植物品种DNA指纹鉴定原理及其鉴定方案

植物品种鉴定对保证种子质量及粮食安全具有重要意义。DNA指纹技术在植物品种鉴定中具有独特的优势,DNA指纹鉴定已从间接证据转变为主流方法。本研究总结提炼出品种DNA指纹鉴定技术方案—核心位点组合法,即采用一套固定的核心位点组合来鉴别不同品种,该方案自2003年提出以来不断得到完善:一是在原有核心位点的基础上增加位点数量形成扩展位点组合,以应对派生品种涌现对品种鉴定的更高要求;二是将核心位点进一步分解为群特异位点和品种特异位点,群特异位点发挥快速准确分群的功能,品种特异位点则具有较强的品种鉴别功能;三是在借鉴二倍体作物成熟经验的基础上,进一步提出适合多倍体作物的核心位点组合,即二倍体化的单标记法和组合标记法。从未来发展趋势看,测序技术、基因编辑技术等新技术的飞速发展将大大推动DNA指纹检测方案的完善,提升其在实践中的应用效果。本研究系统阐述了品种鉴定的概念及特点,总结了品种DNA指纹鉴定的主要类型及鉴定思路,提炼了品种DNA指纹鉴定的技术方案,展望了品种DNA指纹鉴定的未来发展趋势,以期对各作物DNA指纹品种鉴定标准的研制及分子技术在DNA指纹库构建和品种鉴定中的应用发挥指导作用。     

中国玉米审定品种标准SSR指纹库的构建

【目的】对数量庞大的已知玉米品种构建可共享的作物品种标准DNA指纹库。【方法】基于荧光毛细管电泳检测平台和植物品种DNA指纹库管理系统,利用筛选的40对SSR核心引物对3 998份中国玉米审定品种标准样品进行建库,通过多实验室、多检测平台进行建库数据的质量评估。【结果】绘制了40个玉米建库引物的等位基因频率分布图作为每个引物的特征图谱,在建库试验中发挥了相当于参照样品的作用。形成了一套十重荧光毛细管电泳组合,并在SSR指纹分析器中建立了一套系统默认PANEL作为不同实验室建库时的标准PANEL。统计玉米审定品种指纹库构建的试验情况,每份样品具有2—5套原始试验数据及对应的指纹图谱,其中61%的样品做了2组独立试验,33%的样品做了3组独立试验,最终建成的标准指纹库累计缺失和差异位点仅占0.2%,数据完整性达到99.8%。在不同实验室、不同电泳检测平台的评估结果表明,同一荧光电泳检测平台上获得SSR指纹数据一致性高,而不同的电泳检测平台获得的数据存在一定偏差,为实现不同实验室的SSR指纹数据共享,需要统一荧光引物、分析软件及电泳检测平台。对所有审定品种指纹数据进行整体两两比较,表明中国玉米审定品种之间差异比较大,品种间差异位点百分比集中在80%—95%(占78.28%),品种间差异位点百分比在50%以上的已达到99.21%,而低于20%的只有0.09%;对玉米审定品种杂合率水平进行分析,平均品种杂合率达到64%,主要集中在50%—80%(占89%)。通过玉米品种标准指纹比对服务平台(网址:http://www.maizedna.org/)实现了指纹库的共享。【结论】形成了构建作物品种SSR指纹库的标准化程序,构建了3 998份玉米审定品种的SSR指纹库,通过多实验室联合比较试验,保证建库数据的准确性和数据库的可共享性;建立了玉米品种标准指纹比对服务平台网站,实现玉米审定品种指纹库在全国种子检验系统的共享。     

基于叶绿体InDel标记对玉米S型胞质不育制种鉴定的研究

以精选表型和基因型丰富的29份代表性玉米自交系以及三联体验证材料,基于叶绿体基因组中11个InDel位点进行引物设计、筛选评估,确定2对玉米S型不育鉴定特异引物。两对引物CPMIDP01CE和CPMIDP02CE的多态分别为83个和5个碱基的插入缺失变异,属于trnS-trnG和ndhJ-ndhK基因间区。CPMIDP01CE和CP?MIDP02CE引物的扩增产物如果含有83 bp插入序列(片段长度为339 bp),不含有5 bp的插入序列(片段长度为239 bp),所分析样品即为S型胞质不育材料。两对特异鉴定引物基于变性荧光毛细管、非变性凝胶毛细管、琼脂糖等不同电泳平台均建立了检测方法,并且具有兼容更高效的KASP、TaqMan等技术体系的潜力。     

雄性不育制种京科968的遗传背景及其表型分析

利用40对SSR核心引物和MaizeSNP3072芯片对京科968雄性不育及常规制种的母本和杂交种进行遗传背景分析发现,雄性不育制种母本不育系S京724与常规制种母本京724之间、雄性不育制种京科968(S京科968)与常规制种京科968(N京科968)之间均未检测到差异位点。结果表明,S京724与京724在株高等农艺性状、单穗粒重等产量性状上的表现均无显著性差异。经花粉I_2-KI染色鉴定,S京科968花粉表现约50%可染、50%败育,与S型细胞质的恢复型F_1代植株花粉育性吻合。多点鉴定结果表明,S京科968与N京科968在株高、穗位高、雄穗分枝数、雄穗主轴长等农艺性状和穗长、穗粗、穗行数、行粒数、单穗粒重、容重等产量性状上的表现均无显著性差异。结果证明,利用S型细胞质雄性不育系进行京科968三系配套杂交种制种是切实可行的。     

利用SSR标记对浚单20进行杂优模式分析

利用SSR分子标记从分子水平上对优良杂交种浚单20的杂种优势模式进行分析。55对SSR引物在15份供试自交系中共检测出295个等位基因变异,平均每对引物检测出5.36个等位基因,平均多态性信息含量为0.628。遗传距离分析结果表明,母本浚9058与改良Reid自交系掖478、P群自交系X178之间的遗传距离最近;父本浚92-8与塘四平头群自交系昌7-2之间的遗传距离最近。UPGMA聚类分析结果表明,浚9058与改良Reid自交系掖478、郑58划为一群,浚92-8与塘四平头群自交系昌7-2划为一群。浚单20的杂优模式为改良Reid群×塘四平头群(黄改群)。