棉花育種中SSR運用研究范文

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重復DNA序列是真核基因組的一種完整的組成成分,分為分散的與串聯的重復兩種。分散重復的單元散布在整個基因組的許多位點上,而串聯重復的單元卻以首尾相接的方式在基因組上排列。根據組成串聯重復的單元的長度、拷貝數及它們在基因組上的地位,可將其分為衛星DNA(SatelliteDNA)、小衛星DNA(MinisatelliteDNA)、微衛星DNA(MicrosatelliteDNA)[1]等。微衛星DNA是短的、串聯的簡單重復序列(SimpleSequenceRe-peats,簡稱SSR),其基本單元由1~6個核苷酸組成,在植物種間及居群間、個體間存在高度的多態性,且在特定位點上按孟德爾方式分離,為一種共顯性的DNA分子標記。棉花基因組中存在著豐富的SSR標記,近年來,SSR標記以其獨特的優勢,已被廣泛用于棉花的遺傳圖譜構建、目標基因定位、遺傳多樣性分析、種質鑒定及分子標記輔助選擇等方面的研究。

1SSR標記的原理及特點

微衛星DNA分布于基因組的不同位置上,由于串聯重復的數目是可變的而呈現出高度的多態性,SSR位點上等位基因長度變異的產生和高度變化高變,是因為在重復序列復制過程中DNA聚合酶的滑動以及酶對被滑動鏈的錯誤修復,而產生的一個或多個重復單位的插入或缺失。微衛星位點兩側多是較為保守的單拷貝序列,因此根據兩端的序列,設計一對特異引物,對研究對象的基因組DNA進行PCR擴增,可擴增出位于其間的核心微衛星DNA序列,擴增產物用高濃度的瓊脂糖凝膠或變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,從而對其多態性進行分析。SSR標記同其它分子標記一樣,具有選擇中性的特點,即隨機遺傳漂變而非選擇壓力在分子進化中起主導作用,穩定可靠。而SSR標記又有著自身獨特的優勢:在特定位點上按孟德爾方式分離,呈現共顯性遺傳,能夠區分雜合體和純合體;在真核生物基因組中廣泛存在,多態性好,每個位點有多個等位基因形式;對DNA的質量和數量要求不高,僅需微量組織,即使DNA部分降解,也能進行有效的分析鑒定,操作簡便快速。它較RAPD重復性好,又兼具AFLP的高效性和RFLP的共顯性,是目前較受歡迎的分子標記技術[2]。但SSR標記也有一定的局限性,必須事先知道微衛星兩翼序列信息才能設計引物,對于許多物種需構建文庫,但對于主要農作物和經濟作物的基因組而言,可從互聯網上共享引物序列的寶貴資源。

2SSR標記在棉花遺傳育種中的應用研究

2.1棉花種質資源的遺傳多樣性鑒定

遺傳多樣性是指生物種內不同群體之間和群體內不同個體之間遺傳變異的總和,是生物多樣性的基礎和重要組成部分,經過長期的人工馴化和定向培育,致使棉花栽培種的遺傳多樣性逐步喪失,而棉花野生種系等則有豐富的遺傳多樣性,含有可被棉花育種應用的優良基因。利用ssr引物對不同基因型的棉花種質材料進行擴增,分析擴增條帶的大小和數目的差異,通過聚類分析,估算遺傳距離,研究種質資源的多樣性,對棉花育種中科學地配置雜交組合有著重要的指導意義。陳光等[3]用24對多態性SSR引物對45個國內和8個國外的海島棉品種進行多樣性研究,檢測到97個等位基因,聚類分析結果表明,這53個品種被分為兩大類,與系譜來源一致。武耀廷等[4]用48對SSR引物對30個棉花栽培品種和4個高優勢雜交種的親本進行了多態性篩選,有27對引物檢測到了多態性,用SSR3442、SSR2495、SSR3347和SSR1231標記區分了湘雜2號、皖雜40、中棉所28、南抗3號的F1雜種和它們的親本以及其它栽培品種。賀道華等[5]選用均勻分布于棉花基因組的132個SSR標記,對92份棉花品種(系)進行分析,共擴增出494條多態性帶,其中72個位點檢測出超出4個等位基因,8個位點未檢測出多態性,等位基因變異的多態性信息含量(PIC)在0.0100~0.8714之間,平均為0.5466。UPGMA聚類圖和系譜追溯結果顯示,這些品種資源的DNA聚類與其地理生態來源無關,而與品種的親緣關系相關性較高,該群體存在較高程度的遺傳多樣性。用分布于全基因組的分子標記分析的是總DNA水平的差異,其聚類結果更能真實的反映品種間的遺傳差異。龐朝友等[6]用37對多態性SSR引物和15個表型性狀對155份棉屬種間雜交漸滲系及其10份陸地棉親本進行了聚類分析,聚類結果與種質材料的系譜來源基本吻合,而表型性狀分析結果與系譜來源差異較大。張杰等[7]用87對多態性SSR和EST-SSR引物對57份棉屬種間雜交漸滲系及其6個代表性血緣親本進行了鑒定分析,結果表明,漸滲系的SSR聚類與種質材料的系譜來源也基本吻合,而和農藝性狀的聚類結果相差很大。這些研究表明,SSR標記分析更能反映棉花品種間的親緣關系,在種質資源鑒定中有著重要作用。

2.2研究棉花遺傳圖譜的構建和目標基因的定位

分子標記連鎖圖是直接基于DNA結構上的遺傳變異而構建的,具有標記數量大,不受環境影響等特點。利用SSR標記技術進行棉花的遺傳圖譜構建和QTLs等目標基因的定位,是該技術在棉花遺傳育種中的又一重要應用。陳利等[8]用3458對SSR引物篩選出陸地棉中棉所35和渝棉1號間的173對多態性引物,構建的遺傳連鎖圖譜總長1309.2cM,覆蓋棉花基因組的29.5%,包括148個標記,36個連鎖群,在渝棉1號×中棉所35的F2和F2:3群體中共檢測到4個產量性狀QTLs和5個纖維品質性狀QTLs,被定位于第7、15、21、9和20染色體上,為產量和纖維品質輔助選擇提供了依據。劉曉杰等[9]用28對多態性SSR引物對陸地棉遺傳標準系TM-1與棉花纖維突變體ligonlintless的雜交一代進行分析,檢測出23個多態性位點,用Joinmap3.0軟件繪制連鎖圖,將致使成熟的棉花長纖維極度縮短的纖維突變體ligonlintless的Li基因連鎖定位在22號染色體上。范術麗等[10]用25個SSR標記、35個RAPD標記和13個SRAP標記對短季棉中棉所36×TM-1的207個F2單株進行作圖,得到總長1174.0cM的遺傳連鎖圖譜,覆蓋棉花基因組的23.48%,檢測到與短季棉早熟性狀相關的12個QTLs,其中有8個成簇分布在LG1連鎖群上,為短季棉的早熟性遺傳改良奠定了基礎。

2.3SSR分子標記輔助棉花育種

通過與目標基因緊密連鎖的分子標記,將目標基因聚合在品種中,達到對目標基因的選擇不受環境和生長階段的影響,減少了選擇的盲目性,大大提高了育種效率。王芙蓉等[11]用SSR標記對魯原343×魯棉研22號的F2群體進行抗黃萎病性狀的定位分析,并用檢測到的與3個QTLs位點連鎖較緊密的SSR標記對雜交后代F5進行輔助鑒定,發現NAU751和BNL1395的抗性基因型均能顯著增加后代的黃萎病抗性,兩個標記的抗性基因型聚合后,后代抗性水平顯著提高。石玉真等[12]用與已定位的高強纖維QTL緊密連鎖的2個SSR標記,對兩套雜交組合的不同世代群體進行分析研究,成功培育出纖維優質的株系。張麗娜等[13]用2個棉花耐鹽材料和2個鹽敏感材料,篩選出274對SSR多態性引物,其中10對引物在耐鹽性不同的材料中擴增出差異性片段,為棉花耐鹽性的分子鑒定和育種提供了依據。

2.4研究棉花品種(雜種)純度鑒定

品種純度鑒定是良種繁育的重要內容,利用分子標記進行種子純度鑒定,方便快速。由于SSR標記呈現共顯性,利用雜交種親本在某些SSR位點上的差異,即可將親本與雜交種區分開,為雜交種的鑒定提供一個準確、穩定、快捷的實用方法。李育強等[14]用19對多態性SSR引物,對長江流域大面積推廣種植的湘雜棉系列及其中部分湘雜棉親本進行擴增,構建了湘雜棉指紋圖譜,可很好地區分湘雜棉與父母本,并對未知種進行了準確的身份識別。許蘭杰等[15]用77對SSR引物篩選興雜2號雙親間的多態性引物,獲得了可準確鑒別興雜2號及其親本間差異的4對SSR引物。付小瓊等[16]用SSR標記篩選出了15對用于鑒定棉花雜交種中棉所72純度和真實性的SSR引物,為中棉所72的自主知識產權的保護提供了科學依據。艾買提•圖如普等[17]用107對SSR引物在雜交種天云1號、天云3號及各自的親本中,篩選出8對用于鑒定這兩個雜交種的SSR標記,可準確的分別將其區分開來。

3展望

SSR標記技術以其獨特的優勢,正在并將繼續在棉花遺傳育種中,發揮不可或缺的作用。各種DNA分子標記技術的綜合運用,并將生化標記、細胞學標記、形態學標記和傳統育種相結合,棉花遺傳育種研究才能更加穩健快速地發展。