一种种质资源库分子身份证的构建方法及其应用

本发明涉及种质资源管理，尤其涉及一种种质资源库分子身份证的构建方法及其应用。

背景技术：

1、现阶段种质资源库通常侧重于对种子的农艺性状进行鉴定、记录和管理，并以此初筛高产、优质和抗逆性强的种质资源后，再对该类资源进行功能基因研究。

2、传统种质资源库管理中存在资源分类不清、种质利用效率较低的问题。现今种质资源库通常仅对已收集农作物种质资源进行植物学类别鉴定和主要农艺性状记录。该种管理模式下的样品未经分子标记鉴定，难以在储存和调用的过程中直接获取基因型信息，无法根据基因型准确区分样品类别、明确样品身份，进而不能充分发掘种质资源的遗传优势，造成库内样品冗杂，无法实现高效管理和开发。同时，由于缺乏原始分子信息，样品在扩繁、追踪和利用过程中，更难以保证其真实性和纯度，导致混杂流失现象发生。

3、传统种质资源管理模式下通常仅记录了种质资源的表型信息，而在繁种和管理过程中可能出现失真而不自知的情况。由于种质资源库内可以储存的样品数量有限，因此种质资源入库量通常较少，在进行样品交流的过程中通常依靠扩繁来完成样品更新。但仅靠表型鉴定而不进行分子跟踪，很容易出现样品变形情况的出现；同时仅保留样品的基础信息和表型信息时，育种家很难通过经验外的手段选取其所需的种质资源样品。

4、上述两个问题极大程度上阻碍了各地种质资源库与育种家间的信息共享和样品流通。

技术实现思路

1、为解决上述问题，特提出本发明。

2、本发明提供了一种种质资源库分子身份证的构建方法，包括：

3、(1)利用ssr分子标记技术为种质资源构建ssr分子身份证；

4、(2)通过背景信息分析，筛选形成群体种质资源库；

5、利用ssr分子身份证对除群体种质资源外的其他样品进行纯合度分析，筛选获得纯合度90％以下的样品，形成异质性种质资源库；

6、在刨除异质性种质资源基础上，为群体种质资源和剩余种质资源构建snp分子身份证，然后结合ssr分子身份证和snp分子身份证对样品的相似度进行分析，筛选相似度95％以上的样品，形成同近源种质资源库，筛选相似度小于95％的样品，形成核心种质资源库。

7、本发明分别构建两类种质资源分子身份证，可相互印证并进行相互补充。其中，ssr标记具有检测速度快、性价比较高且得到的结论具有图谱数据一体化的特点，因此本发明首先采用ssr标记鉴别种质资源中的混杂情况，判断种质资源中的农家种、异质群体的情况，构建形成群体种质资源库和异质性种质资源库。然后在刨除异质性种质资源基础上构建snp分子身份证，能够减少处理样本的数量，降低建库成本，同时又能够使得snp和ssr分子身份证信息可靠准确地实现互补，从而实现快速高效精准的种质资源库的构建。

8、其中，核心种质资源库主要储存遗传差异较大的纯系种质资源；同近源种质资源库主要储存近等基因系、近似品种和具有同源问题的种质资源；异质性种质资源库主要储存农家种和纯合度较差的种质资源；群体种质资源库主要储存用于育种或研究需求的基因型连续或近似的遗传群体种质资源。

9、本发明的所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像。

10、优选地，ssr分子身份证的构建按照ssr标记法ny/t 1432-2014进行。

11、优选地，所述ssr分子身份证的构建步骤包括：

12、提取样品dna，进行pcr扩增，获得扩增产物；对扩增产物进行毛细管电泳检测，收集原始数据后通过ssr指纹分析器进行指纹分析，然后将指纹数据导入植物品种dna指纹管理系统，以获得ssr分子身份证。

13、通过联合使用行业标准的多种标记构建种质资源分子身份证，有利于提高种质资源分子身份证的通用性，可以更好地促进共享交流。

14、而且玉米种质资源多为纯系，仅有少部分农家种(经过多代自交繁殖，根据哈代-温伯格平衡定律，农家种也会呈现基因频率和基因型频率保持不变的现象)和异质群体存在，纯合度较之其他作物更高，故选取40个行业标准推荐的ssr位点对玉米种质资源纯合度进行检测时，以此法得到的种质资源ssr分子身份证包含除数据信息外，还可得到直观展现该份种质资源在所检40个ssr位点中表现的杂合情况，辅助实现快速区分异质性种质资源，将之移入对应种质资源库。

15、优选地，所述ssr分子身份证的基本格式为“基因型三位数字编码+一位字母编码”，基因型三位数字编码代表ssr-dna指纹图谱主条带片段长度，不足三位时用0补齐，“000”代表该样品在该标记位点ssr-dna指纹数据缺失；字母y代表该样品在该标记位点表现为纯合，字母n代表杂合。

16、由于种质资源发现新增的等位基因概率较大，直接对已知等位基因赋予固定编码无法很好地涵盖新增位点，而本发明统一种质资源在ssr位点上等位基因的数据化规则，有利于对新数据进行吸纳、整合比对；同时上述数据化规则在建立时也参考了扩增产物等位基因片段大小，避免出现新增等位基因由于片段长度问题无法进行识别记录或造成格式不统一的情况。

17、优选地，所述ssr分子身份证为二维码形式。

18、二维码形式的ssr分子身份证在实际应用和管理过程中更加便捷。

19、优选地，采用maize6h-60k snp高密度芯片构建所述snp分子身份证。

20、该snp高密度芯片是北京市农林科学院玉米研究所基于snp标记开发，可广泛分布均匀覆盖全基因组位点。

21、优选地，根据snp指纹数据绘制条形码图谱，图谱中仅采用黑色和白色分别标记aa型和bb型基因型，构建所述snp分子身份证。

22、snp标记为二态型标记，本发明建立snp分子身份证的样品由于通过ssr标记初筛，杂合位点较少，ab型位点占比不高，仅采用黑色和白色分别标记aa型和bb型两种状态时，能够进一步简化信息处理数量，提升数据处理速度，实现更加快速高效精准的种质资源库的构建。

23、优选地，进行纯合度分析时，按下述公式计算种质资源样品纯合度：

24、

25、进一步，本发明提供了上述任一实施方案中的构建方法在以下至少一方面的应用：

26、(1)功能基因定位获取新种质；

27、(2)发掘新优良基因；

28、(3)辅助实质性派生品种；

29、(4)种质资源聚类分析；

30、(5)遗传多样性分析；

31、(6)亲缘关系分析；

32、(7)种类鉴定。

33、进一步，本发明还提供了上述任一实施方案中的构建方法在开发种质资源分子指纹身份证管理系统中的应用。

34、优选地，所述种质资源分子指纹身份证管理系统用于支持种质资源管理和查询。

35、进一步，本发明还提供了一种种质资源管理系统，包括：

36、信息获取模块，用于获取种质资源的ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息；所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像；

37、数据处理模块，用于根据所述ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息对种质资源进行标记；

38、数据存储模块，用于将标记信息和与该标记信息对应的种质资源存入相应的种质资源库。

39、优选地，上述种质资源管理系统中，包括四个数据存储模块，分别用于存储群体种质资源信息、异质性种质资源信息、同近源种质资源信息和核心种质资源信息。

40、优选地，数据处理模块用于根据所述背景信息将样品标记为群体种质资源，排除所述群体种质资源后根据所述ssr分子身份证信息将纯合度90％以下的样品标记为异质性种质资源，排除所述异质性种质资源后根据所述ssr分子身份证信息和snp分子身份证信息将相似度95％以上的样品标记为同近源种质资源，将相似度小于95％的样品标记为核心种质资源。

41、在具体实施过程中，所述种质资源管理系统可以采用分级阅览的模式。

42、在该模式下，使用人员可以整体阅读二维码形式的ssr分子身份证和条形码形式的snp分子身份证，如果需要更多信息，则可点击查看详情，获得40个ssr指纹图谱和60000个snp位点的具体信息。

43、进一步，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储程序，所述处理器执行所述程序时实现以下方法：

44、获取种质资源的ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息；所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像；

45、根据所述ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息对种质资源进行标记；

46、将标记信息和与该标记信息对应的种质资源存入相应的种质资源库。

47、优选地，所述电子设备中，所述处理器执行所述程序时实现以下方法：

48、获取种质资源的ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息；所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像；

49、根据所述背景信息将样品标记为群体种质资源，排除所述群体种质资源后根据所述ssr分子身份证信息将纯合度90％以下的样品标记为异质性种质资源，排除所述异质性种质资源后根据所述ssr分子身份证信息和snp分子身份证信息将相似度95％以上的样品标记为同近源种质资源，将相似度小于95％的样品标记为核心种质资源；

50、将标记信息和与该标记信息对应的种质资源存入四种相应的种质资源库。

51、进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现以下方法：

52、获取种质资源的ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息；所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像；

53、根据所述ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息对种质资源进行标记；

54、将标记信息和与该标记信息对应的种质资源存入相应的种质资源库。

55、优选地，所述计算机可读存储介质中，所述计算机指令被处理器执行时，实现以下方法：

56、获取种质资源的ssr分子身份证信息、snp分子身份证信息、以及背景信息；所述背景信息包括：种质资源的作物类型、种质资源中文名称、种质资源外文名称、种质资源采集区域、种质资源编号、适宜种质范围、育成年份、选育方法、选育人、选育单位、种质资源农艺性状描述和种质资源种子及田间图像；

57、根据所述背景信息将样品标记为群体种质资源，排除所述群体种质资源后根据所述ssr分子身份证信息将纯合度90％以下的样品标记为异质性种质资源，排除所述异质性种质资源后根据所述ssr分子身份证信息和snp分子身份证信息将相似度95％以上的样品标记为同近源种质资源，将相似度小于95％的样品标记为核心种质资源；

58、将标记信息和与该标记信息对应的种质资源存入四种相应的种质资源库。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

60、本发明的种质资源库分子身份证的构建方法可有效地辅助种质资源库的建设管理以及共享利用，为种质资源的信息交流和实物交换奠定了基础；通过利用本发明构建的种质资源库，能够对筛选出的有研究价值的种质进行关联分析，可指导种质资源利用。本发明的种质资源库分子身份证的构建方法可有效解决传统鉴定模式所需时间长、易受环境影响等缺陷。

61、本发明的种质资源库分子身份证的构建方法为不同种质资源库内存储的种质资源划定了一套明确的鉴别标准，规范了样品扩繁后的纯系保持，暴露了更多种质资源内部隐含的信息，保证了各库内种质资源的质量，为搭建统一的种质资源交流共享平台奠定了基础。在此基础上建立种质资源信息共享网站，导入种质资源身份证，为各省级种质资源库信息共享做准备，通过有据可查、可共享的信息盘活种质资源。