棉花育種中SSR運(yùn)用研究范文

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重復(fù)DNA序列是真核基因組的一種完整的組成成分,分為分散的與串聯(lián)的重復(fù)兩種。分散重復(fù)的單元散布在整個(gè)基因組的許多位點(diǎn)上,而串聯(lián)重復(fù)的單元卻以首尾相接的方式在基因組上排列。根據(jù)組成串聯(lián)重復(fù)的單元的長(zhǎng)度、拷貝數(shù)及它們?cè)诨蚪M上的地位,可將其分為衛(wèi)星DNA(SatelliteDNA)、小衛(wèi)星DNA(MinisatelliteDNA)、微衛(wèi)星DNA(MicrosatelliteDNA)[1]等。微衛(wèi)星DNA是短的、串聯(lián)的簡(jiǎn)單重復(fù)序列(SimpleSequenceRe-peats,簡(jiǎn)稱SSR),其基本單元由1~6個(gè)核苷酸組成,在植物種間及居群間、個(gè)體間存在高度的多態(tài)性,且在特定位點(diǎn)上按孟德?tīng)柗绞椒蛛x,為一種共顯性的DNA分子標(biāo)記。棉花基因組中存在著豐富的SSR標(biāo)記,近年來(lái),SSR標(biāo)記以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),已被廣泛用于棉花的遺傳圖譜構(gòu)建、目標(biāo)基因定位、遺傳多樣性分析、種質(zhì)鑒定及分子標(biāo)記輔助選擇等方面的研究。

1SSR標(biāo)記的原理及特點(diǎn)

微衛(wèi)星DNA分布于基因組的不同位置上,由于串聯(lián)重復(fù)的數(shù)目是可變的而呈現(xiàn)出高度的多態(tài)性,SSR位點(diǎn)上等位基因長(zhǎng)度變異的產(chǎn)生和高度變化高變,是因?yàn)樵谥貜?fù)序列復(fù)制過(guò)程中DNA聚合酶的滑動(dòng)以及酶對(duì)被滑動(dòng)鏈的錯(cuò)誤修復(fù),而產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單位的插入或缺失。微衛(wèi)星位點(diǎn)兩側(cè)多是較為保守的單拷貝序列,因此根據(jù)兩端的序列,設(shè)計(jì)一對(duì)特異引物,對(duì)研究對(duì)象的基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,可擴(kuò)增出位于其間的核心微衛(wèi)星DNA序列,擴(kuò)增產(chǎn)物用高濃度的瓊脂糖凝膠或變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,從而對(duì)其多態(tài)性進(jìn)行分析。SSR標(biāo)記同其它分子標(biāo)記一樣,具有選擇中性的特點(diǎn),即隨機(jī)遺傳漂變而非選擇壓力在分子進(jìn)化中起主導(dǎo)作用,穩(wěn)定可靠。而SSR標(biāo)記又有著自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):在特定位點(diǎn)上按孟德?tīng)柗绞椒蛛x,呈現(xiàn)共顯性遺傳,能夠區(qū)分雜合體和純合體;在真核生物基因組中廣泛存在,多態(tài)性好,每個(gè)位點(diǎn)有多個(gè)等位基因形式;對(duì)DNA的質(zhì)量和數(shù)量要求不高,僅需微量組織,即使DNA部分降解,也能進(jìn)行有效的分析鑒定,操作簡(jiǎn)便快速。它較RAPD重復(fù)性好,又兼具AFLP的高效性和RFLP的共顯性,是目前較受歡迎的分子標(biāo)記技術(shù)[2]。但SSR標(biāo)記也有一定的局限性,必須事先知道微衛(wèi)星兩翼序列信息才能設(shè)計(jì)引物,對(duì)于許多物種需構(gòu)建文庫(kù),但對(duì)于主要農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物的基因組而言,可從互聯(lián)網(wǎng)上共享引物序列的寶貴資源。

2SSR標(biāo)記在棉花遺傳育種中的應(yīng)用研究

2.1棉花種質(zhì)資源的遺傳多樣性鑒定

遺傳多樣性是指生物種內(nèi)不同群體之間和群體內(nèi)不同個(gè)體之間遺傳變異的總和,是生物多樣性的基礎(chǔ)和重要組成部分,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人工馴化和定向培育,致使棉花栽培種的遺傳多樣性逐步喪失,而棉花野生種系等則有豐富的遺傳多樣性,含有可被棉花育種應(yīng)用的優(yōu)良基因。利用ssr引物對(duì)不同基因型的棉花種質(zhì)材料進(jìn)行擴(kuò)增,分析擴(kuò)增條帶的大小和數(shù)目的差異,通過(guò)聚類分析,估算遺傳距離,研究種質(zhì)資源的多樣性,對(duì)棉花育種中科學(xué)地配置雜交組合有著重要的指導(dǎo)意義。陳光等[3]用24對(duì)多態(tài)性SSR引物對(duì)45個(gè)國(guó)內(nèi)和8個(gè)國(guó)外的海島棉品種進(jìn)行多樣性研究,檢測(cè)到97個(gè)等位基因,聚類分析結(jié)果表明,這53個(gè)品種被分為兩大類,與系譜來(lái)源一致。武耀廷等[4]用48對(duì)SSR引物對(duì)30個(gè)棉花栽培品種和4個(gè)高優(yōu)勢(shì)雜交種的親本進(jìn)行了多態(tài)性篩選,有27對(duì)引物檢測(cè)到了多態(tài)性,用SSR3442、SSR2495、SSR3347和SSR1231標(biāo)記區(qū)分了湘雜2號(hào)、皖雜40、中棉所28、南抗3號(hào)的F1雜種和它們的親本以及其它栽培品種。賀道華等[5]選用均勻分布于棉花基因組的132個(gè)SSR標(biāo)記,對(duì)92份棉花品種(系)進(jìn)行分析,共擴(kuò)增出494條多態(tài)性帶,其中72個(gè)位點(diǎn)檢測(cè)出超出4個(gè)等位基因,8個(gè)位點(diǎn)未檢測(cè)出多態(tài)性,等位基因變異的多態(tài)性信息含量(PIC)在0.0100~0.8714之間,平均為0.5466。UPGMA聚類圖和系譜追溯結(jié)果顯示,這些品種資源的DNA聚類與其地理生態(tài)來(lái)源無(wú)關(guān),而與品種的親緣關(guān)系相關(guān)性較高,該群體存在較高程度的遺傳多樣性。用分布于全基因組的分子標(biāo)記分析的是總DNA水平的差異,其聚類結(jié)果更能真實(shí)的反映品種間的遺傳差異。龐朝友等[6]用37對(duì)多態(tài)性SSR引物和15個(gè)表型性狀對(duì)155份棉屬種間雜交漸滲系及其10份陸地棉親本進(jìn)行了聚類分析,聚類結(jié)果與種質(zhì)材料的系譜來(lái)源基本吻合,而表型性狀分析結(jié)果與系譜來(lái)源差異較大。張杰等[7]用87對(duì)多態(tài)性SSR和EST-SSR引物對(duì)57份棉屬種間雜交漸滲系及其6個(gè)代表性血緣親本進(jìn)行了鑒定分析,結(jié)果表明,漸滲系的SSR聚類與種質(zhì)材料的系譜來(lái)源也基本吻合,而和農(nóng)藝性狀的聚類結(jié)果相差很大。這些研究表明,SSR標(biāo)記分析更能反映棉花品種間的親緣關(guān)系,在種質(zhì)資源鑒定中有著重要作用。

2.2研究棉花遺傳圖譜的構(gòu)建和目標(biāo)基因的定位

分子標(biāo)記連鎖圖是直接基于DNA結(jié)構(gòu)上的遺傳變異而構(gòu)建的,具有標(biāo)記數(shù)量大,不受環(huán)境影響等特點(diǎn)。利用SSR標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行棉花的遺傳圖譜構(gòu)建和QTLs等目標(biāo)基因的定位,是該技術(shù)在棉花遺傳育種中的又一重要應(yīng)用。陳利等[8]用3458對(duì)SSR引物篩選出陸地棉中棉所35和渝棉1號(hào)間的173對(duì)多態(tài)性引物,構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜總長(zhǎng)1309.2cM,覆蓋棉花基因組的29.5%,包括148個(gè)標(biāo)記,36個(gè)連鎖群,在渝棉1號(hào)×中棉所35的F2和F2:3群體中共檢測(cè)到4個(gè)產(chǎn)量性狀QTLs和5個(gè)纖維品質(zhì)性狀QTLs,被定位于第7、15、21、9和20染色體上,為產(chǎn)量和纖維品質(zhì)輔助選擇提供了依據(jù)。劉曉杰等[9]用28對(duì)多態(tài)性SSR引物對(duì)陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1與棉花纖維突變體ligonlintless的雜交一代進(jìn)行分析,檢測(cè)出23個(gè)多態(tài)性位點(diǎn),用Joinmap3.0軟件繪制連鎖圖,將致使成熟的棉花長(zhǎng)纖維極度縮短的纖維突變體ligonlintless的Li基因連鎖定位在22號(hào)染色體上。范術(shù)麗等[10]用25個(gè)SSR標(biāo)記、35個(gè)RAPD標(biāo)記和13個(gè)SRAP標(biāo)記對(duì)短季棉中棉所36×TM-1的207個(gè)F2單株進(jìn)行作圖,得到總長(zhǎng)1174.0cM的遺傳連鎖圖譜,覆蓋棉花基因組的23.48%,檢測(cè)到與短季棉早熟性狀相關(guān)的12個(gè)QTLs,其中有8個(gè)成簇分布在LG1連鎖群上,為短季棉的早熟性遺傳改良奠定了基礎(chǔ)。

2.3SSR分子標(biāo)記輔助棉花育種

通過(guò)與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記,將目標(biāo)基因聚合在品種中,達(dá)到對(duì)目標(biāo)基因的選擇不受環(huán)境和生長(zhǎng)階段的影響,減少了選擇的盲目性,大大提高了育種效率。王芙蓉等[11]用SSR標(biāo)記對(duì)魯原343×魯棉研22號(hào)的F2群體進(jìn)行抗黃萎病性狀的定位分析,并用檢測(cè)到的與3個(gè)QTLs位點(diǎn)連鎖較緊密的SSR標(biāo)記對(duì)雜交后代F5進(jìn)行輔助鑒定,發(fā)現(xiàn)NAU751和BNL1395的抗性基因型均能顯著增加后代的黃萎病抗性,兩個(gè)標(biāo)記的抗性基因型聚合后,后代抗性水平顯著提高。石玉真等[12]用與已定位的高強(qiáng)纖維QTL緊密連鎖的2個(gè)SSR標(biāo)記,對(duì)兩套雜交組合的不同世代群體進(jìn)行分析研究,成功培育出纖維優(yōu)質(zhì)的株系。張麗娜等[13]用2個(gè)棉花耐鹽材料和2個(gè)鹽敏感材料,篩選出274對(duì)SSR多態(tài)性引物,其中10對(duì)引物在耐鹽性不同的材料中擴(kuò)增出差異性片段,為棉花耐鹽性的分子鑒定和育種提供了依據(jù)。

2.4研究棉花品種(雜種)純度鑒定

品種純度鑒定是良種繁育的重要內(nèi)容,利用分子標(biāo)記進(jìn)行種子純度鑒定,方便快速。由于SSR標(biāo)記呈現(xiàn)共顯性,利用雜交種親本在某些SSR位點(diǎn)上的差異,即可將親本與雜交種區(qū)分開(kāi),為雜交種的鑒定提供一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快捷的實(shí)用方法。李育強(qiáng)等[14]用19對(duì)多態(tài)性SSR引物,對(duì)長(zhǎng)江流域大面積推廣種植的湘雜棉系列及其中部分湘雜棉親本進(jìn)行擴(kuò)增,構(gòu)建了湘雜棉指紋圖譜,可很好地區(qū)分湘雜棉與父母本,并對(duì)未知種進(jìn)行了準(zhǔn)確的身份識(shí)別。許蘭杰等[15]用77對(duì)SSR引物篩選興雜2號(hào)雙親間的多態(tài)性引物,獲得了可準(zhǔn)確鑒別興雜2號(hào)及其親本間差異的4對(duì)SSR引物。付小瓊等[16]用SSR標(biāo)記篩選出了15對(duì)用于鑒定棉花雜交種中棉所72純度和真實(shí)性的SSR引物,為中棉所72的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。艾買提•圖如普等[17]用107對(duì)SSR引物在雜交種天云1號(hào)、天云3號(hào)及各自的親本中,篩選出8對(duì)用于鑒定這兩個(gè)雜交種的SSR標(biāo)記,可準(zhǔn)確的分別將其區(qū)分開(kāi)來(lái)。

3展望

SSR標(biāo)記技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),正在并將繼續(xù)在棉花遺傳育種中,發(fā)揮不可或缺的作用。各種DNA分子標(biāo)記技術(shù)的綜合運(yùn)用,并將生化標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、形態(tài)學(xué)標(biāo)記和傳統(tǒng)育種相結(jié)合,棉花遺傳育種研究才能更加穩(wěn)健快速地發(fā)展。