图筛选获得与小麦籽粒钙离子积累相关的SNP位点。具体过程简介如下。
（一）全基因组关联分析
结合实施例1中215份不同小麦品种（系）小麦籽粒钙离子含量数据和实施例2中筛选的基因型数据，利用GAPIT分析软件（Genome Association and Prediction IntegratedTool）的GLM、MLM和FarmCPU模型进行关联分析，3种分析模型共同鉴定到的位于4A染色体上的SNP位点SNP1344为影响小麦籽粒钙离子积累的稳定遗传位点，如图1所示。
（二）遗传标记位SNP1344（QTL qCa.hnaas-4A）的进一步分析
进一步参考小麦“中国春”基因组v1.1版序列，可以明确遗传标记SNP1344（QTLqCa.hnaas-4A）的核苷酸序列（71bp）如下所示：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGG[A/G]AGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC；
也即，该序列的第36位碱基存在一个36A-36G的等位基因突变。
结合改序列信息，进一步对所前述所构建的自然群体中商丘地区相关小麦籽粒的钙离子含量情况进行统计分析，结果如下表1和图2所示。
表1 ，SNP1344标记不同基因型对小麦籽粒钙离子积累的影响
“钙离子含量1”：为不同基因型个体小麦籽粒钙离子含量平均值；
“P-value2”：为不同基因型个体小麦籽粒钙离子含量差异显著性分析，P-value<0.05为差异显著，P-value <0.01为差异极显著。
从上表结果可以看出：基因型为GG的个体小麦籽粒钙离子含量显著高于AA基因型个体，极显著高于AG(R)基因型个体，而AA和AG(R)基因型个体之间的小麦籽粒钙离子含量差异不显著，由此可以认定GG基因型小麦品种籽粒具有更强的钙离子积累能力。这一结果表明，GG基因型相对于AA和AG(R)基因型而言为钙含量优势单倍型（图2）。
SEQUENCE LISTING
<110> 河南省农业科学院
<120> 小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记SNP1344
<130> none
<160> 2
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 71
<212> DNA
<213> Triticum aestivum
<400> 1
atatatactc aacaagcggg aagagcagtc cacgggagat ttatagctgg cacctgccca 60
acctcctact c 71
<210> 2
<211> 71
<212> DNA
<213> Triticum aestivum
<400> 2
atatatactc aacaagcggg aagagcagtc cacggaagat ttatagctgg cacctgccca 60
acctcctact c 71
Claims (3)
1.小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记SNP1344，其特征在于，该分子标记的核苷酸序列如下所示：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGG[A/G]AGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC；
该遗传标记的第36处碱基存在一个36A-36G的等位基因突变；具体而言：
高钙GG基因型的遗传标记序列如SEQ ID No.1所示，具体如下：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGGGAGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC；
低钙AA基因型的遗传标记序列如SEQ ID No.2所示，具体如下：
ATATATACTCAACAAGCGGGAAGAGCAGTCCACGGAAGATTTATAGCTGGCACCTGCCCAACCTCCTACTC。
2.权利要求1所述小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记SNP1344在小麦籽粒钙含量检测中应用，其特征在于，通过检测两条4A染色体对应位点的36处碱基位点来判定小麦籽粒钙离子含量；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基均为G，则属于高钙GG基因型小麦品种；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基均为A，则属于低钙AA基因型小麦品种；
如果两条4A染色体对应位点的第36位碱基一个为A、另一个为G，则属于低钙杂合基因型小麦品种。
3.权利要求1所述小麦籽粒钙离子积累相关的分子标记SNP1344在小麦新品种培育中应用，其特征在于，利用分子标记育种技术，通过检测遗传标记第36位碱基序列，用于培育籽粒高钙或者低钙含量小麦新品种。
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2022
- 2022-04-22 CN CN202210428465.1A patent/CN115029468A/zh active Pending
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