甘蔗栽培种单倍体基因组SSR位点的发掘与应用

甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一,由于尚未完全破译栽培种基因组,导致SSR标记匮乏,难以覆盖全基因组,限制了甘蔗遗传研究的进展。本研究以栽培种R570的4660个BAC文库片段序列(累计总长为382 Mb,预测到25,316个编码蛋白基因)组装成的一套甘蔗单倍体基因组的模板,利用MISA (Microsatellite identification tool)软件,发掘SSR位点;并综合分析其与4种禾本科植物(高粱、玉米、水稻和二岁短柄草)SSR位点的分布特征;选取50对以TG和AG重复基序的SSR引物,分别利用4个甘蔗属材料(R570、ROC1、LA purple和SES208)和24个重要甘蔗亲本,对SSR引物进行扩增效率验证和多态性分析。共发掘到27,241个SSR位点,平均每个BAC片段有6.29个SSR位点,平均密度为71.33个SSR Mb?1,远低于高粱的平均密度(350.00个SSR Mb?1)。在重复基序中,占比前2位的分别为单核苷酸基序(11,079个)和三核苷酸重复基序(6447个),合计占总SSR位点数的64.33%。与甘蔗不同的是, 4种禾本科植物中的三核苷酸基序类型数量最多、占比最大。此外,在单核苷酸重复基序中, A/T所占比例最高,为84.8%, C/G所占比例最低,为15.2%;在三核苷酸重复基序中, TGT/ACA所占比例最高,为16.04%。总之,禾本科植物基因组富含A/T的基序。在50对SSR引物(TG基序41对和AG基序9对)的多态性验证中,共有45对(90%)能够扩增出清晰的条带,其中35对(70%)在4个甘蔗材料上呈现多态性。进一步利用20对多态性较高的SSR引物对24个甘蔗重要亲本材料进行分析,共扩增到95个等位基因,平均每对引物扩增4.75个,验证了这些引物应用于甘蔗遗传多样性研究的可行性。本研究鉴定的甘蔗栽培种单倍体基因组SSR标记,有效增加了甘蔗遗传研究中可用的分子标记数量,可直接用于甘蔗群体遗传多样性分析和重要性状遗传机制的解析,为甘蔗分子育种的深入研究奠定了基础。     

基于灯盏花全基因组SSR位点分析及多态性引物开发

本研究利用MISA工具筛选灯盏花基因组测序获得的462 622条scaffolds,对其SSR位点信息进行分析,Primer 3设计SSR引物,随机选取200对引物对60株灯盏花进行多态性扩增分析。研究结果表明:从灯盏花基因组中搜索到的231 852个SSR位点中,二核苷酸基序是主要的重复类型,占总SSR的47.14%;AT/AT是最多的二核苷酸重复基元,占二核苷酸重复基元的74.60%,AAT/ATT是出现最多的三核苷酸重复基元,占三核苷酸重复基元的15%。PCR扩增发现,200对引物中有30对(15%)表现出稳定的多态性差异。灯盏花基因组中SSR位点出现频率高,类型丰富;大量的SSR为灯盏花的遗传多样性分析和遗传图谱构建提供了丰富的候选分子标记,利于开展灯盏花的遗传育种研究。     

基于RNA-seq牡丹SSR标记开发及通用性分析

从牡丹花色候选基因中开发一套SSR标记,为牡丹花色分子遗传学研究和分子标记辅助育种提供帮助。本研究基于高通量转录组测序技术(RNA-seq)获得了278条涉及调控牡丹花色形成的Unigenes序列,利用SSRIT在128条Unigenes中检测到215个SSR位点,出现频率为46.04%。其中优势重复基序为二核苷酸、三核苷酸和六核苷酸重复,分别占总SSR位点的18.60%、41.86%和36.28%,优势重复基元为TC/GA和AT/TA,分别占二核苷酸重复的30.00%和27.50%。在此基础上,从中选择100对SSR引物合成,以牡丹品种基因组DNA为模板,验证其有效性和多态性。结果表明,有效引物50对(占50%),多态性引物12对(占24%)。12对多态性引物在芍药属12个不同种质内进行通用性检测,转移率范围为83.33%~100%,平均转移率为96.53%,表明牡丹SSR标记在芍药属内具有较高的通用性。利用高通量RNA-seq开发牡丹候选基因SSR标记可为牡丹功能基因挖掘、品种分子身份证构建、遗传多样性分析和分子标记辅助选择育种等提供重要的遗传资源。     

苦荞全基因组SSR位点特征分析与分子标记开发

目前苦荞SSR多态性标记数量较少,根据已发表的苦荞基因组测序数据,利用MISA软件对1~6核苷酸重复的SSR位点进行了查找和序列特征分析,批量设计引物并对引物进行了有效性和多态性检测。结果表明,苦荞基因组中共检测到1 640个SSR位点,其中三核苷酸重复型SSR最多,占比63.29%,五核苷酸重复型最少,仅占0.12%。AT/TA、AAG/CTT、ACC/GGT和ATC/GAT为出现频率较高的重复基序。苦荞基因组SSR序列长度变化范围为12~476bp,平均长度23.14bp,长度12~19bp的占比71.71%,长度≥20bp的占比28.29%。根据不同类型SSR位点设计并合成引物479对,选择200对引物对5份苦荞资源和3份甜荞资源进行多态性检测,有56对扩增出多态性条带,17对在苦荞种质中产生多态性条带,48对在甜荞种质中产生多态性条带,9对同时在两种种质中产生多态性条带。利用苦荞全基因组序列可实现SSR标记的批量开发,可鉴定出适用于苦荞和甜荞遗传多样性分析、遗传图谱构建和品种鉴定等研究的SSR引物。     

马铃薯转录组EST-SSR挖掘及其多样性分析

本研究以宁薯4号叶、根和匍匐茎茎尖为材料构建链特异性文库进行转录组测序并对测序数据重新拼接。应用SSR检索软件从74.8 Mb测序数据中(51 006 Unigenes)发掘到1 867个SSR位点,平均发生频率为1/41 kb。重复基序中以三核苷酸、六核苷酸和二核苷酸为主,分别占总SSR位点数的58.2%、12.8%和10.7%;56种三核苷酸重复基序中以(GAA/TTC)n为主,占总SSR重复基序比例的4.1%;160种六核苷酸重复基序中以(AGCCAC/GTGGCT)n、(AGATGA/TCATCT)n、(GCAGGT/ACCTGC)n、(AAACCC/GGGTTT)n和(GGTGGA/TCCACC)n为主,分别占总SSR重复基序比例的0.2%。对1 867个SSR位点序列设计了1 692对EST-SSR引物,从中抽取100对引物进行有效性和多态性验证。结果表明,76对(76%)引物能扩增出预期目标片段;40对能扩增出目标片段的EST-SSR引物中有19对引物在分析47份马铃薯种质资源遗传多样性中表现出多态性差异,多态性引物比例为47.5%;共检测到80个等位基因,平均每对引物检测到4.2个等位基因;多态性信息含量(PIC)值变化在0.343~0.819之间,平均为0.658,属于高多态位点。本研究可为分析马铃薯种质资源遗传结构、构建精细遗传图谱、克隆定位功能基因和分子标记辅助育种等研究提供了标记基础。     

槟榔转录组SSR位点信息分析

采用生物信息学方法对槟榔(Areca catechu L.)果实转录组中的SSR位点信息进行分析,以期为槟榔SSR标记开发提供依据。利用MISA工具对槟榔转录组测序获得的Unigene序列进行SSR检索、位点信息分析和SSR引物设计。从94 562条Unigene中共检索到51 245个SSR位点,分布在31 482条Unigene序列中,平均分布距离为1/2.12 kb,发生频率为54.19%。单核苷酸是主要重复类型,所占比例为30.14%。优势重复基元是A/T、AG/TC、GA/CT和TA/AT,分别占单核苷酸的80%、二核苷酸的27%、26%和25%。重复次数以3～11次重复为主,所占比例为69.37%。大部分基序长度集中在12～20 bp之间,所占比例为92.77%。设计获得34 983对SSR引物。研究结果表明槟榔SSR位点分布频率较高、类型丰富、具有较高的多态性潜能和可用性,可为槟榔SSR标记开发、种质资源鉴定、遗传多样性分析、分子标记辅助育种等方面提供的理论基础。     

基于草莓全基因组SSR标记的开发和应用

基于基因组序列信息,研究了二倍体森林草莓和八倍体栽培草莓染色体上SSR位点的分布特点。利用AutoSSR软件在森林草莓和栽培草莓中分别发掘到153826个和329801个SSR位点,发生频率分别为1.43 kb/SSR和2.44 kb/SSR。SSR重复基序为单核苷酸的数量最多,分别占总数的40.92%和38.94%,其次为二核苷酸类型,分别占22.79%和20.04%。在二倍体草莓和八倍体草莓中分别鉴定到454和479种SSR重复类型,其中A/T重复类型的SSR出现的频率最高,分别占总SSR位点的39.45%和37.08%。二核苷酸重复类型中,二倍体草莓的AT/AT占比最高,为11.61%,其次为AG/CT(8.74%);八倍体草莓中AG/CT重复类型占比最高(9.94%),其次为AT/AT(7.35%)。用Beacon Designer软件设计SSR引物,随机挑选了59对SSR引物在77份草莓材料中进行验证分析。研究结果显示,59对SSR引物共扩增出254个多态性位点,平均扩增4.31个位点,位点的平均多态信息量(PIC)为0.26,介于0.07~0.97之间,其中35个SSR位点PIC≥0.50,为高多态性位点,聚类分析显示品种间的相似系数范围为0.47~0.99。该研究为草莓种质资源的遗传多样性评价、变异分析、分子标记辅助育种等工作提供了技术支持。     

基于SLAF-seq技术红豆树基因组的SSR位点特征分析

简单重复序列(SSR)广泛存在于基因组中,是亲缘关系分析、DNA指纹图谱构建和遗传多样性研究领域中非常重要的遗传标记之一。红豆树群体已处于濒危状态,且属无参基因组,其近缘种开发的SSR引物亦很少,为满足红豆树遗传多样性研究及制定合理的保护策略,本研究基于SLAF-seq(specific-locus amplified fragment sequencing)技术对天然群体中典型红豆树进行简化测序,利用MISA软件对测序获得所有SLAF片段进行SSR位点搜索,并对SSR位点特征进行统计分析,最后利用Primer Premier 5.0软件进行引物批量设计。与日本晴水稻的测序数据相比,红豆树参考基因组的双端比对效率为90.14%,酶切效率为92.37%,说明SLAF建库正常;测序Q30为92.32%,GC含量为37.17%,说明达到测序要求。本研究共获得6 426 462 reads和592 221个SLAF标签,其中16 653个多态性SLAF标签,含有17 868个SSR位点,平均每6.98 kb就分布有1个SSR位点。不同核苷酸重复类型的基元类型数量及SSR位点数量间差异较大,除单核苷酸外,二、三核苷酸重复类型数量较多,分别占总SSR位点的17.15%和15.02%,其中AT/TA和GAA/TTC基元重复数量最多,分别为1 090个(43.1%)和349个(15.2%)。通过批量引物设计共得到2 817对引物,以二、三核苷酸类型较多,两者所占比例高达94.8%。结果表明:SLAF-seq技术可以很好的应用于红豆树(无参基因组)SSR位点的开发,基于简化基因组测序数据发掘的SSR位点能够为SSR分子标记开发提供信息,并有助于后续群体遗传多样性和交配系统分析等。     

苦荞种皮转录组SSR位点信息分析及其分子标记的开发

为开发苦荞新的SSR标记,本研究利用MISA软件对苦荞种皮转录组测序数据进行SSR位点信息搜索,利用Primer 3设计引物并随机选择53对引物进行验证。结果表明:苦荞种皮转录组数据库中共搜索到9 094个SSR位点,其中,单核苷酸、三核苷酸和二核苷酸重复类型占优势,占总SSR的63.99%、19.35%、15.49%;共发现70种重复基元,其中A/T、AT/AT、AAG/CTT基元是优势基元。设计合成的53对引物中,41对引物(77.36%)获得有效扩增,21对引物具有多态性。本研究从转录组序列中大规模开发的SSR分子标记将有助于苦荞遗传多样性与分子育种研究。     

小麦2B染色体新SSR标记开发

为开发用于小麦育种的新SSR分子标记,利用普通小麦中国春2B染色体25 Mb的DNA序列进行了SSR筛选,在检测到的2 852个SSR中80.40%是二核苷酸重复。二、三、四、五核苷酸重复序列分别有6,30,17,1种类型。二核苷酸中GA/CT、AG/TC、AT/TA数量最多,分别占SSR总数的20.44%,19.00%,17.15%;三核苷酸中CTT/GAA的数量最多,占SSR总数的2.56%;四、五核苷酸重复出现的频率都较低。进一步分析SSR的重复次数,发现二核苷酸重复次数总体较高,重复次数≥10的SSR数量有327个,占所有二核苷酸序列的14.26%,其中,AG/TC、AT/TA的重复次数≥10的SSR数量分别有98,97个。三核苷酸的重复次数总体偏低,重复次数≥8的SSR数量仅有62个,占所有三核苷酸序列的11.55%,其中TTC/AAG的重复次数≥8的SSR数量最多,有12个。四核苷酸中只有ACAT/TGTA、TAGA/ATCT的重复次数分别达到了16,14次,其他重复基元的重复次数主要为5～7次。根据筛选到的SSR位点共设计合成了135对SSR引物,发现有101对(74.81%)引物在小麦品系Cf5019-21和Cf5240-41扩增出清晰的DNA条带,17对引物在二者间表现出差异扩增。     

黄麻全基因组SSR鉴定与特征分析

黄麻是世界上重要的天然韧皮部纤维作物之一。然而, SSR标记的缺乏限制了黄麻的遗传改良。本研究从圆果种黄麻测序品种CVL-1的基因组、基因、CDS和cDNA中挖掘SSR信息,利用SSR Primer软件查找SSR位点,并分析其分布特征。结果表明,基于基因组序列共开发了153,242个基因组SSR,平均密度为467.20个SSRMb~(–1);基于cDNA序列开发了10,747个SSR,平均密度为260.85 SSR Mb~(–1)。大部分重复基元为二至四核苷酸,占76.91%,其中cDNA序列SSR中三核苷酸重复基元数量较多而基因组SSR中二核苷酸重复基元数量较多。对于不同类型的SSR重复基元,随着重复单元数量的增加,其基因组和cDNA的SSR分布频率呈现逐步降低特征。黄麻全基因组SSR标记鉴定,不仅可以丰富黄麻分子标记的数量,而且为剖析黄麻重要农艺性状的遗传机制奠定基础。     

香蕉根系转录组SSR位点信息分析

分析香蕉根系转录组中的SSR位点信息，并设计SSR引物，为开发新的分子标记奠定基础。利用MISA工具对香蕉根系转录组unigene序列进行SSR检索。从25158条unigene中共发现4663个SSR，分布在3820条unigene序列中，出现频率为18.53%，平均每7.77 kb含有1个SSR位点，共有58种重复基元。香蕉根系转录组中，二、三核苷酸重复基元所占比例最大，分别为40.50%和40.63%；二者分别以AG/CT和AGG/CCT重复基元为主，分别占该重复基元的88.03%和30.83%。SSR重复次数以5~9次为主，基序长度主要分布于12~20 bp，平均长度为18.80 bp。香蕉根系转录组SSR位点频率、密度较高，类型多样，在香蕉遗传多样性研究及分子标记辅助育种中有较大应用潜能。     

霍山石斛叶转录组中SSR位点信息分析

开发霍山石斛简单重复序列(SSR)分子标记,为霍山石斛遗传多样性和种质资源鉴定的研究提供技术支撑。利用Illumina HiSeq X10平台对霍山石斛叶片进行转录组测序,Microsatellite(MISA)软件分析霍山石斛转录组SSR的分布频率和重复基元的类型特征,软件Primer 5设计引物。从202080条Unigene中搜到43291个SSR位点,分布在36382条Unigene序列中,发生频率为18.00%,平均每6.08 kb含1个SSR位点,共有463种重复基元,单核苷酸重复占主要地位,发生频率为47.62%,在所有重复基元中,A/T出现频率最高(47.06%)。试验共获得13960条SSR引物。     

濒危珍稀植物半枫荷转录组中SSR位点分析

分析半枫荷转录组中的SSR位点信息,并设计简单重复序列(SSR)引物,以期为半枫荷EST-SSR分子标记提供有力工具。利用MISA工具筛选了半枫荷转录组测序获得的77629条Unigenes,对其SSR位点信息进行了分析;在此基础上利用Primer 3.0设计SSR引物,并随机选择50对SSR引物对4株不同来源的半枫荷进行多态性扩增分析。在半枫荷的转录组中,共找到15041个SSRs,分布于10669条Unigenes,SSR位点发生频率为13.74%,含多个位点的序列数为3114,占SSRs位点总数的29.19%,以复合形式出现的位点数2044个,占SSRs位点总数的19.16%,SSRs的平均距离是3.2 kb。SSRs位点中二碱基重复是主要类型,占总SSRs的42.17%;其次是单碱基重复基序(38.25%)SSRs。所包含的重复基元中,单碱基重复基元A/T(5572),二碱基重复基元AG/CT(4845)是优势重复基元类型,分别占总SSRs的37.05%、32.21%。利用Primer 3共设计出28590对SSR引物。随机选择50对引物进行PCR扩增,其中44对(88.0%)扩增出清晰、可重复的条带,15对(34.1%)扩增条带表现出多态性。半枫荷转录组SSR位点出现频率高,类型丰富;大量的SSR为其遗传多样性分析、分子标记辅助育种和遗传图谱构建提供了丰富的候选分子标记。     

基于SSR分子标记的Nicotiana tobacum–N.plumbaginifolia异源染色体植株的鉴定与筛选

以烟草(Nicotiana tabacum)品种云烟87的八倍体(2n=8x=96)和野生烟草N. plumbaginifolia (2n=2x=20)的基因组DNA为模板,对340对烟草SSR引物进行筛选以获得能扩增多态性条带的引物。利用多态性引物对种间杂交后代及190株回交后代的基因组DNA进行扩增,并对N.plumbaginifolia中的SSR标记的连锁情况进行简要分析。经筛选获得了多态性引物29对。结果显示,在190株后代中, 159株的基因组DNA能扩增出N. plumbaginifolia的特异SSR位点,可以判定该159株为N. tabacum的N. plumbaginifolia异源染色体植株,其余31株植株可能不含有N. plumbaginifolia的染色体。经UPGMA聚类分析,本群体中植株的遗传多样性较为丰富,部分分子标记在后代中的出现具有完全相关性。29个标记中14个可确定来源于5条不同染色体,N.plumbaginifolia的29个位点在回交后代中的扩增效率并不相同,且效率均较低(低于31.00%),说明该杂种中N. plumbaginifolia基因组的垂直传递效率较低。利用SSR分子标记可以判定云烟87八倍体与N.plumbaginifolia杂交获得的后代为真杂种,且自该远缘杂种回交后代中筛选获得大量异源染色体植株。这些结果和筛选获得异源染色体植株为进一步创制N.tabacum-N.plumbaginifolia抗黑胫病单体附加系以及易位系奠定了基础。     

广东割手密SSR遗传多样性分析

割手密是甘蔗近缘野生种之一,在甘蔗育种中具有重要地位和作用。本研究采用Genomic-SSR和EST-SSR两种类型分子标记对来自广东各个地区的67个割手密种质进行分析。在20对SSR引物上共检测到341个多态性条带,每个引物上的平均多态性为17.05,其中11个Genomic-SSR的平均多态性为20.82,9个EST-SSR的平均多态性为12.44。广东割手密在Genomic-SSR上的多态性显著高于EST-SSR上的多态性。MantelTest分析表明:通过Genomic-SSR、EST-SSR以及Genomic-SSR+EST-SSR三种方法所计算的试验材料的遗传距离矩阵之间都呈极显著相关(p<0.01),说明应用两种类型SSR获得的各个材料间的遗传关系具有较高的一致性。广东割手密在20对SSR引物上的遗传多样性指数介于0.1064~0.2916之间,平均多样性指数为0.1943;各个材料间的遗传距离为0.0063~0.3082之间,平均为0.1935。UPGMA聚类分析表明:广东割手密之间的遗传关系和地理来源存在一定的相关,由南向北存在较为显著的地理分化。