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。     

玉米纯度分子鉴定标准研制相关问题的探讨

通过分析纯度鉴定和一致性鉴定的关系,探讨与纯度鉴定标准制定相关的8个问题,包括是否覆盖所有品种类型、是否鉴定所有杂株类型、是否提供杂交种的制种亲本、是否用田间小区种植鉴定结果进行校正、是否指定检测平台、是否在纯度鉴定前先鉴定真实性、是否所有样品都能鉴定、是否适用于转基因品种纯度鉴定,确定一套切实可行的纯度分子鉴定技术规范和标准。以玉米杂交种纯度分子鉴定为例,确立鉴定引物选择和鉴定程序,并分析弱苗、病苗、非典型株和种子发芽率对田间小区种植和室内分子鉴定结果吻合性的影响。     

基于SNP标记的玉米容重QTL分析

以240个DH系为作图群体,利用SNP芯片对DH群体进行基因型分析,构建连锁图谱,对DH群体进行容重性状鉴定。结果表明,采用复合区间作图法进行QTL定位分析,在4个环境下共检测到5个控制玉米容重的QTL,联合贡献率为23.61%;位于第1染色体的q Tw1-1介于SNP标记PZE-101032246与SYN13192之间,位于第9染色体的q Tw9-1介于SNP标记PZE-109011840和SYN6085之间,分别解释11.9%和7.8%的表型变异,表明这些区域可能包含调控玉米容重性状关键基因。     

适用于玉米特定分离群体的高通量SSR检测技术研究

为了提高利用玉米DH群体进行遗传连锁图谱构建的效率,降低其成本,提出利用毛细管荧光电泳技术进行多个引物复合电泳的策略,讨论此策略在玉米特定分离群体SSR分析中的应用,为提高玉米分子育种中的实验效率提供新思路。     

玉米抗甘蔗花叶病毒QTL的初步研究

以黄早四(抗)×掖107(感)的F2分离群体(184个单株)为作图群体, 构建了具有65个SSR标记位点的遗传连锁图谱, 覆盖玉米基因组1333.3 cM, 标记间平均距离20.5 cM. 通过人工接种鉴定评价184个F3家系对SCMV引起的玉米矮花叶病的抗性反应. 采用复合区间作图法对抗病数量性状位点(QTL)进行定位及遗传效应分析, 结果共检测到3个QTLs,     

吉林省42份主推玉米杂交种的遗传分析

利用SSR标记对42份吉林省主推玉米杂交种的遗传多样性进行分析,23对SSR引物在42个供试品种中共检测出113个等位基因变异,每对引物检测出的等位基因数为2~8个,平均每个位点4.91个,每个SSR的多态性信息量(PIC)的变幅为0.4012~0.9974,平均值为0.6892。结合分子聚类结果与亲本自交系系谱来源,分析供试材料的种质基础和遗传结构。结果表明,不同年份审定品种有较近的遗传距离,且在42份供试材料的64个玉米亲本中具有国外、Lancaster、Reid和塘四平头血缘的亲本约占80%。     

收获期对秋播糯玉米不同品种产量与淀粉糊化（RVA）特性的影响

 【目的】根据收获期对糯玉米籽粒产量和淀粉糊化特性的影响,确定不同糯玉米品种的适宜收获期。【方法】采用二因素裂区设计（8个品种为主区、4个收获期为副区）,研究了不同品种籽粒产量、淀粉含量和RVA特征值在不同收获期（花后30、35、40和45 d）下的变化。【结果】随着收获期延迟,籽粒产量逐渐增加,增加速率以花后35～40 d最快,日增重达5.2%,花后40 d增加缓慢。淀粉含量先升后降,在花后35～40 d达到峰值,后期略有下降。收获期对糊化温度没有影响,而峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度和峰值时间均随着收获期的延迟呈先升后降趋势,这几项指标在花后40 d最高,回复值此时最低。RVA谱特征值中,糊化温度和峰值时间受收获期的影响较小,而峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度和回复值受收获期的影响较大。【结论】综合考虑产量、淀粉含量和RVA特征值在不同收获期间的变化趋势,可认为花后40 d收获在保证产量的同时有利于改良糯玉米淀粉的品质。     

利用InDel标记基于玉米胚乳基因型的亲子鉴定方法

基于玉米胚乳中母本和父本DNA的2∶1的剂量关系,利用20个InDel标记在荧光毛细管电泳平台上对玉米进行亲子鉴定并得到玉米杂交种三联体的指纹数据。研究利用8个玉米杂交种单株的胚及胚乳DNA得到在11个杂和位点上每个基因型的峰面积,并计算得出胚和胚乳各自的等位基因扩增比(左峰面积/右峰面积)。通过比较发现,胚及胚乳之间的等位基因扩增比具有显著差异。在其中4个标记上(IDP054、IDP151、IDP161、IDP238),胚乳DNA等位基因扩增比较胚DNA低,胚乳的右峰面积较大,说明右峰代表基因型的DNA含量较高,判断该位点右峰代表的基因型为母本基因型。依此判断另外7个标记的左峰代表基因型为母本基因型,最终得到玉米杂交种三联体的指纹数据,通过与杂交种双亲的指纹进行比对验证判断结果的正确性。     

利用InDel标记划分玉米自交系的杂种优势群

利用北京市农林科学院玉米研究中心构建的多重扩增靶向捕获测序基因分型InDel标记组合，对102份玉米自交系进行InDel标记的基因分型。利用UPGMA方法将102份玉米自交系划分为6个杂种优势群包括瑞德群、塘四平头、兰卡斯特群、旅大红骨群、P群及热带和亚热带混血群。类群分析结果与现有的杂种群和已知谱系高度一致。