本发明属于分子生物学领域,具体涉及一种鉴定西瓜种皮颜色的InDel分子标记及其引物和应用。
背景技术:
除了品质和抗性性状,西瓜种子性状也是育种家新品种选育的目标之一。西瓜种皮颜色变异丰富,却没有统一的描述标准,不同的研究很难进行比较。马双武主编的《西瓜种质资源描述规范和数据标准》将种皮底色(第一颜色)分为白、黄白、灰黄、黄、红黄、浅红、红、红褐、灰褐、黑、绿和灰绿12种,种皮覆纹(第二颜色)特征分为灰褐色斑点、灰褐色斑纹、黄白色斑块、黄红色斑块、黄褐色斑块和黑色斑块六种。
西瓜种子存在一些已知的基因突变体,遗传学分析已经发现控制种皮颜色的3个基因,包括r(Poole et al.,1941)控制红色种子,t(McKay,1936)控制棕褐色(tan)种皮,w(Poole et al.,1941)控制白色种皮。r、t和w相互作用产生六种不同的种皮颜色:黑色(RR TT WW)、土色(RR TT ww)、棕褐色(RR tt WW)、白色带棕褐色种尖(RR tt ww)、红色(rr tt WW)、白色带粉红色种尖(rr tt ww)(Kanda 1951)。还发现一个控制种皮颜色的修饰基因d(Poole et al.,1941),当r、t、w为显性时产生黑色(RR TT WW DD)或黑色带斑点种皮(RR TT WW dd),但对其他种皮颜色没有影响。并且这四个基因对绿色种皮颜色没有作用。传统的遗传学采用数理统计的方法,只能将控制种皮颜色的一个或多个基因作为一个整体进行研究,不能确定单个基因在染色体上的位置及效应(徐云碧,1992)。
技术实现要素:
针对以上问题,本发明通过QTL定位首次在8号连锁群定位到了种皮颜色的主效QTL(数量性状位点),并结合亲本重测序制备到与西瓜种皮颜色紧密连锁的InDel分子标记,设计了其引物,并在西瓜种皮颜色育种中进行了应用,可为鉴定西瓜种皮颜色提供新手段,加速西瓜种皮颜色的改良进程,提高育种的准确性和选择效率。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
设计一种鉴定西瓜种皮颜色的InDel分子标记,其核苷酸序列为:ATATGAGCCCGTAGAGG。
上述InDel分子标记的PCR扩增引物,包括以下的引物对:
InDel6_sc8F:AAATCACAGTAATAGAATGCTT;
InDel6_sc8R:TTAGAAGCTACACTCGTCCT。
上述InDel分子标记的筛选方法,包括以下步骤:
(1)利用种皮颜色分别为黄麻和黑色的母本和父本杂交的F2群体构建高密度的遗传连锁图谱,并对父母本、F1和F2群体的93个单瓜种子进行种皮颜色的表型鉴定;
(2)结合遗传连锁图谱和种皮颜色表型鉴定结果,利用专门针对质量性状定位的Rqtl-IM-binary方法进行QTL初定位,在LG8鉴定到一个种皮颜色的主效QTL(sc8),其LOD峰值为17,解释90%的表型变异,对应的置信区间(2-LOD)为119-191cM,对应的物理位置为8号染色体的19.9-25.9Mb;
(3)结合两个亲本的重测序,在QTL峰值附近区域发现20个插入缺失片段大于20bp的InDels,共设计了16对InDel引物;
(4)利用对应的InDel引物在父母本、F1进行多态性筛选,然后利用多态性的InDel引物在F2群体中进行基因型鉴定;
(5)将种皮颜色表型归为一个形态学标记SC8,加上InDel分子标记的基因型鉴定结果与LG8上的其它SNP标记利用JoinMap4.0进行图谱构建,发现SC8位于主效QTL sc8的置信区间,并且其中一对新开发的引物InDel6_sc8与SC8的连锁程度很紧密,两者的遗传距离仅为1cM。
利用上述技术措施,发明人最终获得了与西瓜种皮颜色紧密连锁的插入缺失分子标记InDel6_sc8,其对应的西瓜参考基因组物理图谱的位置为8号染色体的22640623bp,序列为ATATGAGCCCGTAGAGG,其特异的扩增引物序列为,
InDel6_sc8F:AAATCACAGTAATAGAATGCTT;
InDel6_sc8R:TTAGAAGCTACACTCGTCCT。
利用上述InDel分子标记鉴定西瓜种皮颜色的方法,包括以下步骤:
(1)引物设计:设计并筛选,得到所述扩增引物;
(2)DNA提取:利用CTAB法提取西瓜植株总DNA;
(3)PCR扩增:
反应体系:100ng/μl西瓜植株总DNA 1μl、正向引物(10μmol/l)1μl、反向引物(10μmol/l)1μl、2×Power Taq PCR MasterMix 12.5μl、ddH2O 9.5μl;
反应程序:94℃5分钟,35个循环的94℃20秒钟、55℃1分钟、72℃30秒、72℃5分钟;
(4)电泳图谱分析:对所得扩增产物进行8%聚丙烯酰胺凝胶电泳、显影、染色和带型判读,找到目标条带,根据扩增产物的条带大小及位置关系确定所属基因型(197bp的条带代表黄麻种皮基因型,180bp的条带代表非黄麻种皮基因型)。
本发明具有以下积极有益效果:
本发明InDel分子标记变异稳定、检测容易,并且成本低廉,提高了西瓜种皮颜色育种的选择效率和准确率,从而能加快育种进程。此外,此标记与目标QTL紧密连锁,遗传距离仅为1cM,在群体中检测效率达到100%,加快了西瓜种皮颜色基因的克隆和功能验证。
附图说明
图1种皮颜色全基因组的QTL扫描图谱。
图2开发InDel标记加入图谱前后分析;A:LG8种皮颜色QTL扫描;B加上分子标记InDel6_sc8后的连锁分析。
图3利用分子标记InDel6_sc8的引物在部分F2群体基因组DNA中的扩增结果;父母本方框中条带为目的条带,名称皆为品种名称\代号的后两/三位。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。以下实施例中所涉及的原料,如无特别说明均为市售,所涉及检测方法如无特别说明,则均为常规方法。
实施例1
鉴定西瓜种皮颜色的InDel分子标记的开发方法,具体步骤如下:
(1)西瓜种皮颜色全基因组QTL定位
利用母本“ZXG01478”(黄麻:种皮底色为黄,覆纹为灰褐色斑点)和父本“14CB11”(黑:种皮底色为黑,无覆纹)杂交获得的F2群体已经构建了高密度的遗传连锁图谱(Shang et al.,2016),并对父母本、F1和F2群体的93个单瓜种子进行种皮颜色的直观鉴定;结合遗传连锁图谱和F2群体表型鉴定结果,利用Rqtl-IM-binary方法(Yandel et al.,2007)进行QTL初定位(图1),仅在LG8鉴定到一个种皮颜色的主效QTL(sc8),其LOD峰值为17,解释90%的表型变异,对应的置信区间(2-LOD)为119-191cM,对应的物理位置为8号染色体的19.9~25.96Mb。
(2)父母本的重测序
利用母本和父本进行了22×深度的高通量重测序。两个亲本共检测到45134个小的InDel。
(3)QTL区域InDel标记的开发
在QTL定位的峰值附近区间发现20个插入缺失片段大于20bp的InDels。利用Perl自编程序提取插入缺失相应位置前后各500bp的序列,共设计16对对应的InDel引物。
实施例2
西瓜F2群体分子标记分析,包括以下步骤:
(1)利用CTAB法提取叶片总DNA,具体步骤如下:
①取1g新鲜叶片放入研钵,加入液氮研成粉末状,随即转入加有1mlCTAB抽取液的离心管中,使二者充分混匀,然后置于65℃恒温水浴60min,其间颠倒混合2-3次;
②从水浴锅取出后,8000rpm离心1min;
③取上清液置于另一离心管中,加等体积的氯仿:异戊醇(24:1,V/V),轻轻颠倒使其充分混匀;
④10000rpm离心5min,取上清液(尽量不取到中层沉淀);
⑤加入0.7倍体积的异丙醇(需提前预冷30min),混匀后置于-20℃冷冻不超过30min让DNA析出;取出后10000rpm离心5min,留沉淀弃上清液;
⑥用无水乙醇清洗沉淀数次,倒掉浸泡液,打开离心管盖子晾干;
⑦加入200μl的蒸馏水溶解DNA;用紫外分光光度计测定DNA的浓度,于-20℃冰箱中保存备用。
(2)PCR反应体系和程序
反应体系如下:西瓜叶片总DNA(100ng/μl)1μl、Forward primer(10μmol/L)1μl、Reverse primer(10μmol/L)1μl、2×Power Taq PCR MasterMix12.5μl、ddH2O 9.5μl。
PCR反应程序为:94℃5分钟,35个循环的94℃20秒钟、55℃1分钟、72℃30秒、72℃5分钟。
(3)对PCR产物进行8%聚丙烯酰胺凝胶电泳、显影、染色和带型判读。
①试剂配制:
A.5×TBE:
Tris-base 53.9克
EDTA 3.72克
硼酸 27.5克
用蒸馏水定容至1升。
B.40%聚丙烯酰胺溶液:
聚丙烯酰胺 193.34克
甲叉双丙烯酰胺 6.66克
用蒸馏水定容至 500毫升。
C.8%聚丙烯酰胺凝胶(现配现用):
D.银染液:
硝酸银 1克
冰醋酸 5毫升
无水乙醇 50毫升
用去离子水定容至500毫升。
E.显影液:
氢氧化钠 15克
甲醛(37%) 2.5毫升
用去离子水定容至 500毫升。
②凝胶板准备:
玻璃板用蒸馏水洗净、晾干后,用浸泡过无水乙醇的脱脂棉球擦拭,晾干。将凹板和平板叠合紧密后放入制胶器中压紧并扣好其两边的夹子(一个制胶器可制作两板凝胶)。在洗瓶内配置8%聚丙烯酰胺凝胶溶液(两份),混匀后快速注入两板中间的缝隙内,注满后插入有齿的梳子(不要让梳子齿的下方产生气泡);若此时液面有所下降,可用移液器吸取未凝固的溶液来补充。等待溶液充分凝固。
③电泳:
将制胶器支架从底座上取下,直接放入配套的电泳槽中,在电泳槽底部及支架上两块玻璃板中间倒入适量的1×TBE缓冲液。在PCR产物中加入0.2倍体积的6×DNA Loading Buffer,混匀后取0.8微升加入点样孔内,260伏电泳35分钟。
④染色和显影:
电泳完成后,从电泳槽中取出玻璃板,撬去凹板,凝胶会贴附于平板上,凝胶面向上将平板放入银染液中,置于脱色摇床上轻摇15分钟,凝胶会自动脱落下来;银染完毕,将凝胶取出放入去离子水中清洗10秒;清洗完毕后将凝胶转入显影液中,轻摇摇床,待条带清晰后取出凝胶,放置在阅片器上肉眼观察条带的位置差异,并拍照保存。
⑤带型判读:
将显影后自然干燥好的玻璃板置于阅片台上,肉眼观察两亲本条带的位置差异。
实施例3
F2群体遗传连锁图谱重新构建,其步骤如下:首先利用种皮颜色形态标记(SC8)、新开发的InDel标记和LG8上其它的SNP标记利用Joinmap4.0软件进行连锁分析,发现SC8位于主效QTL sc8的置信区间,并且是比较接近QTL峰值的位置,新开发的标记之一InDel6_sc8与SC8的遗传距离很近,仅为1cM(图2)。至此,我们开发了与种皮颜色QTL(sc8)最为紧密连锁的共显性分子标记InDel6_sc8,对应于8号染色体22640623bp的一个17bp的插入缺失,其序列为ATATGAGCCCGTAGAGG,其引物序列为,InDel6_sc8F:AAATCACAGTAATAGAATGCTT;InDel6_sc8R:TTAGAAGCTACACTCGTCCT。该引物在母本(黄麻)中的扩增产物为197bp,在父本(黑色)中的扩增产物为180bp,该标记与SC8的遗传距离仅为1cM,与种皮颜色QTL(sc8)的连锁程度很紧密。
实施例4
一种实施例3所筛选InDel分子标记在育种中的应用,其应用步骤如下:
(1)如实施例2进行InDel6_sc8分子标记在F2群体中的基因型鉴定(图3)。
(2)检查InDel6_sc8分子标记的两种基因型(A代表母本带型,B代表父本带型,H代表杂合基因型)在93个F2群体中的分布情况(表1)。
结果表明,分子标记InDel6_sc8的基因型在20份黄麻种皮株系中都为A(197bp)。而在73份非黄麻(黑或褐)株系中,有23份为B(180bp),50份为H。
分子标记InDel6_sc8的基因型为A的20个株系都是黄麻,而在基因型为B的23个株系都是非黄麻(黑或褐),其基因型鉴定的准确率达到100%。
以上的结果足以说明通过分子标记InDel6_sc8来预测西瓜种皮颜色(特别是隐性黄麻种色),可以提高西瓜种皮颜色育种的选择效率,从而加速育种进程。
表1 InDel6_sc8在F2群体中的鉴定和验证
SEQUENCE LISTING
<110> 河南牧业经济学院
<120> 鉴定西瓜种皮颜色的InDel分子标记及其引物和应用
<130> /
<160> 3
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 17
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
atatgagccc gtagagg 17
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
aaatcacagt aatagaatgc tt 22
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 3
ttagaagcta cactcgtcct 20