北亚热带日本落叶松不同改良水平群体的遗传多样性

【目的】利用EST-SSR标记比较和评价北亚热带亚高山区日本落叶松引种种源群体、一代育种群体和二代育种群体的遗传多样性及其变化趋势,为该区域日本落叶松高轮次遗传改良和持续利用提供依据。【方法】利用16个SSR标记分析日本落叶松3个群体共873份个体的遗传多样性,应用Gen Alex 6.41软件进行遗传参数估算、遗传变异分析和主坐标分析。【结果】16对引物在全部样品中共检测到106个等位基因,平均等位基因数为6.7个,不同位点的多态性差异较大,其中中高度多态性位点有14个,说明这些标记能够较好地反映该群体的遗传多样性水平; 3个群体的平均有效等位基因数(Ne)为2.543,Shannon多样性指数(I)为0.979,多态性信息含量PIC值为0.480,具有较高的遗传多样性;引种种源群体、一代育种群体和二代育种群体的多样性指数I值分别为0.911、1.017和1.009,PIC值分别为0.432、0.484和0.488,说明一代和二代育种群体的遗传多样性参数略高于种源群体,但方差分析结果显示3个群体之间差异不显著;总体来说3个群体间的遗传距离较小,在0.006～0.075之间,其中,一代和二代育种群体间的距离最小,种源群体与一代和二代育种群体间的遗传距离逐渐增大; AMOVA分析结果也表明3个群体间分化较小,变异主要来源于群体内;等位基因频率比较及主坐标分析(PCoA)结果显示种源群体与一代和二代群体的遗传基础存在着明显的差异,将少量种源群体中差异较大的基因型引入二代育种群体中,可有效提高二代育种群体的遗传多样性水平。【结论】北亚热带日本落叶松育种群体的遗传多样性较高,改良代群体遗传变异水平并没有降低,说明目前该区域的育种策略对于维持遗传多样性是合适的。3个群体的材料来源差异、栽培与育种中的花粉污染以及高强度的定向选择,是造成种源群体与一代、二代群体遗传多样性参数及遗传组成上的差异的主要因素,适时地将原产地资源补充到育种群体中,这对日本落叶松这样的外来树种的高轮次育种群体构建尤为重要。     

落叶松杂种F_1代群体遗传多样性的RAPD、SSR分析

为给落叶松杂种F1代进化潜力的研究提供资料,利用RAPD、SSR标记分析了日本落叶松×兴安落叶松杂种F1代147个个体的遗传多样性。RAPD遗传多样性分析结果为,有效等位基因数平均值1.669 1,Nei遗传多样度平均值为0.395 5,Shannon多样性指数平均值为0.583 1;SSR遗传多样性分析结果为,有效等位基因数平均值1.689 2,Nei遗传多样度平均值为0.399 8,SSR标记的Shannon多样性指数平均值0.587 0。SSR标记和RAPD标记所揭示的杂种F1群体遗传多样性水平各指数值基本一致,且都表明与日本落叶松杂交后,杂种F1群体在遗传多样性上高出兴安落叶松。     

基于转录组测序的陈山红心杉EST-SSR开发及应用

【目的】目前杉木分子标记数量无法满足种质资源评价及分子标记辅助育种等相关研究需求,需要开发更多的杉木SSR标记十分重要。【方法】以陈山红心杉转录组测序数据为基础,进行EST-SSR标记的检测和开发,并对陈山红心杉二代种子园进行遗传变异分析。【结果】转录组测序共获得99 122 394个reads片段,包含了14.87 Gb的序列数据。序列组装后,获得76 597个unigene,共计104.18 Mb数据,平均长983 bp。寻找到8 072个SSR位点,单核苷酸和三核苷酸是主要重复类型,分别占总数的66.30%和17.48%,其次是二核苷酸重复类型,占总数的12.31%。AT/TA和AG/TC是主要的双碱基重复序列,分别占总位点数的6.79%和1.93%。AGA/TCT和AAG/TTC是主要的三碱基重复序列,分别占总位点数的1.45%和1.44%。从随机挑选的150对SSR引物中筛选出11对多态性引物。陈山红心杉二代种子园SSR位点间的平均等位基因数为4.4个,有效等位基因为2.4个;群体平均观察杂合度、期望杂合度、Shannon多样性指数分别为0.533 5、0.563 8、1.003 4,表明该种子园遗传多样性较高。陈山红心杉二代种子园无性系间的遗传相似系数在0.240 0～0.977 8之间,平均值为0.589 3,说明这一群体有较宽的遗传基础。在阈值0.62处可将无性系划分为6个亚群体,亚群体内个体数量差异较大。【结论】本研究基于陈山红心杉转录组数据开发出11对EST-SSR标记,丰富了杉木分子标记库,这些标记可用于杉木种质资源评价、遗传多样性分析及分子标记辅助育种等方面。     

基于沙棘转录组序列开发EST-SSR分子标记

[目的]本研究通过对蒙古沙棘"向阳"品种的转录组序列进行SSR引物开发,为沙棘亲本分析、遗传多样性和遗传育种等研究提供支持。[方法]利用已测得的转录组序列进行分析和筛选,整理具有SSR位点的序列,进行引物设计,随机挑选179条引物进行验证。[结果]得到具有SSR位点的EST序列17 383条,其中,单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸重复基元分别占62.77%、21.82%和13.77%;二核苷酸重复基元类型以AT和AG为主,三核苷酸重复基元类型以AAG、ATC和ATA为主。9 291条序列设计出扩增EST-SSR位点的引物,随机合成的179对引物中,142对扩增成功,选取其中92个位点的扩增产物上机检测,40个SSR位点(43.48%)呈现多态。对扩增稳定且峰图清晰的17个多态位点的进一步分析,得到蒙古沙棘天然群体在各位点的观测杂合度(HO)为0.083 0.875,期望杂合度(HE)为0.180 0.750。[结论]本研究开发出的EST-SSR标记,为后期进行沙棘属植物遗传多样性分析、遗传图谱构建及分子育种等研究提供了重要支持。     

柿EST-SSR引物的开发及筛选

为丰富柿树SSR引物来源,利用从NCBI下载的9 474条柿属EST序列开发柿EST-SSR引物,并用于分析7个柿品种的遗传多样性。EST序列经去除低质量及冗余片段后拼接成1 390条重叠序列和4 097条无重复序列。共搜索到601条EST序列中含有540个SSR。SSR出现频率为10.96%,其中以2核苷酸为主(61.06%)。利用检出的SSR-ESTs序列设计SSR引物100对,对7个柿样品进行了PCR扩增,31对引物有扩增带,占设计引物的31%,其中14对引物有多态性,占可扩增引物的45.2%。同时发现引物68是临潼板柿的特异引物。引物68的P68-115、P68-160和P68-210处为临潼板柿的3个特异性标记位点,而引物28的P28-225是麻城秋艳的特异性标记位点。     

基于锦绣杜鹃花蕾转录组的SSR标记开发及应用

[目的]探究锦绣杜鹃(Rhododendron pulchrum Planch.) EST-SSR的类型、分布频率和分布特征,开发有效的SSR标记,并验证其在遗传多样性研究和跨物种转移中的应用潜力。[方法]采用RNA-seq技术对锦绣杜鹃‘紫鹤’品种的花蕾进行转录组测序,MISA软件对组装的unigenes内部的SSR位点进行检索,分析其类型、分布频率。利用Primer 3.0软件设计引物,并对锦绣杜鹃群体和其近缘种映山红群体进行多样性检测,利用POPGENE-PC 2.2软件计算等位基因数、有效等位基因数、多态性位点百分率、Shannon’s信息指数、Nei氏多样性指数、观察杂合度、期望杂合度等参数。[结果]锦绣杜鹃‘紫鹤’花蕾转录组共有49 527个unigenes(43 766 249 bp),从中筛选出16 120个SSR位点(24.46%),发生频率为1·(2.7 kb)~(-1)。微卫星的重复次数主要集中在5～24次之间,二核苷酸发生频率最高(9 624个,59.70%),其次是单核苷酸(3 738个,23.19%),频率最低的为五核苷酸(42个,0.26%)。频率最高的重复基序有A/T、AG/CT、AAG/CTT、AGG/CCT、ACC/GGT、AGC/GCT、AAAG/CTTT、AAGAG/CTCTT、AGAGGG/CCCTCT等。选用13个多态性SSR标记对锦绣杜鹃群体进行PCR扩增,共得到71个等位基因,平均每个位点3～9个;有效等位基因数在各SSR位点之间变化范围为1.684～5.930;观察杂合度H_O和期望杂合度H_E的变化范围分别为0.000～1.000和0.433～0.848,平均值分别为0.696±0.426和0.705±0.129;Shannon’s信息指数I和Nei氏多样性指数h的变化范围分别为0.736～1.961和0.406～0.831,平均值分别为1.376±0.339和0.683±0.131。此13个标记在映山红群体中的跨物种扩增成功率为100%,并反映出丰富的遗传多样性。2个群体间的遗传差异93.4%存在于群体内部。[结论]基于AG/CT重复基序开发的13个SSR标记具有高度的多态性,为后续杜鹃花属植物的遗传多样性研究、遗传图谱构建、基因定位、分子标记辅助育种等研究奠定了基础。大别山野生映山红资源具有较高的遗传多样性,且杂合度过剩,遗传变异主要发生在群体内部。     

不同引种黑莓品种的遗传多样性分析

【目的】开发适于黑莓Rubus spp.的EST-SSR引物,用于品种和种质的遗传多样性评价分析。【方法】基于前期获得的黑莓转录组数据,分析得到黑莓EST-SSR分子标记,筛查符合要求的SSR序列,设计合成127对较理想的EST-SSR引物进行扩增和多态性引物筛选,利用多态性好的引物用于18个引种黑莓栽培品种的遗传多样性分析。【结果】在127对引物中有125对可扩增出条带,有特异条带且大小符合预期的引物共有50对,50对引物中有45对具多态性的引物,占引物总数的36%,多数引物扩增的位点数为2~5。使用45对引物检测18个黑莓供试品种基因组DNA的多态性,共检测到191个等位基因变异,平均每个位点有4.24个等位基因,位点多态性信息含量为0.427~0.893,平均值为0.692。多态性最好的引物为Rh121,检测到8个等位基因,其次是Rh114和Rh118,均检测到7个等位基因。18份材料的遗传相似系数为0.49~0.88,表明品种间具有较丰富的遗传差异。利用UPGMA聚类,将18份种质分为3个类群,其中四倍体和多倍体黑莓品种明显归为不同类型,四倍体黑莓分为2类,相似育种产地的品种多聚在一起,推测与其品种遗传种质成分具一定相似性有关。【结论】EST-SSR标记可应用于黑莓品种种质遗传多样性分析,目前引种黑莓种质的遗传基础相对较窄。     

利用SRAP标记分析日本落叶松2代优树的遗传多样性

为研究日本落叶松2代优树间的遗传多样性,该文利用SRAP分子标记的方法对选择的80个样本进行了遗传多样性分析。结果表明:筛选出的8对引物共扩增出235条DNA条带,其中多态性条带223条,多态性百分率为94.89%,每对引物可扩增出20~37条多态性条带,平均每对引物扩增的多态性条带数为29.4条。利用UPGMA法进行聚类,当相似系数为0.824时将80个日本落叶松种质材料划分为4个类群。聚类基本与子一代的亲缘关系符合,类群间遗传基础较狭窄,亲缘关系较近,为日后建立日本落叶松2代种子园的工作提供了理论依据。     

基于桤木属转录组测序的SSR分子标记的开发

[目的]基于转录组数据开发适用于桤木属树种的SSR标记,揭示其在转录组序列中的分布类型及特征,为桤木属树种分子标记辅助育种提供有利工具。[方法]利用Micro SAtellite(MISA)软件对所有转录组序列进行SSRs搜索,并对SSR位点的数量、分布特征进行统计分析。设计100对SSR引物,采用琼脂糖凝胶电泳和毛细管电泳分离检测方法对3种不同倍性桤木属植物(12份材料)进行遗传多样性检测,确定引物多态性及通用性。[结果]85 769条Unigenes序列中发现8 678个SSR位点,分布在8 298条Unigenes中发生频率为9.67%,转录组序列中平均每14.04 kb长度就有一个SSR位点分布。其中,二核苷酸重复类型数量最多,占65.87%。根据转录组Unigenes序列,利用Primer 3软件共设计出4 531对符合要求的引物,挑选出的100对SSR引物中,获得18对多态性高、稳定性好的SSR引物。[结论]本研究可扩增出多态性位点的引物重复单元以二、三核苷酸重复为主。基于桤木属转录组序列的SSR标记开发是可行的,开发的引物为桤木属遗传多样性分析、分子育种、遗传图谱构建和功能基因的挖掘提供了丰富的候选分子标记。     

北亚热带高山区日本落叶松自由授粉家系遗传测定与二代优树选择

分析日本落叶松自由授粉家系子代测定林(5块试验林,119个家系,1962个单株)生长性状的遗传变异,旨在开展二代优树选择,为在湖北等北亚热带高山区建立第2代种子园提供种质资源。研究结果表明:各遗传测定林生长性状在家系间差异显著。胸径、树高及材积性状的单株遗传力分别为0.18～0.73,0.17～0.59和0.19～0.78,家系遗传力为0.34～0.80,0.42～0.79和0.18～0.81,单株遗传力一般低于家系遗传力。利用最佳线性预测(BLP)估算单株育种值。对比配合选择和家系/家系内选择2种选择方法表明,配合选择得到的二代优树群体遗传多样性高于由家系/家系内选择得到的二代优树群体,2种方法所得到的预期遗传增益相似。基于兼顾高遗传增益和广泛遗传基础的原则,认为配合选择方法选出的二代优树更适合用于日本落叶松高世代种子园的建立。最终采用配合选择方法选出来自49个家系的二代优树137株;5块子代测定林入选二代优树的材积期望遗传增益分别为26%,98.3%,42.9%,24%和56.4%。     

基于油茶组59万条EST序列的转录组学初步分析

油茶组(Camellia Sect.Oleifera)植物是我国特有的木本油料植物,主要分布全国14个省(区),种植面积达300万hm2.茶油为油茶组多个树种种仁油的统称,其中以油茶(Camellia oleifera)最为常见,其次是浙江红山茶(C.chekiangoleosa)和短柱茶(C.brevistyla)等.     

基于牡丹EST信息的滇牡丹SSR标记开发

对NCBI(美国国立生物技术信息中心)中牡丹的ESTs(expressed sequence tags)的序列进行分析,结果表明:在所分析的2 204条序列中,仅324条分布有SSRs(simple sequence repeats),占全部ESTs序列的14.70%;SSR的出现频率为15.20%,共计335个,其中,二核苷酸重复比例84.18%,三核苷酸重复比例为15.22%,四和六核苷酸重复比例为0.30%。在此基础上,利用软件(serafer 1.3)设计了51对备选SSR引物,以6个滇牡丹不同花色类群DNA为模板对引物进行筛选,其中,10对引物有扩增产物;用这些引物进一步在10个类群50个DNA模板进行多态性测试,结果显示:上述10对SSR引物均有多态性,且同一类群内不同模板DNA间也存在多态性。本研究结果证明:基于牡丹EST信息建立SSR标记是一种有效而可行的方法,有助于滇牡丹遗传多样性分析及基因组学方面的研究。     

Analysis of EST-SSRs in silver birch(Betula pendula Roth.)

Simple sequence repeats(SSRs) defined as sequence repeat units between 1 and 6 bp occur abundantly in both coding and non-coding regions in eukaryotic genomes and these repeats can affect gene expression. In this study, ESTs(expressed sequence tags) of Betula pendula(silver birch) were analyzed for in silico mining of ESTSSRs, protein annotation, open reading frames(ORFs),designing primers, and identifying codon repetitions. In B.pendula, the frequency of ESTs containing SSRs was 7.8 %with an average of 1SSR/4. 78 kb of EST sequences. A total of 188 SSRs was identified by using MISA software and dinucleotide SSR motifs(65.9 %) were found to be the most abundant type of repeat motif followed by tri-(27.1 %),tetra-(4.8 %), and penta-(2.2 %) motifs. Based on ORF analysis, 175 of 178 sequences were predicted as ORFs and the most frequent SSRs were detected in 50 UTR(58.43 %),followed by in ORF(31.46 %) and in 30UTR(8.43 %). 102 of 178 ESTs were annotated as ribosomal protein, transport protein, membrane protein, carrier protein, binding protein,and transferase protein. For a total of 102 SSRs(57.3 %)with significant matches, a set of 102 primers(100 %) with forward and reverse strands was designed by using Primer 3 software. Serine(Ser, 19.6 %) was predominant in putative encoded amino acids and most of amino acids showed nonpolar(35.3 %) nature. Our data provide resources for B.pendula and can be useful for in silico comparative analyses of Betulaceae species, including SSR mining.     

Analysis of EST-SSRs in silver birch (<Emphasis Type="Italic">Betula pendula</Emphasis> Roth.)

Simple sequence repeats (SSRs) defined as sequence repeat units between 1 and 6 bp occur abundantly in both coding and non-coding regions in eukaryotic genomes and these repeats can affect gene expression. In this study, ESTs (expressed sequence tags) of Betula pendula (silver birch) were analyzed for in silico mining of EST-SSRs, protein annotation, open reading frames (ORFs), designing primers, and identifying codon repetitions. In B. pendula, the frequency of ESTs containing SSRs was 7.8 % with an average of 1SSR/4. 78 kb of EST sequences. A total of 188 SSRs was identified by using MISA software and di-nucleotide SSR motifs (65.9 %) were found to be the most abundant type of repeat motif followed by tri- (27.1 %), tetra- (4.8 %), and penta- (2.2 %) motifs. Based on ORF analysis, 175 of 178 sequences were predicted as ORFs and the most frequent SSRs were detected in 5′ UTR (58.43 %), followed by in ORF (31.46 %) and in 3′ UTR (8.43 %). 102 of 178 ESTs were annotated as ribosomal protein, transport protein, membrane protein, carrier protein, binding protein, and transferase protein. For a total of 102 SSRs (57.3 %) with significant matches, a set of 102 primers (100 %) with forward and reverse strands was designed by using Primer3 software. Serine (Ser, 19.6 %) was predominant in putative encoded amino acids and most of amino acids showed nonpolar (35.3 %) nature. Our data provide resources for B. pendula and can be useful for in silico comparative analyses of Betulaceae species, including SSR mining.     

美洲黑杨雄性花芽cDNA克隆测序及表达序列标签(ESTs)特性分析

采用SMART技术构建美洲黑杨雄性花芽cDNA文库.随机挑选4 200个克隆进行序列测定,获得原始序列3 092个ESTs,去除插入片段短于150 bp的序列和污染序列后,获得有效ESTs序列3 087个,平均长度515 bp.对聚类后的416个Clusters分别进行单独拼接,得到相应的Contigs和Singletons分别为451和1 104个,并通过与NCBI等核酸数据库进行比对、查询和注释,获得已知功能和未知功能的基因1 015个,无序列相似性的新基因540个.这些数据为进一步研究高等植物花发育提供了一个极有价值的资源.     

松材线虫虫体特异表达cDNA文库的构建与分析

松材线虫取食和致病相关基因的鉴定是揭示松材线虫病致病机制的重要研究内容。以松材线虫混合虫体为测试方,线虫卵为驱动方,构建二者差减cDNA文库。文库测序结果经序列拼接、功能注释,共获得松材线虫虫体特异表达的有效EST序列354个,拼接后获得34个重叠群,其中15个重叠群获得明确的功能注释,其中MixC12、MixC25、MixC33分别与过氧化物酶、β-1,4内切葡聚糖酶、锌指家族蛋白有较高的同源性,这些基因被认为与植物线虫的取食和致病性密切相关。RT-PCR分析验证了所获得的差减cDNA的代表性。     

杨树抗黑斑病相关基因表达谱分析

利用黑斑病的高抗无性系美洲黑杨I-69及黑斑病的高感无性系欧美杨I-45为材料建立的2个cDNA文库,随机挑取cDNA克隆进行5'端EST序列测序,共获得有效序列20 023条.序列经聚类分析和拼接后,共获得10 816个Unigene,其中包括3 734个Contig,7 082个独立的Singleton.被注释的8 853个具有同源性匹配序列基因中,按照GO的分子功能、生物过程和细胞组分3个不同分类角度进行分类.在具有功能注释的8 853个Unigene中,选出330个与完成全基因组测序的毛果杨序列进行BLAST分析,结果发现有177个抗病相关候选基因出现在282个Unigene中,其中135个分布于杨树的18个不同连锁群上,其他42个基因位于还没定位的scaffolds上.所测定的这些EST序列为后期在基因组水平上研究杨树黑斑病的水平抗性遗传机制及进一步的相关基因发现奠定基础.

Abstract：

In an attempt to elucidate the molecular mechanism for resistance of black spot disease in poplar,gene expression profiles in leaves of Populus deltoides'Lus'(I-69/55)and P.euramericana'I-45/51',which were inoculated with the pathogen Marssonina brunnea f.sp.brunnea,were analyzed based on expressed sequence tags (ESTs).A total of 20 023 valid ESTs from the 5'terminal ends derived from corresponding cDNA libraries of the two poplar species were sequenced.Cluster analysis of the 20 023 sequences yielded 10 816 tentative unigenes,including 3 734 contigs and 7 082 singletons.All tentative unigenes were classified by Gene Ontology functional categories.To find resistance-associated candidate genes and locate them on poplar genome,330 unigenes was chosen from 8 853 annotated tentative unigenes,and their BLAST alignment was conducted with Populus trichocarpa assembly,1 77 related candidate resistant genes were found,and they presented in 282 unigenes.Among these genes,there were 1 35 genes located on 18 different linkage groups of poplar genome,and 42 genes located on the different scaffolds.This study supplied a resource of candidate genes for further exploring the genetic mechanism for the host horizontal resistance to the pathogen Marssonina brunnea at the whole genome range,and provided important information for further gene discovery.     

杜鹃花表达序列标签资源中的微卫星信息分析

从NCBI数据库下载杜鹃花表达序列标签序列1323条,去冗余后得到912条EST。采用Tandemrepeatfinder软件分析,最终在61条EST序列中找到65个SSR位点,出现频率为7．1272％。二碱基重复是杜鹃花EST内SSR的主要重复类型,占66．1538％;单碱基和三碱基重复次之,分别占据15．3846％和9．2308％。四碱基、五碱基、六碱基类型的SSR相对比较少。多达90．7692％的SSR位点为完美型微卫星重复。这些富含SSR位点的EST序列将为开发微卫星特异性引物,并用于杜鹃花群体生物多样性和遗传结构分析提供理论依据。     

白桦EST-SSR信息分析与标记的开发

对NCBI(美国国立生物技术信息中心)中2 5 48条欧洲白桦ESTs的序列进行分析,结果表明:其中260条ESTs中含有306个SSRs,为全部 ESTs序列的10.2%,SSR频率为12.01%.其中,二核苷酸重复比例为81.37%,三核苷酸重复比例为16.67%,四核苷酸重复比例为1.96%.不同软件设计引物的效率不同,Pri mer3设计出176对SSR引物,在白桦中扩增成功的引物比例为59.09%,而具有多态性的引物比例仅为25.96%;SSR Primer设计出100对引物,在白桦中扩增成功的引物比例为37%,而具有多态性的引物比例为48.65%.