SSR分子标记的开发技术研究进展
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SSR分子标记鉴定两系杂交水稻“荃两优2118”的种子纯度水稻是我国主要的粮食作物之一,具有重要的经济和社会意义。
两系杂交水稻因其优势逐渐受到人们的关注和重视。
而种子的纯度是影响水稻产量和品质的重要因素之一。
本次研究利用SSR分子标记技术来鉴定两系杂交水稻“荃两优2118”的种子纯度,为提高水稻产量和优质水稻的培育提供技术支持。
一、研究背景种子纯度是影响农作物产量和质量的重要因素之一。
在水稻生产中,种子纯度的高低直接影响着水稻的产量和品质。
传统的种子纯度检测方法主要依赖于对种子形态特征的观察和人工筛选,存在识别精度不高、工作效率低等问题。
而SSR分子标记技术则能够通过对种子的DNA特征进行分析鉴定,具有鉴定精度高、快速、准确等优点,因此被广泛应用于作物品种鉴定和种子纯度检测等方面。
二、材料与方法本次研究选取了两系杂交水稻“荃两优2118”的种子作为研究材料,利用SSR分子标记技术对其进行种子纯度检测。
具体的研究方法包括:1. 提取种子DNA:利用CTAB法从“荃两优2118”水稻种子中提取DNA;2. SSR引物筛选:选取具有多态性的SSR引物用于种子纯度检测;3. PCR扩增:通过PCR技术扩增出SSR位点上的DNA片段;4. 电泳分析:对PCR扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳,分析SSR位点上的DNA片段。
三、结果与分析经过SSR分子标记技术鉴定,“荃两优2118”的种子纯度达到了90%以上。
具体结果如下:通过SSR引物筛选,共筛选出10对具有多态性的SSR引物。
然后,利用这10对引物对“荃两优2118”的种子进行PCR扩增,得到了多个SSR位点上的DNA片段。
通过电泳分析发现,“荃两优2118”的种子中SSR位点上的DNA片段均呈现出良好的多态性和清晰的条带,证明了种子的纯度较高。
四、结论与展望通过本次研究,利用SSR分子标记技术成功鉴定了两系杂交水稻“荃两优2118”的种子纯度,为水稻种子的纯度检测提供了一种快速、准确的方法。
辣椒EST-SSR标记的开发与应用的开题报告一、研究背景随着生态环境的恶化和气候变化的加剧,粮食生产的保障已成为世界各国面临的主要问题之一。
作为全球最大的农业生产国之一,中国在农业科技领域的研究一直处于全球领先水平。
然而,中国的农业生产中也存在一些问题,如农作物病虫害的防治难度加大、民间品种资源损失严重等。
而众所周知的是,中国的辣椒产业领先于全球,而辣椒病虫害也是该行业经常面临的挑战,因此,如何提高辣椒的耐病性、抗虫性、抗旱性等方面的农艺性状,成为提高辣椒品质、产量和农业可持续发展的重要途径。
基因编辑技术由于其可针对性强、效率高等优点,成为植物品种改良的研究热点之一。
带有正负选择标记的基因编辑技术可以直接实现目标基因的精确编辑,但同时还需设计适当的筛选方法来选择目标编辑体细胞中的突变基因。
基因标记技术可以通过标记特定的基因位点,从而实现对基因编辑体细胞的选育,提高编辑概率和筛选效率。
目前已有许多植物中的EST-SSR标记被开发出来,并应用于育种、基因图谱构建等方面。
因此,本研究拟对辣椒品种进行EST-SSR标记的开发,以实现辣椒优良品种的精确选育和育种技术的提高。
二、研究目的和内容本研究旨在开发辣椒EST-SSR标记,并应用该标记于辣椒品种的育种工作中,以实现辣椒的高效精准选育。
具体研究内容包括:1、建立辣椒品种的EST数据库和SSR标记库。
2、筛选和确定基因编辑所需的EST-SSR标记。
3、利用EST-SSR标记对辣椒品种进行育种。
4、评估育种效果和提高育种策略。
三、研究方法和流程1、实验材料本研究选取常用的辣椒品种作为实验材料,同时,选取适合EST-SSR标记开发的干旱逆境条件作为筛选条件。
2、建立EST数据库和SSR标记库采用转录组测序技术,对辣椒花、果皮等组织进行转录组测序,获得以Illumina HiSeq 2000平台生成的EST序列数据,并利用BLAST (version 2.2)软件将获得的序列比对到公共数据库中,从而建立辣椒品种的EST数据库。
ssr分子标记技术存在问题SSR(Single-Strand Conformation Polymorphism Analysis)分子标记技术是一种常用的分子生物学工具,用于检测DNA或RNA的序列变异。
然而,虽然SSR分子标记技术在许多领域都有着广泛的应用,但它也存在一些问题需要解决。
本文将探讨SSR分子标记技术存在的问题,并提出一些解决方案。
第一部分:介绍SSR分子标记技术首先,让我们简单介绍一下SSR分子标记技术。
SSR是指简单重复序列(Simple Sequence Repeats),也被称为微卫星序列,它是DNA 或RNA分子中短序列的重复单元。
SSR分子标记技术可以通过PCR扩增和凝胶电泳等方法来分析样品中这些重复序列的长度变异,从而研究基因型和表型之间的关系。
第二部分:SSR分子标记技术存在的问题然而,尽管SSR分子标记技术在基因型鉴定、种群遗传结构分析和品种选育等方面表现出了良好的应用前景,但它也存在以下几个问题:1. 数据分析复杂:SSR分子标记技术获得的数据通常需要进行复杂的分析,包括基因频率、遗传多样性等统计学参数的计算。
这对于非专业人士来说可能是一个挑战。
2. 缺乏标准化操作流程:不同实验室或研究机构之间使用的SSR分子标记技术操作流程可能存在差异,导致结果的可比性不高。
3. 多态性程度低:由于SSR分子标记技术只能分析简单重复序列,因此它对于复杂基因组的分析有一定局限性。
在某些物种中,SSR位点的多态性程度较低,导致分辨率不高。
第三部分:解决方案尽管SSR分子标记技术存在问题,但我们可以通过以下途径来解决这些问题:1. 开发简化的数据分析工具:研究人员可以开发易于使用且功能强大的数据分析工具,以简化SSR分子标记技术数据的处理过程,并提供可视化和统计学参数计算等功能。
2. 建立标准化的操作流程:国际间的合作可以制定和推广SSR分子标记技术的标准化操作流程,确保不同实验室或研究机构之间获得的结果具有可比性。
植株问密度的调节。
3.1.2实验材料的采集及样本处理样本的采集以建园无性系为单位,每个无性系采集一个单株,另外考虑到松类针叶中所含的多糖和次生代谢物(如酚,脂、菇等)会影响到DNA的提取质量,本试验选择的采集部位为当年新抽的嫩梢(2004年3月采集),约3~6∞长,每个无性系视嫩梢长度采集6~8条来代表该无性系基因型,共采集49个无性系。
同时,根据无性系在种子园内分布的情况,于2004年10月分别选出三棵无性系单株作为采种母树。
16#无性系作为采种母树的单株位于1大区20小区、22#无性系作为采种母树的单株位于1大区20小区、41#无性系作为采种母树的单株位于1大区19小区,分别从这三棵母树上采集球果若干。
将从三株母树上得到的种子分别按无性系置于培养皿中蒸馏水至少浸泡48个小时,然后摆放在发芽盒内,25℃光照培养箱中发芽,每天补水。
当幼苗长到大约5~6cm时取出,去除种壳和残余胚乳,将整株幼苗放入.70"(2冰箱中保存。
用种子发芽得到的整株幼苗(去除种壳和残余胚乳)中提取的DNA来代表子代基因型。
三棵母树的种子幼苗代表子代群体。
图1无性系种子FigAClonalseeds图3种子发芽2Fig.3Seedssprouting(2)图2种子发芽1Fig.2Seedssprouting(1)圈4畸形苗(1、2)和正常苗(3,4)Fig.4Monstersecdings‘1.2)andnormalseedings(3.4)3.2试验方法3.2.1DM的提取针对不同的材料分别用两种方法提取DNA:胚乳DNA的提取采用SDS法;嫩梢及整株幼苗总DNA的提取采用最简单的CTAB法。
擅越璧蕴趁苣旦△丝数理亟I.将约O.29材料放入1.5mlEppendorf管中,将塑料研磨棒插入Eppendorf管"(压紧植物材料),放入液氮中约1分钟;2.迅速研磨后,加入约5001.t1的1.5%CTAB提取缓冲液(75mMTfis.HCI(pH8.O)。
文章编号:1000-1573(2002)01-0090-05SSR 和ISSR 分子标记及其在植物遗传育种研究中的应用张立荣,徐大庆,刘大群(河北农业大学植保学院,河北保定071001)摘要:SSR(Si mple Seq uence Repeat)和ISSR (Inter-Si mple Seq uence Repeat)技术是在PCR 基础上发展起来的两种DNA 多态性检测技术,已开始应用于基因组研究的各个领域。
概述了SSR 、ISSR 反应的原理、特点,总结了其在植物亲缘关系和遗传多态性研究、DNA 指纹库的建立、遗传图谱的构建和基因定位及分子标记辅助育种等方面的应用,并肯定了SSR 、ISSR 在植物遗传育种领域的广阔应用前景。
关键词:SSR;ISSR;分子标记;遗传育种中图分类号:S 435 文献标识码:ASSR marker,ISSR marker and their applicationto plant genetics and breedingZHAN G L -i rong,XU Da -qing,LIU Da -qun(College of Plant Protection,Agricultural University of Hebei,Baoding 071001,China)Abstract:Simple sequence repeats (SSR)and Inter-simple sequence repeats (ISSR)are two kinds of DNA markers based on the polymerase chain reaction (PCR).They have been applied in many aspects of genome re -search.This paper has clarified the theories and characteristics of SSR as well as ISSR.The authers also sum -marized their applications in genetic polymorphisim and genetic relationship,establishment of DNA fingerprinting pool,construction of genetic map,gene localization and marker-aided selection.The two methods of DNA ec -ular marker open up broad prospec ts for the studies of plant genetics and breeding.Key words:SSR;ISSR;molecular marker;genetics breeding近年来,分子标记的研究与利用得到了迅速的发展。
SSR分子标记技术与作物QTL定位摘要:本文介绍了SSR分子标记技术及QTL定位的基本情况,探讨了SSR分子标记技术在作物数量性状基因座定位中的应用和分析方法,为分子辅助育种提供基础。
关键词:SSR标记;QTL定位作物的许多重要农艺性状如产量、品质和抗性等都是数量性状, 由多个基因控制, 表现为连续变异, 且易受环境影响, 相对于由单基因控制的质量性状而言,其遗传基础更为复杂。
鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异,并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。
经典的数量遗传学理论把控制数量性状的基因作为一个整体来研究,认为数量性状是由许多作用相等的微效基因共同影响, 通过建立遗传模型和估算遗传方差、遗传力和选择响应等统计参数来描述和预测数量性状的遗传规律。
许多经典的数量遗传学模型已经在育种实践中发挥了重要作用。
然而,在“微效多基因”理论中, 影响数量性状的具体基因永远不会被发现,数量性状变异的分子生物学机理更不会被阐明(Mauricio, 2001)。
随着生物技术的发展和分析方法的改进, 尤其是分子标记技术的出现,人们对于数量性状的认识从“多基因”发展到了数量性状基因座(quantitative trait loci,QTL)分析,从而对数量性状遗传机理的认识上升到了分子水平。
开展全面系统的QTL 定位,必须具备高密度的遗传连锁图和相应的统计分析方法、实验群体。
20 世纪80 年代以来, 发展的分子标记技术可以将控制某一数量性状的多个基因剖分开来, 将它们一一定位于染色体上,并进行各基因的单个效应及互作效应的估计。
这为深入研究数量性状的遗传规律及其操作创造了条件, 提高了植物育种中目标数量性状优良基因型选择的可能性、准确性及预见性。
作物的重要数量性状基因的发掘、定位及其在遗传育种中应用的流程如下图1所示。
1QTLs的初级定位控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(quantitative trait loci, QTL)。
园艺学报,2015,42 (2):341–349.Acta Horticulturae Sinicadoi:10.16420/j.issn.0513-353x.2014-0882;http://www. ahs. ac. cn 341刺梨转录组SSR信息分析及其分子标记开发鄢秀芹,鲁敏,安华明*(贵州大学农学院,贵州省果树工程技术研究中心,贵阳 550025)摘 要:利用MISA软件筛选刺梨(Rosa roxburghii Tratt)转录组测序获得的106 590条Unigene,共检测出21 711个SSR位点,分布于18 155条Unigene中,出现频率为20.37%,平均分布距离为1.68 kb。
优势重复基序为三核苷酸、四核苷酸和二核苷酸,分别占总SSR位点的26.87%、26.77%和24.93%。
AG/CT与AAG/CTT分别是二核苷酸与三核苷酸的优势重复基元,分别占总SSR重复类型的17.80%和11.55%。
以不同主导重复基元类型设计合成42对SSR引物,并以刺梨及其他蔷薇属种质的基因组DNA为模板对其有效性及通用性进行初步验证,筛选出具有清晰扩增产物的引物23对,并且均在同属材料中通用。
选取16份贵州刺梨资源对筛选出的引物进行多态性检测,获得12对具有多态性的引物。
以上结果表明,刺梨转录组测序产生的Unigene信息可作为开发SSR标记的有效来源,获得的大批量SSR标记可为刺梨及其近缘种的遗传多样性分析和遗传图谱构建提供更加丰富可靠的标记选择。
关键词:刺梨;SSR;转录组中图分类号:S 661.9 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2015)02-0341-09 Analysis on SSR Information in Transcriptome and Development of Molecular Markers in Rosa roxburghiiYAN Xiu-qin,LU Min,and AN Hua-ming*(College of Agriculture,Guizhou University,Guizhou Engineering Research Center for Fruit Crops,Guiyang 550025,China)Abstract:One hundred and six thousand five hundred and ninety unigenes from fruit transcriptome of Rosa roxburghii Tratt were screened using MISA software. A total of 21 711 SSRs that occurred in 18 155 unigenes were identified,and the frequency of these SSRs was 20.37% and mean distance was 1.68 kb in the unigenes. Trinucleotide,tetranucleotide and dinucleotide were major types,accounting for 26.87%,26.77% and 24.93%,respectively. AG/CT,AAG/CTT were respectively most frequent motifs in dinucleotide and trinucleotide repeats,accounting for 17.80% and 11.55%,respectively. Using the Primer 3.0,42 primers were designed and synthesized based on different dominant motifs types,and verified with R. roxburghii germplasms for validity and Rosa germplasms for transferability. The results showed that the products of 23 primers are clear and effective,23 pairs could be transferable to Rosa germplasms and 12 pairs were polymorphic among the 16 R. roxburghii germplasms. The results indicated that the unigenes generated from transcriptome sequencing in R. roxburghii can be used as an effective source to收稿日期:2014–11–13;修回日期:2015–01–22基金项目:国家自然科学基金项目(31360475);贵州省重大科技专项项目(黔科重大专项字20136006-1);贵州大学研究生创新基金项目(研农2014004)* 通信作者Author for correspondence(E-mail:anhuaming@)Yan Xiu-qin,Lu Min,An Hua-ming.Analysis on SSR information in transcriptome and development of molecular markers in Rosa roxburghii. 342Acta Horticulturae Sinica,2015,42 (2):341–349. development SSR markers. The large quantities of SSR markers will provide more reliable markers for map structure,analysis of genetic polymorphism for R. roxburghii and its closely related species.Key words:Rosa roxburghii;SSR;transcriptome简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)是一类由1 ~ 6个碱基组成的基元串联重复而成的DNA序列(Tautz,1989)。
!!收稿日期"!2006-03-09!!基金项目"!贵州省科技攻关项目 黔科合农社字 2002 1136号]!!作者简介"!朱!英 1977- 9女9研究实习员9从事贵州优质作物种质资源及重要功能基因的研究 !"通讯作者9li uzuo y i !y ahoo .co !文章编号"1001-3601 2006 增刊-0182-0093-03S SR 分子标记的发展及其在动植物遗传育种中的应用朱英1!2!陶刚1!3!刘作易1!4"1.贵州省农业生物技术重点实验室9贵阳550006S2.贵州省农业科学院生物技术研究所9贵阳550006S3.贵州省农业科学院植物保护研究所9贵阳550006S4.贵州省农业科学院9贵阳550006!!!摘!要"SSR 是建立在PCR 技术上的一种广泛应用的分子标记!本文对SSR 标记的发展"特点及其在遗传图谱的构建"品种鉴定和在动植物育种等方面的研究进展进行了概述#!关键词"SSR $分子标记$育种!中图分类号"@75#@78!文献标识码"ADeve l o p ment o f SSR Mar ker an d l t s A pp l i cati on i n pl antan d Ani mal gen e ti cs an d br eedi n 9Z HU Y i n g 1929TAO Gan g 1939LI U Zuo-y i 194" l .the k e y Labor at or y f or A g ricult ure B iot echnolo gy o f g uizhou 9g ui y an g 550006S 2.instit ut e o f B iot echnolo gy 9g uizhou Acade m y o f A g ricult ur al s ciences 9g ui y an g 550006S 3.instit ut e o f P l ant Prot ection 9g uizhou Acade m y o fA g ricult ur al s ciences 9g ui y an g 550006S 4.g uizhou Acade m y o f A g ricult ur al s ciences 9g ui y an g 5500069China !!Abstract C SSRS i m p l e S e C uence Re p eats is a cl assic techni C ue f or mol ecular m ar ker .The devel o p m ent and characteristic of t he SSR M ar ker was revi e wed 9and t he current research advance of g enetic m a pp i n g 9i dentificati on of vari et y and molecular m ar ker i n p lant and ani m al breedi n g were also discussed i n t his p a p er .Ke y words C S i m p l e S e C uence Re p eats SSR S mol ecular m ar ker S breedi n g !!在人类及动植物的基因组中9包括内含子 编码区及染色体上的任一区域9均存在着由1"6个核苷酸为基本重复单位的串联重复序列 si m p l e se-C uence re p eats9简称SSR 9又称微卫星DNA m i c-r osat ellit e DNA9其长度大多在100b p 以内 1]研究表明9在真核生物中大约每隔10"50kb 就存在1个微卫星 2]9其主要以2个核苷酸为重复单位9也有一些微卫星重复单位为3个核苷酸9极少数为4个核苷酸或更多9如 GA n AC n GAA n GA -TA n 等 人和动物中的微卫星重复单位主要为 TG 9植物基因组中 AT 重复较 AC 重复更为普遍3]而且从进化的角度看9物种间重复序列的差异是自然选择和生物对环境适应的结果9生物进化的水平越高9重复序列占DNA 总量的比重就越大9如噬菌体基因组中重复序列占10%9细菌为20%9酵母为30%9小麦为83%9在人的基因组中这一指数高达90% 4]SSR 较早应用于人类和哺乳动物的研究9既可作探针进行Sout her n 分析9又可根据其两侧独特的序列设计引物9进行PCR 扩增检测 近年来9SSR 已经成为构建遗传连锁图谱非常有效的分子标记 5"7]下面从SSR 分子标记的技术原理 发展以及在动植物遗传育种等方面的应用研究进展进行综述lSSR 标记技术的基本原理在真核生物的基因组中9因每个SSR 序列的基本单元重复次数在不同基因型间差异很大9从而形成其座位的多态性 而且每个SSR 座位两侧一般是相对保守的单拷贝序列9据此可设计引物9进行PCR 扩增9其关键是首先要了解SSR 座位两侧的核苷酸序列9寻找其中的特异保守区9这就是SSR 分子标记的基本原理 对于一个新物种9使用该技术的研究9具体技术路线是C 首先建立该物种的DNA 文库9筛选鉴定微卫星DNA 克隆9然后测定这些克隆的侧翼序列9也可通过Genbank E MBL 和DDBJ 等DNA 序列数据库搜索SSR 序列9再根据SSR 两侧序列在同一物种内高度保守的特性9设计一对特异性引物来扩增SSR 序列9再经聚丙烯酰胺凝胶电泳 染色9通过比较谱带的相对迁移距离9便可得到不同个体在某个SSR 座位上的多态性信息 图1 图28]A B C 分别为不同基因型图l SSR 多态性分析示意图!8"!贵州农业科学!2006934 增刊 C 93"95!Guizhou A g ricult ural S ci ences图2SSR座位及引物序列开发示意图!8"2SSR分子标记的发展和特点2.l发展分子标记是继形态标记\细胞标记和生化标记之后发展起来的一种较为理想的新的遗传标记形式9近年来发展非常迅速9如基于DNA-DNA杂交基础上的RFLP;基于PCR基础上的SSR\STS\ RAPD\I SSR等;基于PCR与限制性酶切技术结合基础上的AFLP\CAPS;基于单核苷酸多态性的SNP标记O对于基因型特殊的易于识别的表现形式9人们早期主要采用简单直观的形态标记9这种标记数量有限9所获信息量少9且易受环境因素的影响9遗传表达不稳定9可靠性较低O细胞标记和生化标记虽具有一定的多态性9但由于其标记数有限9不能满足种质资源鉴定和育种工作的需要9在遗传基础变异研究中的应用有很大局限性O分子标记是指以DNA多态性为基础的遗传标记9直接以DNA的形式出现9不受环境因素和其他因素的影响9且标记数量极多O目前9上述4种传统的分子标记方法综合效用大小应该是AFLP#SSR#RAPD#RFLP9 SSR技术是较为优秀的遗传标记技术之一O早期SSR技术是在人类基因组研究中发现的9它极其丰富9分布在整个基因组中O之后9对这种DNA类型在人类和动物\植物中的分布做了大量研究9发现这种短的\串联的简单重复序列在真核生物中普遍存在O20世纪70年代初9Ski nner等在寄居蟹中识别了卫星DNA的重复序列O80年代9人们发现真核生物基因中普遍存在由2"4个核苷酸组成的简单重复序列9这些序列由于重复次数不同而造成序列长度的多态性O80年代末期9Londit等首先对玉米和热带树种中的微卫星进行了研究9发现在植物系统中存在丰富的微卫星9随后又对农作物如大豆\玉米\水稻\拟南芥等进行分析9结果表明这种大量重复序列是真核生物基因组中广泛存在的O 植物基因组中一般含有50%以上重复序列9有的可高达80%"90%O90年代9SSR技术在DNA指纹图谱的研究中逐渐推广O L i eckf el dt等<1993>第一次报道了用SSR作为单引物对酵母组的扩增O目前9SSR技术在基因定位\品种鉴定\农作物育种等方面发展迅速O2.2特点SSR在群体中通常具有很高的多态性9而且一般为共显性9是一类很好的分子标记[399"12]O具有以下特点:<1>均匀\随机\广泛地分布于动植物基因组中9数量丰富9覆盖整个染色体组;<2>每个位点均有许多等位形式9多态性丰富9信息含量高;<3>以孟德尔方式遗传9呈共显性9能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型9提供完整的遗传信息;<4>易于利用PCR技术分析9对DNA质量要求低\用量少9不需使用同位素9即使是部分降解的样品也可进行分析;<5>实验程序简单9耗时短9结果重复性好;<6>每个位点由引物序列顺序决定9便于各实验室交换数据;<7>筛选重复序列和引物设计过程较慢9开发成本高9但只要确定了引物9结果稳定O3SSR分子标记在动植物遗传育种中的应用随着分子标记技术的不断改进和完善9尽管出现了诸如AFLP\I SSR\SCARE\STS等新的标记9但SSR标记因其本身所具有的特点而得到了广泛应用9在遗传连锁图绘制\资源及品种鉴定\动植物分子标记辅助选择育种研究等领域中都有着重要的应用价值O3.l构建遗传连锁图谱遗传图谱广泛应用于基因结构\功能\进化\质量性状\孟德尔方式遗传的数量性状基因的鉴定等方面的研究O SSR是一种共显性标记9它的主要用途是遗传作图9由于其多态性好9对构建高密度的遗传图谱非常有用O D i etri ch等<1996>构建了一张含有7377个遗传标记的小鼠连锁图9其中有6580个是SSR分子标记[13];D i b等构建了含有5264个SSR标记的人类连锁图[14]9P il anen等利用三个多态的微卫星位点研究9分析出了选育30多年的2个德国牧羊犬亚群<GS-A\GS-B>的差异9发现用微卫星位点揭示的差异大于以前用同功酶揭示的差异O M ori n等用人源微卫星位点来检查自由生活状态下的黑猩猩种群的亲缘关系\社会结构和父子关系9使其得以验证种群内关于亲缘关系的假说O迄今已有约8000个基因座的高饱和人类SSR遗传图谱构建完成[3915"18]O在植物中9大麦[19]\水稻[20]\玉米[21]\拟南芥[22]等9越来越多的SSR位点已被标记在分子连锁图上O3.2绘制品种#品系的指纹图谱指纹图谱技术在监测良种质量<真假杂种和纯度>9防止伪劣种子流入市场9保护我国名\优\特种质及育成品种的知识产权和育种家的权益方面9均具有重要意义O Aka g i等利用高度多变的含<AT>n 的17个微卫星标记9成功地区分了59个亲缘关系极近的粳稻品种[23];M il g r oo m的研究发现9<GA-TA>4用于油菜不仅能检测出油菜品种间的差异9而且可以检测出同一品种内不同单株间的细微差异[24]O张学勇等对所收集的4万余份小麦品种9利用小麦谷蛋白指纹图谱和以SSR分子标记技术绘制的DNA指纹图谱构建了中国小麦核心种质库O 用各种重复序列和重复单位数目不同的SSR作探针的DNA指纹9既可用来鉴定品种9又可估计不同品种间的遗传距离O49贵州农业科学2006934卷3.3辅助育种分子标记辅助育种<mol ecul ar m ar ker assi st ed sel ecti on简称MAS>采用现代分子生物学与传统遗传育种相结合借助分子标记对育种材料从DNA 水平上进行选择从而达到作物产量~品质和抗性等综合性状的高效改良这是该标记在动植物育种方面最重要的应用Yu等<1994>在大豆中找到了与抗大豆花叶病毒基因<Rsv>紧密连锁的SSR标记Sm176遗传距离为0.5c m用Sm176检测了<感X 抗>F2107株个体和其它一系列具Rsv等位基因的近等基因系材料进一步验证Rsv具有多个等位基因点25]Zhan g等用SSR分子标记来预测和估计杂种优势26]目前SSR在小麦基因定位分析上得到了广泛应用通过分离群体分组分析<Bul ked se g-re g ant anal y si s BSA>和近等基因系分析<Near i so-g eni c li nes anal y si s N I L>的方法利用SSR标记技术已对小麦矮秆基因~抗条锈基因~抗叶锈基因~抗白粉病基因和抗蚜虫基因进行了鉴定和定位27]4展望分子标记的问世和发展为定向地对动植物进行遗传操作和改良提供了可能成为分子生物学和动植物遗传学研究中的有力手段由于SSR分子标记具有其自身的优势如多态性较高~等位基因数目多~呈共显性遗传操作过程中PCR技术的方便性使其表现出更大的优势实验进程快速高效结果稳定可靠可提供的多态性信息量较高因此被广泛应用于多方面的研究SSR分子标记除了应用在动植物辅助遗传育种方面外还在基因定位~克隆~人类疾病诊断及预测~亲权分析~进化研究等领域均有重要的应用价值目前已知有12种以上的人类遗传疾病如肯尼迪综合症~肌强直性营养不良~亨廷顿病~I型脊髓小脑共济失调症~脆性X综合症等都与微卫星序列的突变有关但是SSR分子标记在应用方面如果要克隆足够数量的SSR并对其进行测序和设计引物没有足够的投资~人力和时间是不可能实现的因此该技术的进一步应用受到了一定的限制但是在自然界的进化过程中各物种的基因组间仍存在相当大的相似性完全可以利用这一特点开发出可以在近缘种或不同科的物种间共用的SSR引物这对SSR标记的发展应用将是一个新的突破将会使SSR分子标记应用范围更广~更简便!参考文献"1]Ha m ada H.A novel re p t ead el e m eat w it h Z-DNA-f or m i n g p ot enti al i s w i del y f ound i n evol uti onaril y di verse eukar y oti cg eno m es J].Pr oc Natl A cad S ci USA1982<79>:6465-6469.2]T autz D.H yp er vari abilit y of si m p l e se C uence as a g eneral source f or p ol y mor p hi c DNA m ar kers J].Nucl ei c A ci dResearch1989<17>:6463-6471.3]何平.真核生物中的微卫星及应用J].遗传199820<4>: 42-47.4]张学勇李大勇.小麦及其近亲基因组中的DNA重复序列研究进展J].中国农业科学200033<5>:14-24.5]Hazan J Duba y C Panko w i ak M C et al.A g eneti c li nka g e m a p of hu m an chr o moso m e20co m p osed entirel y of m i cr osat-ellit e m ar kers J].G eno m i cs1992<12>:183-189.6]W ei ssenbach J G y o p a y J D i b C et al.A second g enerati on li nka g e m a p of t he hu m an g eno m e J].Nat ure1993<359>: 794-801.7]Co p el and N G Jenki ns N A G il bert D J et al.A g eneti c li nka g e m a p of t he mouse:Current a pp li cati ons and f ut ure p r os p ects J].S ci ence1993<262>:57-66.8]方宣钧吴为人唐纪良.作物DNA标记辅助育种M].北京:科学出版社2001.9]M c Couch S R Chen X Panaud O T e mn y kn S Xu Y Cho Y G Huan g N Ishii T B l air M.M i cr osat ellit e m ar ker de-vel o p m ent m a pp i n g and a pp li cati ons i n ri ce g eneti cs and breedi n g J].P l ant M ol B i ol1997<35>:89-99.10]杨官品S a g hai M ar oof M A张启发等.水稻一多拷贝微卫星DNA多态性分析J].遗传199820<2>:27-30.11]李云海肖晗张春庆等.用微卫星DNA标记检测中国主要杂交水稻亲本的遗传差异J].植物学报199941<10>: 1061-1066.12]刘峰东方阳邹继军等.应用微卫星标记进行大豆种质多样性和遗传分析J].遗传学报200027<7>:628-633.13]D i etri ch W F M ill er J C.A co m p rehensi ve g eniti ve m a p of t he mouse g eno m e J].Nat ure1996<380>:149-152.14]D i b C.A co m p rehensi ve g eneti c m a p of t he hu m an g eno m e based on5264m i cr osat ellit es J].Nat ure1996<380>:152-154.15]贺林.解码生命人类基因组计划和后基因组计划M].北京:科学出版社2000.16]张艳张树义.微卫星方法简介J].动物学杂志199934<2>:42-44.17]冯宗云张义正凌宏清.大麦基因组中微卫星标记及其应用J].遗传200224<6>:727-733.18]况少青傅刚陈竺.微卫星标记分析在人类基因组多样性研究中的应用J].国外医学遗传学分册199720<1>:5-8. 19]S a g hai-MARoof M A S B i y ashe y R M Yan g G P et al.EXtraor di naril y p ol y mor p hi c m i cr osat ellit e DNA i n barl e y: s p eci es di versit y chr o moso m al l ocati ons and p o p ul ati on d y-na m i cs J].Pr oc Natl A cad S ci1994<91>:5466-5470.20]W u K S T anksl e y S D.Abundance p ol y mor p hi s m s and g e-neti c m a pp i n g of m i cr osat ellit es i n ri ce J].M ol e Gen Genet1993<241>:225-235.21]S eni or M L Heun.M a pp i n g m aize m i cr osat ellit es and p ol y-m erase chai n reacti on confir m ati on of t he t ar g et ed re p eats u-si n g act p ri m er J].G eno m e1993<36>:884-889.22]Bell C J Ecker J H.A ssi g n m ent of30m i crlsat ellit e l oci t o t he li nka g e m a p of A rabi do p si s J].G eno m i cs1994<19>:137-144.23]Aka g i H.H i g hl y p ol y mor p hi c m i cr osat ellit e of consi st of AT re p eats and a cl assifi cati on of cl osel y rel at ed culti vars w it h t hese m i cr osat ellit e l oci J].Theor A pp l Genet1997<94>:61-67.24]贾继增.分子标记种质资源鉴定和分子标记育种J].中国农业科学199629<4>:1-10.25]Yu Y G.RFLP and m i cr osat ellit e m pp i n g of a g ene f or so y-bean mosai c vir us resi st anse J].Ph y t o p at hol o gy1994<84>: 60-64.26]Zhan g@F.A di all el anal y si s of het er osi s i n elit e h y bri d ri ce based on RFLPs and m i cr osat ellit es J].Theor A pp l Genet1994<89>:185-192.27]郭瑞星刘小红荣廷昭等.植物SSR标记的发展及其在遗传育种中的应用J].玉米科学200513<2>:8-11.!责任编辑"杨!林#59!增刊朱!英等!SSR分子标记的发展及其在动植物遗传育种中的应用SSR分子标记的发展及其在动植物遗传育种中的应用作者:朱英, 陶刚, 刘作易, ZHU Ying, TAO Gang, LIU Zuo-yi作者单位:朱英,ZHU Ying(贵州省农业生物技术重点实验室,贵阳,550006;贵州省农业科学院,生物技术研究所,贵阳,550006), 陶刚,TAO Gang(贵州省农业生物技术重点实验室,贵阳,550006;贵州省农业科学院,植物保护研究所,贵阳,550006), 刘作易,LIU Zuo-yi(贵州省农业生物技术重点实验室,贵阳,550006;贵州省农业科学院,贵阳,550006)刊名:贵州农业科学英文刊名:GUIZHOU AGRICULTURAL SCIENCES年,卷(期):2006,34(z1)被引用次数:4次1.Hamada H A novel reptead elemeat with Z-DNA-forming potential is widely found in evolutionarily diverse eukaryotic genomes 1982(79)2.Tautz D Hypervariability of simple sequence as a general source for polymorphic DNA markers1989(17)3.何平真核生物中的微卫星及应用[期刊论文]-遗传 1998(04)4.张学勇;李大勇小麦及其近亲基因组中的DNA重复序列研究进展[期刊论文]-中国农业科学 2000(05)5.Hazan J;Dubay C;Pankowiak M C A genetic linkage map of human chromosome 20 composed entirely of microsatellite markers[外文期刊] 1992(12)6.Weissenbach J;Gyopay J;Dib C A second generation linkage map of the human genome[外文期刊]1993(359)7.Copeland N G;Jenkins N A;Gilbert D J A genetic linkage map of the mouse:Current applications and future prospects 1993(262)8.方宣钧;吴为人;唐纪良作物DNA标记辅助育种 20019.McCouch S R;Chen X;Panaud O;Temnykn S, Xu Y, Cho Y G, Huang N, Ishii T, Blair M Microsatellite marker development,mapping and applications in rice genetics and breeding 1997(35)10.杨官品;Saghai Maroof M;张启发水稻一多拷贝微卫星DNA多态性分析[期刊论文]-遗传 1998(02)11.李云海;肖晗;张春庆用微卫星DNA标记检测中国主要杂交水稻亲本的遗传差异[期刊论文]-植物学报 1999(10)12.刘峰;东方阳;邹继军应用微卫星标记进行大豆种质多样性和遗传分析[期刊论文]-遗传学报 2000(07)13.Dietrich W F;Miller J C A comprehensive genitive map of the mouse genome[外文期刊] 1996(380)14.Dib C A comprehensive genetic map of the human genome based on 5264 microsatellites[外文期刊] 1996(380)15.贺林解码生命-人类基因组计划和后基因组计划 200016.张艳;张树义微卫星方法简介[期刊论文]-动物学杂志 1999(02)17.冯宗云;张义正;凌宏清大麦基因组中微卫星标记及其应用[期刊论文]-遗传 2002(06)18.况少青;傅刚;陈竺微卫星标记分析在人类基因组多样性研究中的应用 1997(01)19.Saghai-MARoof M A S;Biyashey R M;Yang G P Extraordinarily polymorphic microsatellite DNA in barley:species diversity,chromosomal locations,and population dynamics 1994(91)20.Wu K S;Tanksley S D Abundance polymorphisms and genetic mapping of microsatellites in rice1993(241)21.Senior M L Heun Mapping maize microsatellites and polymerase chain reaction confirmation of the targeted repeats using act primer 1993(36)。
文章编号:1001-4829(2002)04-0106-04
收稿日期:2002-09-23
作者简介:唐荣华(1965-),男,广西人,副研究员,在职博士生。主要从事生物工程及经济作物研究。
SSR分子标记的开发技术研究进展唐荣华1,张君诚2,吴为人2(11广西农业科学院经济作物研究所,广西南宁 530007;21福建农林大学作物科学学院,福建福州 350002)摘 要:综述简单重复序列标记(SSR)的特点及在作物遗传图谱构建、品种鉴定及分子标记辅助育种等方面的应用价值。重点描述开发SSR标记的两种方法的基本原理和主要步骤,一种是通过克隆酶切片段和大量测序寻找SSR标记的传统方法,一种是应用SAGE原理不需要克隆的STMP技术。介绍这两种方法在创建小麦或大豆SSR标记中的应用。它们都能有效地开发可扩增出特定位点SSR的PCR引物。关键词:SSR;分子标记;引物开发中图分类号:S188 文献标识码:A
ProgressinthewaytodevelopSSRmolecularmarkerTANGRong2hua1,ZHANGJun2cheng2,WUWei2ren2(1.ResearchInstituteofCashCrops,GuangxiAcademyofAgriculturalSciences,NanningGuangxi530007,China;2.CollegeofCrop
Science,FujianAgriculture&ForestryUniversity,FuzhouFujian350102,China)
Abstract:Thecharacteristicsofsimplesequencerepeats(SSR)anditsimportanceingeneticmapping,varietyidentifyingandmolecularmarker2assistantbreeding,etc,arediscussedinthisarticle.AndtwowayswhichcandevelopSSRmolecularmarkerswiththeirbasicprinci2plesandmainstepsarealsoshowninthisarticle.Oneisthetraditionalwaywhichneedsagreatnumberofcloningofenzyme2cutDNAfragmentsandagreatdealofsequencing,theanotherisanewwaywhichcaneliminatethecloningstepandcanreducemuchmoreworkofsequencingbythebasicprincipleofserialanalysisofgeneexpression(SAGE).TheutilityofthesetwowaysinthedevelopmentofbreadwheatorsoybeanSSRisshown.TheresultsshowedthattheywereeffectiveinthedesigningofPCRprimerstoamplifylocus2specificSSR.Keywords:SSR;molecularmarker;primerdevelopment
所有真核基因组中均含有一类DNA碱基序列,被称为微卫星(LITTandLUTY1989)[1]或简单重复序列(SSRs)(TAUTZetal.1986)[2],它们均由1~6个碱基组成的基本序列串连而成,不同等位基因间的重复数存在丰富的差异,因而是许多真核基因组中普遍存在的遗传标记来源(WANGetal.1994)[3]。微卫星分析的主要技术是聚合酶链式反应(PCR),比之限制性片段长度多态性(RFLP)分析容易得多,而且易于分析自动化。在植物当中,微卫星已被证明在很多物种中是高信息量的,并且是位点特异的分子标记(CONDITandHUBBELL1991,PROVANetal.1996,SMULDERSetal.1997)[4~6]。由于微卫星可在多个等位基因间显示差异,因而在作物的遗传图谱构建,遗传多样性发析,亲缘关系鉴定,
DNA指纹图谱构建,品种鉴定,QTL分析及分子辅助育种中均具有公认的优越性及应用前景。这一分子标记的特殊性及重要性在于其有以下特征:①均匀,随机,广泛地分布于水稻、大麦、小麦、大豆等多种作物基因组中。②SSR序列的两侧顺序常较保守,在等位基因间多相同。③多数SSR无功能作用,增加或减少几个重复序列的重复数不影响生物的正常生长发育,因而在品种间具广泛位点变异,比RFLP及RAPD分子标记更具多态性,尤其对花生、六倍体小麦等用常见分子标记技术检测不出很多DNA片段多态性的作物品种来说,具有更大的研究价值和应用前景。④呈孟德尔式遗传,共显性,因而对个体鉴定具特殊意义。⑤仅需微量组织,即便DNA降解,也能有效地分析鉴定。⑥虽然开始筛选
601西 南 农 业 学 报SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences 2002年15卷4期Vol115 No14重复序列和引物设计过程较慢,但只要确定了引物,
结果稳定。SSR分子标记的开发就是检测出SSR两侧的核苷酸序列作为设计PCR扩增引物的根据,以便在不同品种或不同个体间扩增出多态性SSRDNA片段。本文重点介绍创建SSR标记的常规技术和一种新的改良技术,并以面包小麦为例介绍其应用效果,对其应用前景作一分析。1 常规SSR分子标记开发技术111 基因组文库的构建对提取的基因组DNA进行酶切。酶切一般用两种限制性内切酶,一种是识别位点为6个碱基,如EcoRI(G/AATTC),BamHI(G/GATCC)或者RstI(CT2GCA/G),其中PstI是一种对CNG甲基化敏感的酶,如果识别位点的胞嘧啶被甲基化,则不能切割,可用于特异切割有转录活性的DNA区域;另一种的识别位点为4个碱基,如MboI(/GATC),Sau3A(/GATC)。由于酶切位点较识别位点为6个碱基的内切酶多,因而可得到较小的DNA片段。酶切后的片段在1%琼脂凝胶电泳分离。切下大小为2~5kb或更小的片段,用GenecleanⅡ(Bio101Inc)试剂盒纯化。纯化的片段连接到λ载体如LambdaZapⅡ(Stratagene,LaJolla,CA),Bluescript(Stratagene)等载体上,转化大肠杆菌,如XL22Blue菌株,将转化后的大肠杆菌涂布于含青霉素(100mg/L),X2gal(40μg/L),IPTG(400mg/L)的LB选择培养基上,以便判断连接,转化效果及对克隆的选择。112 带有微卫星克隆的识别和筛选人工合成带放射性同位素或化学发光物质标记的与SSR互补的探针,然后与文库中各个克隆的DNA杂交,鉴定出含有SSR的克隆。需要2~3次重复鉴定以确定目的文库。113 测序筛选出的带SSR序列克隆在作序列分析之前进行预处理:将单个克隆经12h(37℃)液体LB摇动培养后,用QIAwellPlasmidKit(QiagenInc.)分离和提取带插入序列质粒,用作序列分析。序列分析采用ABIdRhodaminesequencingkit,先作PCR反应,经沉淀及变性后在自动的激光荧光DNA测序仪(Pharmacia)上测序。114 引物设计目前多数使用PRIMER015计算机软件(WhiteheadInstitute,Camridage,MA02142)选择引物,主要参数因不同作物和SSR类型而异。一般为:引物长度18~30bp,产物的长度为80~300bp,PCR反应的退火温度为40~60℃。引物3’端有1~2G/C核苷酸,单个引物少于3个核苷酸的互补,
两个引物之间少于连续3个核苷酸的配对,以防止PCR时引物形成二聚物及发夹结构而影响扩增物的产量。115 检测所设计的引物必须经过PCR在对应克隆和基因组DNA中扩增出预计产物才能成为可用的SSR
标记引物。剔除那些两个反应产物片段大小不一致,或非期望片段大小,或有多个片段的引物。MarionS.Rder等[7]利用该技术从含有A、B、
D三个染色体组的六倍体面包小麦基因组中开发出230对微卫星引物,可扩增出279个微卫星。大多数引物对都是基因组特异的,并在三个染色体组之一中只扩增出一个微卫星,只有20%的标记可检测到一个以上的位点。并把93个位点定位到A染色体,115个定位到B染色体组,71个定位到D染色体组。这些标记在连锁图上是随机分布的,但在几个着丝点区域有聚集现象。小麦微卫星的二核苷酸主要重复单位有AG,CA,TA,TC,GT。在大豆中已开发出900多个SSR标记,约700个SSR标记的引物选择设计在(ATT)n两侧,约200个SSR标记的引物选择设计在(CT)n两侧,约30个SSR标记的引物选择设计在(AT)n及其它类型两侧。由于要建基因组文库,并需要对每个克隆进行SSR筛选和鉴定,工作量非常大,找到一个有功能的SSR需要花费大量的人力物力,也需要花费大量的时间,影响了该方法的推广普及。
2 序列标签微卫星整合技术如果在SSR开发过程中省去基因组文库的构建和克隆的筛选,并能在每个克隆质粒的一次测序中获得多个SSR位点的信息,那将会节省大量的费用和时间。M.J.HaydenandP.J.Sharp采用一种新的分子生物学技术———基因表达系列分析(SAGE)原理,构建序列标签文库,用于在目的基因组内进行SSR位点的快速鉴定,从中可开发出微卫星标记。基本原理和具体步骤如下:
(1)基因组DNA酶切:用两种限制性内切酶
(如MseI和PstI)酶切,产生带粘性末端的DNA片
段。(2)连接接头:用T4DNA连接酶把MseI和
PstI两种接头分别连接到所获得的DNA片段上,用QiaQuickPCR纯化试剂盒(Qiagen)纯化连接上接头的DNA片段,并用核酸外切酶Ⅲ处理,降解掉接头未完全接好的DNA片段。
7014期唐荣华等:SSR分子标记的开发技术研究进展