棉花育种中SSR运用研究范文

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重复DNA序列是真核基因组的一种完整的组成成分,分为分散的与串联的重复两种。分散重复的单元散布在整个基因组的许多位点上,而串联重复的单元却以首尾相接的方式在基因组上排列。根据组成串联重复的单元的长度、拷贝数及它们在基因组上的地位,可将其分为卫星DNA(SatelliteDNA)、小卫星DNA(MinisatelliteDNA)、微卫星DNA(MicrosatelliteDNA)[1]等。微卫星DNA是短的、串联的简单重复序列(SimpleSequenceRe-peats,简称SSR),其基本单元由1~6个核苷酸组成,在植物种间及居群间、个体间存在高度的多态性,且在特定位点上按孟德尔方式分离,为一种共显性的DNA分子标记。棉花基因组中存在着丰富的SSR标记,近年来,SSR标记以其独特的优势,已被广泛用于棉花的遗传图谱构建、目标基因定位、遗传多样性分析、种质鉴定及分子标记辅助选择等方面的研究。

1SSR标记的原理及特点

微卫星DNA分布于基因组的不同位置上,由于串联重复的数目是可变的而呈现出高度的多态性,SSR位点上等位基因长度变异的产生和高度变化高变,是因为在重复序列复制过程中DNA聚合酶的滑动以及酶对被滑动链的错误修复,而产生的一个或多个重复单位的插入或缺失。微卫星位点两侧多是较为保守的单拷贝序列,因此根据两端的序列,设计一对特异引物,对研究对象的基因组DNA进行PCR扩增,可扩增出位于其间的核心微卫星DNA序列,扩增产物用高浓度的琼脂糖凝胶或变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,从而对其多态性进行分析。SSR标记同其它分子标记一样,具有选择中性的特点,即随机遗传漂变而非选择压力在分子进化中起主导作用,稳定可靠。而SSR标记又有着自身独特的优势:在特定位点上按孟德尔方式分离,呈现共显性遗传,能够区分杂合体和纯合体;在真核生物基因组中广泛存在,多态性好,每个位点有多个等位基因形式;对DNA的质量和数量要求不高,仅需微量组织,即使DNA部分降解,也能进行有效的分析鉴定,操作简便快速。它较RAPD重复性好,又兼具AFLP的高效性和RFLP的共显性,是目前较受欢迎的分子标记技术[2]。但SSR标记也有一定的局限性,必须事先知道微卫星两翼序列信息才能设计引物,对于许多物种需构建文库,但对于主要农作物和经济作物的基因组而言,可从互联网上共享引物序列的宝贵资源。

2SSR标记在棉花遗传育种中的应用研究

2.1棉花种质资源的遗传多样性鉴定

遗传多样性是指生物种内不同群体之间和群体内不同个体之间遗传变异的总和,是生物多样性的基础和重要组成部分,经过长期的人工驯化和定向培育,致使棉花栽培种的遗传多样性逐步丧失,而棉花野生种系等则有丰富的遗传多样性,含有可被棉花育种应用的优良基因。利用ssr引物对不同基因型的棉花种质材料进行扩增,分析扩增条带的大小和数目的差异,通过聚类分析,估算遗传距离,研究种质资源的多样性,对棉花育种中科学地配置杂交组合有着重要的指导意义。陈光等[3]用24对多态性SSR引物对45个国内和8个国外的海岛棉品种进行多样性研究,检测到97个等位基因,聚类分析结果表明,这53个品种被分为两大类,与系谱来源一致。武耀廷等[4]用48对SSR引物对30个棉花栽培品种和4个高优势杂交种的亲本进行了多态性筛选,有27对引物检测到了多态性,用SSR3442、SSR2495、SSR3347和SSR1231标记区分了湘杂2号、皖杂40、中棉所28、南抗3号的F1杂种和它们的亲本以及其它栽培品种。贺道华等[5]选用均匀分布于棉花基因组的132个SSR标记,对92份棉花品种(系)进行分析,共扩增出494条多态性带,其中72个位点检测出超出4个等位基因,8个位点未检测出多态性,等位基因变异的多态性信息含量(PIC)在0.0100~0.8714之间,平均为0.5466。UPGMA聚类图和系谱追溯结果显示,这些品种资源的DNA聚类与其地理生态来源无关,而与品种的亲缘关系相关性较高,该群体存在较高程度的遗传多样性。用分布于全基因组的分子标记分析的是总DNA水平的差异,其聚类结果更能真实的反映品种间的遗传差异。庞朝友等[6]用37对多态性SSR引物和15个表型性状对155份棉属种间杂交渐渗系及其10份陆地棉亲本进行了聚类分析,聚类结果与种质材料的系谱来源基本吻合,而表型性状分析结果与系谱来源差异较大。张杰等[7]用87对多态性SSR和EST-SSR引物对57份棉属种间杂交渐渗系及其6个代表性血缘亲本进行了鉴定分析,结果表明,渐渗系的SSR聚类与种质材料的系谱来源也基本吻合,而和农艺性状的聚类结果相差很大。这些研究表明,SSR标记分析更能反映棉花品种间的亲缘关系,在种质资源鉴定中有着重要作用。

2.2研究棉花遗传图谱的构建和目标基因的定位

分子标记连锁图是直接基于DNA结构上的遗传变异而构建的,具有标记数量大,不受环境影响等特点。利用SSR标记技术进行棉花的遗传图谱构建和QTLs等目标基因的定位,是该技术在棉花遗传育种中的又一重要应用。陈利等[8]用3458对SSR引物筛选出陆地棉中棉所35和渝棉1号间的173对多态性引物,构建的遗传连锁图谱总长1309.2cM,覆盖棉花基因组的29.5%,包括148个标记,36个连锁群,在渝棉1号×中棉所35的F2和F2:3群体中共检测到4个产量性状QTLs和5个纤维品质性状QTLs,被定位于第7、15、21、9和20染色体上,为产量和纤维品质辅助选择提供了依据。刘晓杰等[9]用28对多态性SSR引物对陆地棉遗传标准系TM-1与棉花纤维突变体ligonlintless的杂交一代进行分析,检测出23个多态性位点,用Joinmap3.0软件绘制连锁图,将致使成熟的棉花长纤维极度缩短的纤维突变体ligonlintless的Li基因连锁定位在22号染色体上。范术丽等[10]用25个SSR标记、35个RAPD标记和13个SRAP标记对短季棉中棉所36×TM-1的207个F2单株进行作图,得到总长1174.0cM的遗传连锁图谱,覆盖棉花基因组的23.48%,检测到与短季棉早熟性状相关的12个QTLs,其中有8个成簇分布在LG1连锁群上,为短季棉的早熟性遗传改良奠定了基础。

2.3SSR分子标记辅助棉花育种

通过与目标基因紧密连锁的分子标记,将目标基因聚合在品种中,达到对目标基因的选择不受环境和生长阶段的影响,减少了选择的盲目性,大大提高了育种效率。王芙蓉等[11]用SSR标记对鲁原343×鲁棉研22号的F2群体进行抗黄萎病性状的定位分析,并用检测到的与3个QTLs位点连锁较紧密的SSR标记对杂交后代F5进行辅助鉴定,发现NAU751和BNL1395的抗性基因型均能显著增加后代的黄萎病抗性,两个标记的抗性基因型聚合后,后代抗性水平显著提高。石玉真等[12]用与已定位的高强纤维QTL紧密连锁的2个SSR标记,对两套杂交组合的不同世代群体进行分析研究,成功培育出纤维优质的株系。张丽娜等[13]用2个棉花耐盐材料和2个盐敏感材料,筛选出274对SSR多态性引物,其中10对引物在耐盐性不同的材料中扩增出差异性片段,为棉花耐盐性的分子鉴定和育种提供了依据。

2.4研究棉花品种(杂种)纯度鉴定

品种纯度鉴定是良种繁育的重要内容,利用分子标记进行种子纯度鉴定,方便快速。由于SSR标记呈现共显性,利用杂交种亲本在某些SSR位点上的差异,即可将亲本与杂交种区分开,为杂交种的鉴定提供一个准确、稳定、快捷的实用方法。李育强等[14]用19对多态性SSR引物,对长江流域大面积推广种植的湘杂棉系列及其中部分湘杂棉亲本进行扩增,构建了湘杂棉指纹图谱,可很好地区分湘杂棉与父母本,并对未知种进行了准确的身份识别。许兰杰等[15]用77对SSR引物筛选兴杂2号双亲间的多态性引物,获得了可准确鉴别兴杂2号及其亲本间差异的4对SSR引物。付小琼等[16]用SSR标记筛选出了15对用于鉴定棉花杂交种中棉所72纯度和真实性的SSR引物,为中棉所72的自主知识产权的保护提供了科学依据。艾买提•图如普等[17]用107对SSR引物在杂交种天云1号、天云3号及各自的亲本中,筛选出8对用于鉴定这两个杂交种的SSR标记,可准确的分别将其区分开来。

3展望

SSR标记技术以其独特的优势,正在并将继续在棉花遗传育种中,发挥不可或缺的作用。各种DNA分子标记技术的综合运用,并将生化标记、细胞学标记、形态学标记和传统育种相结合,棉花遗传育种研究才能更加稳健快速地发展。