植物EST-SSR技术及其应用

EST是指从EST cDNA文库中随机挑取克隆进行单轮自动测序所获得的短的、常常是未加编译的cDNA序列.目前,大约有200种植物共超过1 500多万条的EST的序列,研究表明对EST进行大规模研究已成为功能基因组学研究的最佳途经之一.分析和比较EST序列就可以得到关于基因的表达、功能及进化信息,利用大量的EST序列已经成为发现新基因及了解植物新陈代谢一种简便有效的方法.通过介绍基于植物表达序列标签(EST)的微卫星(SSR)标记的研究现状,并对一些植物中利用EST-SSR标记在遗传图谱构建、遗传多样性、通用性等方面的应用进行了综合评述.同时也提出利用EST存在的一些不足及发展趋势.     

芝麻EST-SSR标记的开发和初步研究

为了加速分子标记在芝麻研究中的应用,利用网上现有的芝麻EST(expressed sequence tags)数据信息,开展了芝麻EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。 在所有的3 328条芝麻EST序列中共确认得到1 785条非冗余EST序列。其中,在含有微卫星重复的148条序列中共检测有155个EST-SSR。非冗余EST序列总长为774.266 kb,平均每4.99 kb含有一个EST-SSR。EST-SSR的分布频率和特征分析表明,以AG/TC为重复基元(motif)的SSR出现最多,占总SSR的37.42%。利用这些序列,设计开发了50对EST-SSR引物,并分别选用36个芝麻、2个棉花、2个大豆和2个油葵进行多态性和通用性研究。其中44对引物在供试芝麻材料中扩增出条带,共产生108个位点,平均每对引物产生2.45个位点,多态信息含量(polymorphism information content, PIC)平均值为0.390。根据遗传相似性系数进行聚类,有26个芝麻材料聚类在两个大的亚类(III和IV)中,聚类结果表明芝麻的基因型与地理来源之间没有必然的联系。此外,分别有2对、3对和4对引物可以在棉花、大豆和油葵中进行通用性扩增。本研究证实这种全新开发的芝麻EST-SSR标记在芝麻遗传多样性分析、遗传图谱构建以及比较基因组等研究方面有广阔的利用前景。     

楸树EST-SSR标记开发及种质资源的遗传多样性分析

利用转录组数据开发SSR标记是一种经济高效的DNA分子标记开发策略。本研究利用高通量测序技术开发楸树(Catalpa bungei)EST-SSR标记,了解其在转录组序列中的分布类型,并利用41对多态性较好的引物对来自安徽(AH)、河南(HN)、湖北(HB)和山东(SD)的4个楸树居群的48个无性系的遗传多样性进行分析。结果表明:在大于1kb的14634条序列中,共鉴定出3999个SSR位点,580条序列包含2个及以上位点;单核苷酸重复(1957,48.94%)是最常见的SSR类型,其次是二核苷酸重复(1164,29.11%),三核苷酸重复(834,20.86%),四核苷酸重复(41,1.03%)和五核苷酸重复(3,0.08%);共扩增出243个等位基因,每个位点的等位基因数为3~13个,平均为4.85个,观测杂合度为0.14?1.00,平均为0.63,期望杂合度为0.42?0.84,平均为0.67,大部分位点偏离哈迪-温伯格平衡;AH和HN居群在有效等位基因数和期望杂合度的数值较高,表明其遗传多样性较丰富;分子方差分析(AMOVA)表明,遗传变异主要发生在居群内。本研究为楸树及同属其他树种种质资源鉴定、遗传多样性提供依据,且在指导楸树良种选育等方面具有重要的意义。     

甜瓜果肉颜色遗传分析及相关分子标记的开发

甜瓜果肉颜色是影响消费者选择的重要果实品质性状之一。为了研究甜瓜果肉颜色性状的遗传规律,以‘库克拜热’(绿肉)与‘西州蜜’(橙肉)构建BC1群体,‘库克拜热’与‘皇后’(橙肉)构建F2群体,利用集群分离分析(bulked segregation analysis, BSA)与简单重复序列(simple sequence repeats, SSR)分子标记相结合的方法,明确了在上述甜瓜品种中,果肉颜色受两个基因的调控,其中橙色果肉控制基因gf对白色果肉控制基因wf具有显性上位作用,绿色对白色为隐性。本研究同时开发出相应的多态性分子标记,其中分子标记SSR2021、SSR2103与gf紧密连锁,分子标记SSR2956、SSR2980与wf紧密连锁,可用于区分橙色、白色和绿色果肉甜瓜。本研究为不同果肉颜色甜瓜的选育提供一定的理论基础和技术支持。     

黄瓜果实EST-SSR标记的开发

黄瓜EST序列数量的迅速增加为开发新的SSR标记提供了宝贵的数据资源.本研究从GeneBank上公布的黄瓜EST序列中检索到902条来自果实的序列,利用SSRIT软件分析得到63条包含SSR的EST序列,设计了37对EST-SSR引物,结果显示有9对引物在7份黄瓜自交系上扩增有多态,占所设计引物总数的24.3%,平均等位变异数为2.1个,7份自交系间C8和S06遗传相似系数最小为0.22.有27对引物在3份甜瓜上有扩增产物,其中1对引物扩增有多态.这为今后黄瓜基因组研究奠定了一定基础.     

辣椒EST-SSR标记的开发

对4000条辣椒EST序列进行筛选,获得了119条含有SSR的EST,共设计出35对EST—SSR引物,占所有EST序列的0．87％。在所有的SSR—ESTs中,二核苷酸重复含量最高,其次是三核苷酸重复。GA和AGA分别是二,三核苷酸重复中含量最高的重复基元。以不育系（cytoplasmic male sterility,CMS）,保持系基因组DNA为模板,对EST—SSR引物进行筛选,首次获得Pe21、Pe26和Pe27等3对特异引物,并扩增出特异片段分别为CMSPe2160、CMSPe260、CMS Pe27300. EST—SSR标记作为功能基因的一部分,可以直接揭示或反映相关基因功能,特异标记基因的一部分序列,它的应用将对进一步研究辣椒胞质雄性不育分子机理带来一定的促进作用。     

板栗贮藏中的主要病害及其防治

为了提高板栗的贮藏保鲜效果,开发无公害的天然保鲜剂,以北京产板栗为试材,通过对板栗贮藏期间主要病害病原菌的多次分离、鉴定、接种,初步判断引起板栗贮藏病害的主要病原菌为松生厚星裂壳孢和可可毛球二孢,利用厚朴提取物洗果,可以减少板栗贮藏病害的发生,试验结果表明,在发病高峰时对照发病率为18.35%,利用厚朴提取物洗果的发病率为2.85%￣3.03%。     

基于简化基因组的甜叶菊分子标记开发

本研究旨在筛选和开发具有多态性的甜叶菊基因组分子标记。选取4个甜叶菊品种为材料,利用简化基因组测序技术(RAD-seq)开发SSR和SNP标记。开发并验证了149对多态性丰富、重复性好、特异性高的简单重复序列(SSR)和4组功能性的SNP标记,开发的多态性基因组分子标记中包含了甜叶菊糖苷合成途径关键基因的新标记StKASPSNP-7。验证了基于KASP技术开发甜叶菊功能SNP标记的可行性,为甜叶菊遗传图谱构建、分子鉴定奠定了基础。本研究开发的SSR和SNP标记可应用于甜叶菊的遗传图谱分析、品种真实性的高效快速鉴定以及高糖苷含量新品种的开发。     

利用水稻基因组序列数据开发SSR标记的方法

水稻基因组序列中存在着丰富的简单重复序列(SSR)，而已经开发利用的仅仅是一小部分。本文提出了通过搜索水稻基因组序列中的简单重复序列开发SSR标记的思路和方法，并介绍了应用本方法成功地在500kb范围内，获得22个SSR标记，其中10个在定位群体中扩增出多态带的SSR标记并将其定位，本实例验证了利用水稻基因组序列数据开发SSR标记是十分有效的。     

EST技术及其应用综述

EST(Expressed Sequence Tag,EST)指的是一组cDNA的部分序列,一般长度为150~500bp,是由大规模随机挑取的cDNA克隆测序得到的组织或细胞基因组的表达序列标签。一个EST代表生物某一时期的某种组织或细胞的一个表达基因。主要综述了EST技术的原理方法以及EST技术在构建遗传学图谱、分离与鉴定新基因、基因表达谱的研究、比较基因组学的研究和制备DNA芯片等方面的应用。     

花生EST-SSR分子标记的开发

利用NCBI的Genbank数据库中公布的花生53177条EST序列以及本实验室创造的花生栽培品种E12(Arachis hypogaea L.)所构建的Unigene文库中的4 074条EST序列,对这些序列进行前期处理(去除冗余序列,对含有重叠区域的EST序列进行拼接),总共获得非冗余且拼接较长的序列11 260条.通过软件分析发现两个EST库中共包含有1 323个SSR位点,主要是2个和3个核苷酸重复,除此之外也有少量的4核苷酸重复以及复合重复.这些EST-SSR平均长度为18.88 bp,平均每8.5条EST序列就包含有一个SSR位点.其中AG/TC、CTY/GAA重复出现的频率最大,分别占到2个核苷酸重复和3个核苷酸重复的39.3%和22.6%.     

EST-SSR标记的开发及其在木本植物中的分布特点

随着基因组学的发展和高通量测序技术的应用,EST在很多植物中开展起来,为开发EST分子标记奠定了基础。近年来EST-SSR在木本植物研究报道较多,主要介绍了EST-SSR开发的一般步骤,综述了木本植物中EST-SSR的分布特点及其原因,并对今后的发展进行展望。     

小白菜品种的SSR指纹图谱及遗传特异性分析

为研制我国小白菜品种的DUS测试标准,搜集和筛选了形态差异大、不同生态类型的地方品种和目前生产上栽培面积大的杂交一代品种80份,在植物学性状调查的基础上,利用SSR标记对80份小白菜品种进行了遗传特异性分析,构建了SSR指纹图谱.从131对SSR引物中筛选了20对多态引物组合,对80个品种进行了分析,共检测出56个多态性条带,多态性比率73.68%,平均每对引物组合产生2.8个多态性条带.用5对引物Na12E02、Na12A08、Ni4D09、BRMS-269和BRMS-296的组合获得了每个品种的SSR特征带,可以将80个品种区分开来,从而建立80份小白菜品种的SSR指纹图谱.基于SSR标记的聚类分析表明,形态相似或来源相同的品种遗传基础相近,以遗传距离为0.36为划分标准,87.50%的品种具有遗传特异性.     

不同抗蚜性小麦品种（系）的遗传多样性 SSR 标记分析

为了揭示小麦抗蚜品种（系）的遗传多样性,在田间蚜虫圃对150份小麦品种（系）孕穗期和灌浆期蚜量比值进行2年对比的基础上,选取抗性结果较为一致的材料,利用筛选的54对具有多态性的SSR标记检测了43个不同抗蚜水平小麦品种（系）的遗传多态性。结果表明,54对SSR标记在这43份不同抗蚜水平小麦品种（系）中检测到365个等位变异,每个引物检测到2～18个等位变异,平均为6．7个;从每条谱带在所有材料中出现的频率来看,变异范围为2．3％～97．7％;多态性信息量为0．05～0．91,平均为0．65;43个小麦品种间的相对遗传距离为0．30～0．90,平均为0．52;SSR标记聚类分析在相对遗传距离为0．55处将43个不同抗蚜水平小麦品种（系）分为五大类群。选育和推广抗虫品种时尽可能选择聚类图中亲缘关系较远的材料;抗蚜品种京冬6号单独聚为一类,与其余品种亲缘关系较远,可作为新的抗源用于抗蚜育种。因此,用SSR分子标记分析不同抗蚜水平小麦品种（系）间的遗传多样性和亲缘关系,可以为培育和推广抗蚜小麦品种提供参考。     

GenBank数据库中黄麻EST-SSR标记的开发及其通用性评价

本研究从GenBank公共数据库中下载黄麻表达序列标签838条,利用SSRPrimer软件对其进行SSR位点查找,利用Primer 3.0软件设计66对SSR引物,通过琼脂糖凝胶研究这些SSR引物的PCR扩增特点,以检测其多态性。结果表明,66对SSR引物在黄麻属6个不同类型材料的扩增中,42 (63.6%)对引物至少在2个材料之间存在多态性。(AT)n重复基元和(GC-)n丰富的三核苷酸重复基元多态性较高,可作为黄麻SSR标记引物设计的首选。黄麻EST-SSR标记开发效率较高,不仅可以丰富黄麻分子标记的数量,而且为剖析黄麻重要性状的遗传机制奠定基础,这对于黄麻的遗传基础研究具有重要应用价值。     

Development of genomic and EST-SSR markers in radish (Raphanus sativus L.)

Radish (Raphanus sativus L.) belongs to Brassicaceae family and is a close relative of Brassica. This species shows a wide morphological diversity, and is an important vegetable especially in Asia. However, molecular research of radish is behind compared to that of Brassica. For example, reports on SSR (simple sequence repeat) markers are limited. Here, we designed 417 radish SSR markers from SSR-enriched genomic libraries and the cDNA data. Of the 256 SSR markers succeeded in PCR, 130 showed clear polymorphisms between two radish lines; a rat-tail radish and a Japanese cultivar, ‘Harufuku’. As a test case for evaluation of the present SSRs, we conducted two studies. First, we selected 16 SSRs to calculate polymorphism information contents (PICs) using 16 radish cultivars and four other Brassicaceae species. These markers detected 3–15 alleles (average = 9.6). PIC values ranged from 0.54 to 0.92 (average = 0.78). Second, part of the present SSRs were tested for mapping using our previously-examined mapping population. The map spanned 672.7 cM with nine linkage groups (LGs). The 21 radish SSR markers were distributed throughout the LGs. The SSR markers developed here would be informative and useful for genetic analysis in radish and its related species.     

野生稻不同基因组的SSR多样性分析

本研究应用SSR标记分析了 18份野生稻不同基因组材料的遗传多样性。结果表明 :18份野生稻不同基因组材料可分为 3大组 ,即AA和BCD为一组、FF和GG为一组和HHJJ为一组 ;同一基因组内的野生稻亲缘较近 ,不同基因组间的亲缘较远 ;不同基因组的平均遗传多样性和亲缘关系远近的顺序为AA >BCD >BBCC >CCDD >CC >FF ,其中CC和CCDD基因组、FF、GG和HHJJ基因组间的亲缘性较高 ,并推测CC基因组中的药用野生稻 (O officinalis)和宿根野生稻 (O rhizomatis)可能是CCDD基因组的高秆野生稻 (O alta)、阔叶野生稻 (O latifolia)和重颖野生稻 (O grandiglumis)的共同母系亲本。     

烟草表达抗病基因同源物(RGAs)的鉴定及RGA-SSR标记的开发

烟草是研究植物与病原菌互作的理想材料。鉴定烟草抗病基因及其同源物对揭示抗病机制具有重要意义。近年来公共数据库不断增长的EST序列为烟草表达RGA的鉴定提供丰富的数据。本研究通过拼接GenBank收录的412 325条烟草EST序列,获得149 606条Uni-EST序列。随后利用已克隆的112个植物R基因蛋白序列对其扫描,检测出1113个NtRGA,其中有273、546、53、102和30个分别包含NBS-LRR、LRR-PK、LRR、PK和Mlo结构域,另有109个未检测到结构域。通过序列比对将1071个NtRGA定位于N. benthamiana基因组712个位点上。经搜索,从72个NtRGA中检测出78个SSR,根据其侧翼序列设计64对引物。54对成功从烟草基因组DNA中扩增出清晰条带,9对在24个普通烟草品种间检测出多态性,检出等位基因数2~4个,平均2.56个;41对在6个烟草种间检测出多态性,检出等位基因数2~4个,平均2.61个。     

紫云英SSR分子标记的开发及在品种鉴别中的应用

利用生物素标记的(AG)₁₅、(CT)₁₅、(AC)₁₅、(GT)₁₅探针及链霉素亲和磁珠,从紫云英的基因组中富集微卫星(SSR)序列。在用富集片段构建插入文库的950个转化子中,经PCR检测及测序共得到127个SSR序列,微卫星序列的富集效率达15.8%。除去重复或无效的序列,得到33个序列用于引物设计。对征集的9个紫云英品种进行多态性分析,有6对引物扩增出明显且稳定的多态性位点18个。在紫云英的品种水平上,这些SSR位点产生的多态率为50%~100%,有效等位基因数为1.19~1.64,Nei氏遗传多样性为0.13~0.38,Shannon多态信息指数为0.22~0.56;利用这6对引物可将参试品种完全区分开,证明这些SSR位点可用于紫云英品种的指纹鉴别。根据SSR位点的相似性系数,将 9个紫云英品种主要聚成两个类群, 与传统按生育期的紫云英品种划分结果无必然的联系。