CN115094157A - 水稻苗期耐低温基因cold1的kasp标记开发及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水稻苗期耐低温基因COLD1的KASP标记开发及应用,属于基因组序列及植物生物技术领域。为鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性的方法,包括检测待测水稻的基因型,根据待测水稻的基因型鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性;所述基因型为水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型;所述记KASP_COLD1位点是水稻基因组中的一个SNP位点,其核苷酸种类为T或R,为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。本发明提供了一种水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP分子标记开发与应用,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,可精准检测水稻苗期耐低温基因COLD1,对促进耐低温水稻育种具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及水稻苗期耐低温基因COLD1的KASP标记开发及应用,属于基因组序列及植物生物技术领域。
背景技术
水稻(Oryza sativa)是我国三大主要粮食作物之一,种植面积占粮食作物种植总面积的三分之一。同时,水稻还是重要的工业加工原料,常用于制作淀粉、酿酒、制醋及医药等等(徐家安,王健康,王友霜,等."多用途"在水稻生产上的应用效果初探[C]第三届全国有机肥研究开发暨产业化应用新产品,新工艺,新设备交流研讨会.2016.)。因此,水稻对我国民生保障有着重要的战略意义,水稻产量提升是我国研究的重要方向。
水稻是一种温度敏感型作物,低温冷害会造成水稻严重减产。低温冷害在世界上许多国家均有发生,尤以澳大利亚南部、日本、朝鲜和中国的东北稻作区(辽宁、吉林和黑龙江)最为常见,灾害严重时可减产30%以上。培育耐低温水稻是解决这一问题的重要途径,利用耐低温基因连锁分子标记在水稻苗期从DNA水平对目标植株进行低温耐性选择是提高耐低温水稻育种效率的有效途径(赵明辉,张文忠,马殿荣,等.水稻耐冷基因研究进展[J].沈阳农业大学学报,2012,43(6):8.)。目前,仅克隆了部分耐低温基因,如bZIP73基因和OsCOLD1基因,并且开发了连锁分子标记(田孟祥,张时龙,何友勋,等.水稻耐低温基因bZIP73分子标记的开发与验证[J].江苏农业学报,2019,35(6):6.;杨佳,曹黎明,周继华,等.水稻耐低温基因COLD1功能标记的开发及应用[J].分子植物育种,2019,17(18):5.)。然而目前常用的标记如SSR标记、InDel标记或CAPS标记,虽然可以用于分子标记辅助选择,但检测效率低,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。
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,可用于检测SNP位点和InDel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,更加适用于现阶段飞速发展的高通量分子检测平台。因此,开发适合于高通量分子检测平台的水稻粒型KASP分子标记对于推广普及分子标记技术的应用,提高我国水稻的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水稻苗期耐低温基因COLD1的KASP标记开发及其应用方法。
本发明提供一种与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP分子标记KASP_COLD1,所述KASP_COLD1是水稻基因组中的一个SNP位点,其核苷酸种类为T或R(A/G简并碱基),为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。
所述与水稻苗期耐低温基因COLD1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、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性中的应用;
C2、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定耐低温水稻产品中的应用;
C3、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在水稻辅助育种或制备水稻辅助育种产品中的应用;
C4、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在选育耐低温的水稻资源中的应用。
本发明还提供一种鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性的方法,包括检测待测水稻的基因型,根据待测水稻的基因型鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性;所述基因型为水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型;所述记KASP_COLD1位点是水稻基因组中的一个SNP位点,其核苷酸种类为T或R(A/G简并碱基),为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。
其中,所述KASP_COLD1位点的基因型为TT基因型或者TR基因型时,水稻为耐低温或者候选为耐低温所述KASP_COLD1位点的基因型为RR基因型时,水稻为不耐低温或者候选为不耐低温;其中,所述TT基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为T的纯合型;所述RR基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为R的纯合型;所述TR基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为T和R的杂合型。
检测水稻基因组中KASP_COLD1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、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定耐低温水稻中的应用;
A2、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定耐低温水稻产品中的应用;
A3、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在水稻辅助育种或制备水稻辅助育种产品中的应用;
A4、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在选育耐低温的水稻资源中的应用。
本发明还提供一种选育耐低温水稻资源的方法,包括选择KASP_COLD1位点的基因型TT的水稻进行育种,其中,所述KASP_COLD1位点是水稻基因组中的一个SNP位点,其核苷酸种类为T或R,为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸;所述TT基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为T的纯合型。
本发明提供一种含有检测水稻基因组中KASP_COLD1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)检测与耐低温水稻相关的单核苷酸多态性或基因型的产品;
C2)鉴定或辅助鉴定耐低温水稻的产品;
C3)用于水稻辅助育种的产品;
C4)用于选育耐低温水稻资源的产品。
含有检测水稻基因组中KASP_COLD1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、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性中的应用;
B2、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定耐低温水稻产品中的应用;
B3、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在水稻辅助育种或制备水稻辅助育种产品中的应用;
B4、检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在选育耐低温水稻资源中的应用。
所述检测检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质为如下D1)、D2)或D3):
D1)所述检测检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质含有扩增包括所述KASP_COLD1位点在内的水稻基因组DNA片段的PCR引物;
D2)所述检测水稻基因组中KASP_COLD1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22-44位的单链DNA、核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.2的第22-44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。
本发明提供了一种水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP分子标记开发与应用,所述分子标记是与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP标记KASP_COLD1。该标记基于KASP技术开发,可高通量检测水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基。本发明应用KASP技术对水稻苗期耐低温基因COLD1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,可精准检测水稻苗期耐低温基因COLD1,对促进耐低温水稻育种具有重要意义。
附图说明
图1为标记流程开发图;
图2为利用分子标记KASP_COLD1检测品种材料的分型图;
图3为利用分子标记KASP_COLD1检测F2群体的分型图。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
实施例1
与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁KASP标记开发
与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁KASP标记开发流程如图1所示。据文献报道,获得一个与COLD1基因紧密连锁的SNP位点。
1.引物的确定:将COLD1基因的紧密连锁SNP位点锚定在水稻4号染色体的第30315214位碱基上(田孟祥,宫彦龙,张时龙,等.水稻苗期耐低温基因COLD1新功能标记的设计与验证[J].作物杂志,2020(1):6.)。从NCBI数据库下载COLD1基因的紧密连锁SNP位点的侧翼序列,并利用Primer5.0软件,共设计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,所述用于检测与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁KASP标记的引物具体如下:
Primer X:5’-gaaggtcggagtcaacggatt CCTTTCCAATGTTTTGATGTCCT-3’(SEQ IDNo.1,小写字母部分为特异荧光标签序列VIC);
Primer Y:5’-gaaggtgaccaagttcatgct CCTTTCCAATGTTTTGATGTCCR-3’(SEQ IDNo.2,小写字母部分为特异荧光标签序列FAM);
Primer R:5’-TGGCTTACAGGGAAATTGATGAA-3’(SEQ ID No.3)。
所述引物对应的SNP位点为水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基(对应序列表中序列4中第101位核苷酸)。
2.DNA提取:采用常规CTAB法从水稻叶片中提取基因组DNA。
3.KASP反应测试
SNP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水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型(即检测水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基是T还是R),若所述待测水稻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),则待测水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型为TT纯合型(即水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基为T纯合型);若待测水稻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),则待测水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型为RR纯合型(即水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基为T纯合型);若待测水稻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),则待测水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型为TR杂合型(即水稻基因组第4号染色体的第30315214位碱基为T和R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_COLD1位点的可靠性,首先,利用KASP_COLD1对8个水稻品种材料进行分子标记检测(图2);然后,对4份水稻品种材料进行低温耐性测试,获得材料的表型数据,表型鉴定方法及评价标准见文献(田孟祥,宫彦龙,张时龙,等.水稻苗期耐低温基因COLD1新功能标记的设计与验证[J].作物杂志,2020(1):6.)。材料基因型采用DouglasScientific公司ArrayTape平台进行检测,为了保证准确性,实验设计2次重复。扩增结果表明,KASP_COLD1位点在4份材料中能够获得稳定的PCR产物,并且能够检测到T和R两个等位位点,且与材料低温耐性一致(图2)。因此,本发明所述的KASP_COLD1位点可用于水稻苗期耐低温基因COLD1的分子标记辅助选择育种。
表1.4份测试水稻品种的表型与基因型信息
序号 | 品种名称 | 表型 | 基因型 |
1 | 日本晴 | T | TT |
2 | 明恢63 | S | RR |
3 | 珍汕97 | S | RR |
4 | 南京6号 | S | RR |
注:表中‘T’表示材料的表型为耐低温;‘S’表示材料的表型为不耐低温;‘TT’表示纯合耐低温基因型;‘RR’表示纯合不耐低温基因型;‘TR’表示杂合耐低温基因型;‘*’表示无检测信号。
实施例2
与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP标记在分子标记辅助选择水稻耐低温植株中的应用
为检测本发明KASP_COLD1位点的实用性,利用耐低温水稻材料日本晴与不耐低温水稻材料明恢63杂交获得F1群体,通过F1天然自交产生F2自然分离群体48株,对分离群体进行KASP标记检测和表型验证(表2),标记检测和表型验证实施方法参考实施例1。通过对分离群体进行表型与基因型检测和分析,在48份分离群体单株中,仅4株基因型与表型结果不一致,标记KASP_COLD1与田间抗性的一致性结果为P=91.67%(一致性P=表型与基因型相符的植株数/总植株数*100%),表明标记KASP_COLD1在水稻耐低温植株筛选中具有较高的实用性。
表2.水稻分离群体的表型与基因型信息
注:表中‘T’表示材料的表型为耐低温;‘S’表示材料的表型为不耐低温;‘TT’表示纯合耐低温基因型;‘RR’表示纯合不耐低温基因型;‘TR’表示杂合耐低温基因型;‘*’表示无检测信号。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
序列表
1)
序列名称:SEQ ID No.1
序列类型:DNA
生物体名称:Artificial sequence
生物体中文名称:人工序列
gaaggtcggagtcaacggatt CCTTTCCAATGTTTTGATGTCCT
2)
序列名称:SEQ ID No.2
序列类型:DNA
生物体名称:Artificial sequence
生物体中文名称:人工序列
gaaggtgaccaagttcatgct CCTTTCCAATGTTTTGATGTCCYR
3)
序列名称:SEQ ID No.3
序列类型:DNA
生物体名称:Artificial sequence
生物体中文名称:人工序列
TGGCTTACAGGGAAATTGATGAA
4)
序列名称:SEQ ID No.4
序列类型:DNA
生物体名称:Oryza sativa
生物体中文名称:水稻
AATCCTCTCCATCTCCATTTTGGACAGAACAATTTTCTTTTTCTTAGCGA
TGCATGTCTCCATGGATTGCATGAGCTGCCTTTCCAATGTTTTGATGTCC
[T]
TTTCATCAATTTCCCTGTAAGCCAGGATTGGCACGCATAGCATAGAATT
AAACTGAAATCAAAGCACACTGTGTGGAAATACAACTTTTGAGAGAG
ATCAT
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
序列表
<110> 东北农业大学
<120> 水稻苗期耐低温基因COLD1的KASP标记开发及应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 44
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
gaaggtcgga gtcaacggat tcctttccaa tgttttgatg tcct 44
<210> 2
<211> 45
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
gaaggtgacc aagttcatgc tcctttccaa tgttttgatg tccyr 45
<210> 3
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
tggcttacag ggaaattgat gaa 23
<210> 4
<211> 202
<212> DNA
<213> 水稻(Oryza sativa)
<400> 4
aatcctctcc atctccattt tggacagaac aattttcttt ttcttagcga tgcatgtctc 60
catggattgc atgagctgcc tttccaatgt tttgatgtcc ttttcatcaa tttccctgta 120
agccaggatt ggcacgcata gcatagaatt aaactgaaat caaagcacac tgtgtggaaa 180
tacaactttt gagagagatc at 202
Claims (5)
1.水稻苗期耐低温基因COLD1的KASP标记开发,其特征在于:为一种鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性的方法,包括检测待测水稻的基因型,根据待测水稻的基因型鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性;所述基因型为水稻基因组中KASP_COLD1位点的基因型;所述记KASP_COLD1位点是水稻基因组中的一个SNP位点,其核苷酸种类为T或R,为序列表中SEQ ID No.4的第101位核苷酸。
2.根据权利要求1所述的鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性的方法,其特征在于:所述KASP_COLD1位点的基因型为TT基因型或者TR基因型时,水稻为耐低温或者候选为耐低温所述KASP_COLD1位点的基因型为RR基因型时,水稻为不耐低温或者候选为不耐低温;其中,所述TT基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为T的纯合型;所述RR基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为R的纯合型;所述TR基因型表示水稻基因组中所述KASP_COLD1位点的核苷酸种类为T和R的杂合型。
3.根据权利要求1所述的与水稻苗期耐低温基因COLD1紧密连锁的KASP标记开发的应用,其特征在于:(1)检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定水稻低温耐性中的应用;
(2)检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定耐低温水稻产品中的应用;
(3)检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在水稻辅助育种或制备水稻辅助育种产品中的应用;
(4)检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质在选育耐低温的水稻资源中的应用。
4.根据权利要求1-2中任一所述的方法、权利要求3所述的应用,其特征在于:所述检测检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质为如下D1)、D2)或D3):
D1)所述检测检测水稻基因组中KASP_COLD1位点的多态性或基因型的物质含有扩增包括所述KASP_COLD1位点在内的水稻基因组DNA片段的PCR引物;
D2)所述检测水稻基因组中KASP_COLD1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。
5.根据权利要求4所述的应用、方法,其特征在于: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22-44位的单链DNA、核苷酸序列是序列表中SEQ ID No.2的第22-44位的单链DNA和核苷酸序列是序列表中SEQ IDNo.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 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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-
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- 2022-06-30 CN CN202210760856.3A patent/CN115094157A/zh active Pending
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
田孟祥等: "水稻苗期耐低温基因COLD1 新功能标记的设计与验证", 作物杂志, 17 January 2020 (2020-01-17), pages 1 * |
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