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基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记



全 文 :麦类作物学报 2016,36(6):699-707
Journal of Triticeae Crops  doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2016.06.03
网络出版时间:2016-05-30
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1535.006.html
基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记
收稿日期:2015-12-15   修回日期:2016-01-22
基金项目:山东省良种工程农业生物资源利用项目
第一作者E-mail:cuiyu112311@126.com
通讯作者:李兴锋(E-mail:lixf@sdau.edu.cn)
崔 雨1,鲍印广1,王洪刚1,2,李兴锋1,2
(1.山东农业大学作物生物学国家重点实验室,山东泰安271018;2.国家小麦改良中心泰安分中心,山东泰安271018)
摘 要:中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJJSJSStSt或Ee Ee EbEbStSt)是小麦遗传改
良的重要近缘植物,高抗锈病、白粉病等病害,耐逆性强。开发中间偃麦草基因组特异分子标记对于加快其优
异基因向普通小麦中的转移和利用具有重要意义。为建立快速准确开发中间偃麦草基因组特异分子标记的
新体系,首先利用RNA-seq技术对中间偃麦草及其基因组供体二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草的
苗期叶片进行转录组测序,然后根据测序结果设计EST-SSR引物,对普通小麦、中间偃麦草及其基因组供体
材料进行DNA扩增分析,从中筛选鉴定中间偃麦草基因组特异标记。结果表明,在所合成的200对EST-
SSR引物中,有75对引物(37.5%)在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草和假鹅观草中具有特异扩
增,引物多态率较高。说明利用RNA-seq技术开发EST-SSR引物可以高效地用于筛选中间偃麦草基因组特
异分子标记,这一技术体系也可应用于其他作物及其近缘物种的特异分子标记开发。
关键词:中间偃麦草;小麦;RNA-seq;特异分子标记
中图分类号:S512.1;S330    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2016)06-0699-09
Development of Specific Molecular Markers for
Thinopyrum intermedium Using RNA-seq Data
CUI Yu1,BAO Yinguang1,WANG Honggang1,2,LI Xingfeng1,2
(1.Colege of Agronomy,Shandong Agriculture University,Tai’an,Shandong 271018,China;
2.Tai’an Sub-center of National Wheat Improvement Center,Tai’an,Shandong 271018,China)
Abstract:Thinopyrum intermedium,one of the important relatives of common wheat,has good toler-
ance to environmental stress and resistance to diseases such as rust and powdery mildew.Development
of specific molecular markers is valuable for transformation and application of the favorable genes from
Th.intermedium.In order to develop an efficient method of screening the specific molecular markers in
Th.intermedium,the RNA-seq data of Th.intermediumand its genome donors,including Th.elonga-
tum,Th.bessarabicumand Pseudoroegneria strigosa were used for developing EST-SSR markers.Two
hundred pairs of EST-SSR primers were synthesized and verified through amplifying different DNA
materials,and 75(37.5%)primers have specific amplification in Th.intermedium,Th.elongatum,Th.
bessarabicumand Ps.strigosa with good polymorphism.The result indicates that developing EST-SSR
primers from RNA-seq would be efficient in screening specific molecular markers of Th.intermedium,
which can be used in developing specific molecular markers for other crops and their related species.
Key words:Thinopyrum intermedium;Wheat;RNA-seq;Specific molecular markers
  中间偃麦草为多年生野生草本植物,是小麦
重要的近缘植物之一,其先后被划入小麦属
(Triticum)、冰草 属 (Agropyron)、偃 麦 草 属
(Elytrigia)和类麦属(Thinopyrum)。尽管后来
颜 济和杨俊良[1]将其归入毛麦属(Trichopy-
rum),但是因为习惯的原因,中间偃麦草的名称
一直被延用下来。吉万全等[2]认为,中间偃麦草
染色体组有两个亲缘关系较近的染色体组,可能
分别来源于二倍体长穗偃麦草(EeEe)和百萨偃麦
草(EbEb),另外一个染色体组与其他两个染色体
组亲缘关系较远,其原始亲本供体可能是假鹅观
草(StSt)。Chen等[3]认为中间偃麦草的染色体
组为JJJSJSStSt,原始供体同样可能为二倍体长
穗偃麦草、百萨偃麦草和假鹅观草。目前,一般将
中间偃麦草染色体组构成表示为EeEeEbEbStSt
或者JJJSJSStSt[4]。
中间偃麦草对小麦的“三锈”、白粉病等病害
免疫,对小麦黑穗病、叶枯病、根腐病和条纹花叶
病等病害高抗,同时又是大麦黄矮病的良好抗源,
且易与小麦杂交,因此它已成为小麦遗传改良中
具有重要利用价值的种质资源。国内外不同研究
者利用普通小麦与中间偃麦草杂交,目前已创制
出一批八倍体、异附加系、异代换系及易位系等小
偃麦异染色体系,为小麦遗传改良提供了丰富的
种质材料,并成功将中间偃麦草的多种优异基因
转移到普通小麦遗传背景当中[5-7]。
小麦远缘杂交后代材料遗传组成的精确鉴定
是对其优异基因进行开发利用的前提,分子标记
的发展为小麦异源种质系的鉴定提供了新的辅助
选择技术,大大提高了小麦异染色体系特别是小
片段易位系的选择效率,为更好地转移和利用小
麦近缘物种有利基因提供了便利[8]。目前一些新
技术的应用加快了小麦近缘植物分子标记开发的
进程,如陈世强等[9]基于SLAF-seq技术开发出
一批长穗偃麦草染色体特异分子标记,代 程
等[10]由冰草转录组EST序列开发了130个冰草
6P特异标记。基于高通量测序的RNA-Seq可以
快速获得大量表达基因序列,高效应用于分子标
记开发、功能基因发掘、分子机理研究以及转录组
比较等方面[11-15]。鉴于目前开发或筛选的中间偃
麦草特异分子标记多态率较低、数量有限且定位
复杂,无法满足中间偃麦草研究的需求,因此大批
量开发中间偃麦草基因组(Ee、Eb、St)特异标记对
于丰富中间偃麦草标记数目、明确标记的基因组
来源、鉴定小偃麦遗传组成和分析偃麦草属内系
统关系等有重要意义。本研究利用RNA-seq技
术获得中间偃麦草及其基因组供体二倍体长穗偃
麦草、百萨偃麦草和假鹅观草的转录组数据,拟开
发一批特异性强、稳定性高的中间偃麦草基因组
EST-SSR标记,旨在为高效地开发中间偃麦草基
因组特异分子标记建立新的技术体系,为小偃麦
新种质的鉴定和中间偃麦草优异基因的进一步利
用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料包括中间偃麦草(Thinopyrum in-
termedium,2n =6x =42,EeEeEbEbStSt 或
JJJSJSStSt)、二倍体长穗偃麦草(Th.elongatum,
2n=2x=14,EeEe)、假鹅观草(Pseudoroegneria
strigosa,2n=2x=14,StSt)、百萨偃麦草(Th.
bessarabicum,2n=2x=14,EbEb)及普通小麦
(Triticum aestivumL.,6n=2x=42,AABBDD)
中国春和烟农15。其中,中间偃麦草引自原中国
科学院西北植物研究所,由李振声院士提供;假鹅
观草引自中国农业科学院作物科学研究所,由李
立会研究员提供;百萨偃麦草引自南京农业大学,
由亓增军教授提供;其余材料均由国家小麦改良
中心泰安分中心保存。
1.2 RNA-seq及引物设计
所用的转录组数据均由中间偃麦草、二倍体
长穗偃麦草、假鹅观草和百萨偃麦草苗期叶片总
RNA 经IluminaHiSeqTM2000平台测序获得。
用Trinity将测序序列进行拼接,以此作为后续
分析的参考序列,取每条基因中最长的转录本作
为unigene。采用 MISA(1.0版,默认参数)对
unigene进行序列分析,搜索SSR位点,所检测
SSR位点包括单核苷酸重复、二核苷酸重复、三
核苷酸重复、四核苷酸重复、五核苷酸重复和六核
苷酸重复6类,判断标准为单核苷酸重复不少于
10次,二核苷酸重复不少于6次,三核苷酸、四核
苷酸、五核苷酸和六核苷酸重复不少于5次。找
出SSR位点之后,采用Primer 3(2.3.5版)进行
SSR引物批量设计,主要参数设置如下:产物大
小100~280bp,引物长度18~27bp,GC含量
40%~65%,退火温度57~63℃,上下游引物Tm
值相差小于5℃。
·007· 麦 类 作 物 学 报                  第36卷
1.3 引物筛选及PCR扩增
根据中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、假鹅观
草和百萨偃麦草的EST-SSR数据,每个材料选
取50对引物,共计200对,由上海生物工程公司
合成。扩 增 体 系 (10 μL):模 板 DNA (33
ng·μL
-1)3μL、2×Power Taq PCR MasterMix
5μL、引物(5μmol·L
-1)2μL。扩增反应在
T100TM(BIO-RAD,USA)PCR仪上进行。扩增
程序:94℃预变性5min;94℃变性1min,55℃
退火40s,72℃延伸1min,30个循环;72℃延伸
5min。扩增产物经8%聚丙烯酰胺非变性凝胶
电泳分离,银染显影,拍照分析。
2 结果与分析
2.1 转录组测序及SSR检测结果
高通量测序(IluminaHiSeqTM2000)得到的
原始数据及利用 MISA对unigene进行SSR检
测的结果见表1和图1。
表1 RNA-seq的基本情况
Table 1 Information of RNA-seq
材料
Material
测序量
Sequencing
amount/Gb
转录本
Transcript
非冗余序列
Unigene
SSR检测数目
Number of
SSR detection
SSR开发数目
Number of
SSR development
中间偃麦草 Th.intermedium  5.36  134 236  62 636  6 033  3 906
二倍体长穗偃麦草 Th.elongatum  5.88  117 305  58 029  5 367  3 392
百萨偃麦草 Th.bessarabicum  5.70  106 245  54 293  7 232  4 680
假鹅观草 Ps.strigosa  6.92  104 509  58 726  6 648  4 319
  A:中间偃麦草;B:二倍体长穗偃麦草;C:百萨偃麦草;D:假鹅观草;Mono:单核苷酸重复;Di:二核苷酸重复;Tri:三核苷酸重复;
Tetra:四核苷酸重复;Penta:五核苷酸重复;Hexa:六核苷酸重复
A:Th.intermedium;B:Th.elongatum;C:Th.bessarabicum;D:Ps.strigosa;Mono:Mononucleotide repeat;Di:Dinucleotide
repeat;Tri:Trinucleotide repeat;Tetra:Tetranucleotide repeat;Penta:Pentanucleotide repeat;Hexa:Hexanucleotide repeat
图1 不同材料SSR基元的分布
Fig.1 Distribution of SSR motifs in different materials
·107·第6期 崔 雨等:基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记
  经检测,在中间偃麦草中搜索到6 033个
SSR位点,分布在5 390条unigene中,561条
unigene含有1个以上SSR,252条unigene含有
复合SSRs,平均每6.55kb有1个SSR;在二倍
体长穗偃麦草中搜索到5 367个SSR位点,分布
在4 831条unigene中,456条unigene含有1个
以上SSR,194条unigene含有复合SSRs,平均每
6.82kb有1个SSR;在百萨偃麦草中搜索到
7 232个SSR位点,分布在6 299条unigene中,
794条unigene含有1个以上SSR,317条uni-
gene含有复合 SSRs,平均每5.83kb有1个
SSR;在假鹅观草中搜索到6 648个SSR位点,分
布在5 830条unigene中,708条unigene含有1
个以上SSR,301条unigene含有复合SSRs,平均
每6.02kb有1个SSR。
中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草
和假鹅观草等4个材料的SSR发生频率(检出
SSR的unigene与总unigene数目之比)分别为
8.6%、8.3%、11.6%和9.9%,SSR 出现频率
(SSR数目与总unigene数目之比)分别为9.6%、
9.3%、13.3%和11.3%,在本试验中百萨偃麦草
及假鹅观草的SSR检测效率高于中间偃麦草和
长穗偃麦草。从SSR基元类型上来看,三核苷酸
重复比例最大,占50.0%左右;从SSR基元的重
复次数上来看,重复5~8次的序列占比超过六
成,其中二倍体长穗偃麦草达到74.0%。
2.2 EST-SSR标记分析结果
在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、假鹅观
草、百萨偃麦草的EST-SSR数据中分别选取50
对引物,共计合成200对引物,然后利用中国春、
烟农15、中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃
麦草及假鹅观草对新开发的引物进行了多态性验
证。具体结果如下。
2.2.1 中间偃麦草EST-SSR的扩增结果
利用50对基于中间偃麦草RNA-seq开发的
EST-SSR引物对不同材料进行扩增,共有45对
引物可以在不同材料中扩增出清晰的条带,其中,
thinta47等21对引物在中国春、烟农15和中间
偃麦草中扩增出相同条带;thinta19在二倍体长
穗偃麦草中扩增出特异条带;thinta48等23对引
物在中国春、烟农15和中间偃麦草间有多态性扩
增,可以作为中间偃麦草的特异引物加以利用,在
这些特异引物中,thinta8等7对引物在中间偃麦
草和百萨偃麦草间扩增出相同条带,thinta5等6
对引物在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃
麦草、假鹅观草间扩增出不同条带。部分引物扩
增结果见图2。
2.2.2 二倍体长穗偃麦草 EST-SSR 的扩增
结果
利用50对基于二倍体长穗偃麦草RNA-seq
开发的EST-SSR引物对不同材料进行扩增,共
有49对引物可以在不同材料中扩增出清晰的条
带,其中,thelo12等29对引物在中国春、烟农15
和二倍体长穗偃麦草中扩增出相同条带;thelo5
和thelo37在百萨偃麦草中扩增出特异条带;
thelo11等18对引物在中国春、烟农15和二倍体
  M:DL2000;1:烟农15;2:中国春;3:中间偃麦草;4:二倍体长穗偃麦草;5:百萨偃麦草;6;假鹅观草。图3~5同
M:DL2000;1:Yannong 15;2:Chinese Spring;3:Th.intermedium;4:Th.elongatum;5:Th.bessarabicum;6:Ps.strigosa.The
same in fig.3-5
图2 部分中间偃麦草分子标记在普通小麦和中间偃麦草及其基因组供体中的扩增
Fig.2 Amplication in T.aestivumL.,Th.intermediumand its genome
donor with part molecular markers fromTh.intermedium
·207· 麦 类 作 物 学 报                  第36卷
长穗偃麦草间有多态性扩增。部分引物扩增结果
见图3。
2.2.3 百萨偃麦草EST-SSR的扩增结果
利用50对基于百萨偃麦草RNA-seq开发的
EST-SSR引物对不同材料进行扩增,共有31对
引物可以在不同材料中扩增出清晰的条带,其中,
thbes4等18对引物在中国春、烟农15和百萨偃
麦草中扩增出相同条带;thbes23和thbes42引物
在二倍体长穗偃麦草和百萨偃麦草中扩增出相近
条带;thbes33在假鹅观草中扩增出特异条带;th-
bes37等10对引物在中国春、烟农15和百萨偃
麦草间有多态性扩增,在这些特异引物中,th-
bes39等3对引物在中间偃麦草和百萨偃麦草间
扩增出相同条带。部分引物扩增结果见图4。
图3 部分二倍体长穗偃麦草分子标记在普通小麦和中间偃麦草及其基因组供体中的扩增
Fig.3 Amplication in T.aestivumL.,Th.intermediumand its genome
donor with part molecular markers fromTh.elongatum
2.2.4 假鹅观草EST-SSR的扩增结果
利用50对基于假鹅观草 RNA-seq开发的
EST-SSR引物对不同材料进行扩增,共有40对
引物可以在不同材料中扩增出清晰的条带,其中,
psstr20等20对引物在中国春、烟农15和假鹅观
草中扩增出相同条带;其中,psstr39引物在百萨
偃麦草中扩增出特异条带;psstr32等19对引物
在中国春、烟农15和假鹅观草间有多态性扩增,
在这些特异引物中,psstr17和psstr23引物在中
间偃麦草和假鹅观草间扩增出相同条带,psstr38
和psstr44引物在百萨偃麦草中扩增出特异条
带。部分引物扩增情况见图5。
图4 部分百萨偃麦草分子标记在普通小麦和中间偃麦草及其基因组供体中的扩增
Fig.4 Amplication in T.aestivumL.,Th.intermediumand its genome donor
with part molecular markers fromTh.bessarabicum
·307·第6期 崔 雨等:基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记
图5 部分假鹅观草分子标记在普通小麦和中间偃麦草及其基因组供体中的扩增
Fig.5 Amplication in T.aestivumL.,Th.intermediumand its genome donor
with part molecular markers fromPs.strigosa
  通过引物多态性验证,并利用中间偃麦草、二
倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草及假鹅观草对多态
性引物进行基因组归类统计,最终开发出的中间
偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观
草基因组特异分子标记数量依次为28个、19个、
22个和20个。标记序列见表2。
表2 各材料特异分子标记名称及序列
Table 2 Specific molecular marker name and sequence
材料
Materials
分子标记
Marker
引物序列(5′→3′)
Primer sequence(5′→3′)
分子标记
Marker
引物序列(5′→3′)
Primer sequence(5′→3′)
中间偃麦草 thinta5 F:GTGATGAAGTCGGAGTGGCA  thinta40 F:GGTGAAGCAGCAGGTAGAGG
Th.intermedium R:GTGATGAAGTCGGAGTGGCA  R:CGTGGCTGGGAGAGGAAATT
thinta8 F:TCATCCTCGAAGACGTGCTG  thinta41 F:AAATGGTGAGGGCGTTGGAT
R:CTTCCCACCTCCGACGAAAA  R:CACGAGGAGGAAGAGCAGAC
thinta9 F:TGGCGAGGGAACAATCAGAG  thinta43 F:GAAGTGAGAGCCTCCCGAAG
R:CTGCCCCTCCTTTCTAGAAAA  R:TCCCCTACCTACCACCTCAG
thinta10 F:TGTCTTCGCGGTAGATGTCG  thinta44 F:GTCCTCTCCATTCCTCCCCT
R:GCCGACTCACCTCAACCTC  R:GAACCTCGCGATATGCTCCA
thinta12 F:AGTTTTCGAGCGCGTTCTTG  thinta45 F:AAGCTGGTGCGGAACTCTTT
R:CGACTTCGAGGACACCGC  R:GCAGAGATGAAAGTAGTACAAGCG
thinta16 F:TGGCCTCAGAGCAAAACACA  thinta46 F:CTCCTCCTCCTCTCCTTGCT
R:GGCTATCTTACAAGGAGGAGGTG  R:AGGAGGAGGGGCATGATGT
thinta17 F:ACAACTCTCGCTTCACTCGC  thinta48 F:CGCGGAAGAAATGCCGTATC
R:CTGCCCTCTCCTTCAGCTTC  R:CTCTCTCATCTTGGCGTGCA
thinta24 F:CCCCATCCCCTCTGCATTTT  thinta49 F:CTCACCGTTGCTCACTGGAT
R:CGTGTTGAGGGCAGTAAGGT  R:CATCATCTTCTTGCTGCCGC
thinta26 F:CGCTCTTCTCGGATGAGTCC  thinta50 F:CATCATCTTCTTGCTGCCGC
R:CGACGACGAGGATCTCAAGG  R:CATCATCTTCTTGCTGCCGC
thinta28 F:TGAAGCCACATCGCAGAGTT  thbes36 F:CGACACCTGCGCAACATTAC
R:ACAACATGTCAGCCGCAAAC  R:ATGGGTTGGCTGCAAGAAGA
thinta33 F:GTCCGGGGTCTCAATCTTCG  thbes39 F:GAGGAGAAGGTGGTGGAAGC
R:TCGTTTTCCCCTCTCTCCCT  R:AACCGGAGCCATAACCACTG
thinta35 F:TTTCGACAGGCAGCAGGG  thbes40 F:TGCACCAAGATGAGGAGCAG
R:GCTGCCTCTCCATCTGGATC  R:TGGCATTGCTCTGGTGTCTT
thinta37 F:GCGACAGAAACTAGCAGCCT  psstr17 F:GCAATTTCCGTTGGCCAGAG
R:AGCAGAAGAAGCTGACGCAA  R:TGGAAAACCAATTACTGCCAACA
thinta39 F:TGGAAATGACATGGGACCCG  psstr23 F:TCGCAGCGGTAGTTGTTCTT
R:TTGTGGAGAGCGCTGGATTC  R:CGCCACTCGACTTAAACCCT
·407· 麦 类 作 物 学 报                  第36卷
(续表2 Continued table 2)
材料
Materials
分子标记
Marker
引物序列(5′→3′)
Primer sequence(5′→3′)
分子标记
Marker
引物序列(5′→3′)
Primer sequence(5′→3′)
二倍体长穗 thelo1 F:CGCAACTCACAAGTGATGCC  thelo22 F:AGATCGACACCGGCAAAAGT
偃麦草 R:AACACGATAAAGGCAGGCCA  R:CCGATGCTCTCACCACGTAA
Th.elongatum  thelo3 F:AGCCTCCAGAATGACCTTGC  thelo23 F:ACAATCGGGTCCAAACAGCT
R:CATCATCTTCTTGCTGCCGC  R:GAGAAGAACTCCGTGTCCCG
thelo6 F:CACGTGAGATTCCGCTGAGG  thelo34 F:GCCCAACTAGTGCACTCAGG
R:AGTGGGACTTGTTGGTGAGC  R:GCACGTTCCCTAGAAAGGCT
thelo7 F:GGAGATGATGCCGGTTCTGA  thelo39 F:TGCTGCTCCTTGCTCTGAAA
R:ACATACAGAAGCACGGCACA  R:ACTCTCGAGCCCTTCAAGGA
thelo8 F:ATGAACTGCATCGACTCGCT  thelo41 F:CCTCTCCCGACCTCTCTCTC
R:GCAAAGGATAGAGGGGGCAT  R:GTGATCACCTCGTTGTTGCG
thelo10 F:CCTCCCATTCTTGAACGCCT  thelo44 F:CTTCACTTCGTCGTCCAGCT
R:CTTCTTCCTCATGCGCATGC  R:CGAGGAGCGTGATGACATGA
thelo11 F:CCATGATTGTCCGCCTACGA  thelo45 F:CACTCCACCACTCTGCTTCC
R:AACCCCACAACGGAGATCAC  R:CCTTTCCCTCCATGTGACCC
thelo14 F:AATGGCCAAACGGGAGAGAG  thelo50 F:TTTGAGTCTTGGGTCAGGGC
R:ACACTAAGCCGGCAATCACA  R:TCTTGGTTCTGTGTCGTACCA
thelo17 F:CACGTCATCAGCTCCACTCA  thinta19 F:TGAGATGCTCCATGTGGTCT
R:AGTTGTCTGGCAGGATGGTC  R:GCGTGGTCAACTTGCAGAAG
thelo18 F:ATCCTCGCCTCTGTCTGCTA
R:CGGGAACTTGGAGGCATTCT
百萨偃麦草 thbes17 F:AGGCCCCACTCTCACACATA  thinta9 F:TGGCGAGGGAACAATCAGAG
Th.bessarabicum R:TGCCTTAGCTGTACACTGGC  R:CTGCCCCTCCTTTCTAGAAAA
thbes19 F:GGGCAATCACCACAAACAGG  thinta16 F:TGGCCTCAGAGCAAAACACA
R:CGCAAAGGTTTTTCACTCGGT  R:GGCTATCTTACAAGGAGGAGGTG
thbes27 F:GCACACGCAACGAACTTACA  thinta45 F:AAGCTGGTGCGGAACTCTTT
R:TGGAGAAAGTTGGCATCTCCG  R:GCAGAGATGAAAGTAGTACAAGCG
thbes36 F:CGACACCTGCGCAACATTAC  thinta46 F:CTCCTCCTCCTCTCCTTGCT
R:ATGGGTTGGCTGCAAGAAGA  R:AGGAGGAGGGGCATGATGT
thbes37 F:ACGAAACACACGGGGGTATC  thinta48 F:CGCGGAAGAAATGCCGTATC
R:TGCTAGGCACCTGCTAATCG  R:CTCTCTCATCTTGGCGTGCA
thbes38 F:CGTATCCCACGCGCTTTGTA  thinta49 F:CTCACCGTTGCTCACTGGAT
R:GCTCATGCGACACAAATCCA  R:CATCATCTTCTTGCTGCCGC
thbes39 F:GAGGAGAAGGTGGTGGAAGC  psstr38 F:GACGGCAAGATTATGGCAGC
R:AACCGGAGCCATAACCACTG  R:CTACACCTGCGTCATCTCCC
thbes40 F:TGCACCAAGATGAGGAGCAG  psstr39 F:GGGAGATGACGCAGGTGTAG
R:TGGCATTGCTCTGGTGTCTT  R:GGCTCTTGTCAGATCGTGCT
thbes41 F:AGCTGAACCAACGAGACCTG  thelo5 F:CCAGCTCAGCGGCAAACTAA
R:TGCTGGTGTGGCCACATTAT  R:GCTTCTCCTTCACCTTCCCG
thbes45 F:TTATGGTTGGGGGTGATGCC  thelo37 F:GCTGGTCCATTGGTTTGCTG
R:GCCCTTTTGTGAGAGCTGTT  R:CTTCGGCCATCCCTCCGG
thinta8 F:TCATCCTCGAAGACGTGCTG  psstr44 F:CGGCTTCGGTTCCTCTTTCT
R:CTTCCCACCTCCGACGAAAA  R:TCATGCCAGTTGTGAGGGAC
假鹅观草 psstr2 F:GGAAGGAAGCAAATCGCAGC  psstr23 F:TCGCAGCGGTAGTTGTTCTT
Ps.strigosa R:AAAATCCCTTCCTCGTCCCG  R:CGCCACTCGACTTAAACCCT
psstr4 F:GTCCTTCCTCTCCGTTGGTG  psstr25 F:AGGCGGACATACAAATGGCA
R:GCCGTCACACCACACACA  R:CTTTCCCTTCTTCTTCTTCCTCTC
psstr6 F:CACCTATCCCCGTTCCGTTC  psstr26 F:TGTGCACCTGTACTGTGTCG
R:AGGCCTTCTTGTCGAAGTCG  R:TAAACAATGCCACCGCGAAG
psstr9 F:GGAGATCGTGGTACTCGCTG  psstr29 F:AACGCAGATGCCCACATACA
R:ATGGAGCAGTTGGTGGGATG  R:TGTCTATCCCACCTACCCCA
psstr11 F:CTCCGGTCACCACCTTTTCT  psstr32 F:AGGATCAGTGGCCACCTACT
R:TGAACCTCCATTGCCTTGGT  R:CCTCACAAGCCATGGGATGT
psstr13 F:TTACTCTCTGCCACCACCCA  psstr38 F:GACGGCAAGATTATGGCAGC
R:CAAAACGCCAGCCCTACAAC  R:CTACACCTGCGTCATCTCCC
psstr16 F:CTCCTCCTAACAACAGGGCG  psstr43 F:GTCCATACGTAGACACACAGCA
R:CGCCATTTTATCTGCCTGCC  R:AGCTACCACACGTATACGCG
psstr17 F:GCAATTTCCGTTGGCCAGAG  psstr44 F:CGGCTTCGGTTCCTCTTTCT
R:TGGAAAACCAATTACTGCCAACA  R:TCATGCCAGTTGTGAGGGAC
psstr19 F:ACTGACTCATGCTCTCTTCACA  psstr47 F:CGGCTTCGGTTCCTCTTTCT
R:AGGTCCACCTGTTGTTGTCG  R:GAGACCAAGGCCAGTGTTCA
psstr22 F:GCCACTCTGAATCCCGTCTC  thbes33 F:TACCACCGCCCAGCAAATAG
R:TAGCACTGAATCGCCGGATG  R:GAAGACGACGAGCGGTACTC
·507·第6期 崔 雨等:基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记
3 讨 论
3.1 基于RNA-seq开发中间偃麦草基因组特异
标记的特点
对同一物种EST序列进行SSR搜索时,所
得结果可能不同,如小麦的 SSR 出现频率为
3.2%[16]与4.1%[17],这是由于不同软件在搜索
SSR时所采取的算法及标准不同,搜索到的结果
存在差异;不同物种的SSR出现频率也有很大差
异,如党参(16.1%)[18]较小麦高出几倍。本研究
中,中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草
和假鹅观草的 SSR 出现频率(9.6%、9.3%、
13.3%和11.3%)相比其他禾本科植物,非常适
合大批量开发标记。
利用通过高通量测序获得的中间偃麦草及其
基因组供体材料转录组数据设计出的200对引物
中,共75对引物在中国春、烟农15和中间偃麦
草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草间
具有多态性扩增。仅计算由某材料转录组数据开
发的引物在该材料中的多态率,所开发引物在中
间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草及假鹅
观草中的多态率分别达到 46.0%、36.0%、
20.0%和38.0%,多态率远高于根据谷类作物的
共线性,利用小麦 G-SSR 引物1 255对、EST-
SSR引物3 012对、STS引物293对、RAPD引物
1 200个 产 生 的 多 态 性 引 物 在 中 间 偃 麦 草
(7.6%)、二倍体长穗偃麦草(7.5%)、百萨偃麦草
(7.5%)及假鹅观草(5.9%)中的多态率(课题组
前期试验)。因此,基于RNA-seq开发EST-SSR
具有多态率高、特异性强的特点。有35对引物在
中国春和中间偃麦草等材料中没有稳定的扩增产
物,这可能由于采用部分单核苷酸重复序列设计
引物、转录组EST拼接出现误差等原因导致。
设计引物采用的序列直接关系引物扩增多态
率,中间偃麦草等材料和小麦存在较近的亲缘关
系,序列有一定的相似性,这会降低特异标记的开
发效率,本研究中,44.0%的引物在中国春、烟农
15和中间偃麦草等材料间具有相同的扩增片段
也印证了这一点。下一步可通过中间偃麦草与小
麦EST序列比对,得到中间偃麦草的特异序列,
由此设计出的引物应该特异性更高、针对性更强,
同时这些特异序列对于偃麦草的分子遗传和进化
研究很有裨益。
3.2 中间偃麦草基因组特异标记的应用
利用7个中国春-百萨偃麦草染色体异附加
系可以将本研究开发的22个百萨偃麦草特异标
记,分别定位于1Eb 到7Eb 染色体上,同样,可以
将本研究中开发的其他材料的特异分子标记定位
到相关的染色体上,这项工作尚在进行之中。下
一步希望通过开发大量的引物并验证更多新特异
分子标记,使其覆盖到Ee 基组、Eb 基组及St基
组每一条染色体上,建立Ee、Eb及St基组特异分
子标记体系。开发的中间偃麦草特异标记可以应
用于鉴定小麦-中间偃麦草小片段易位系或渐渗
系以及染色体物理作图中。
本研究中有122对引物(61.0%)在中国春、
烟农15上有稳定的扩增位点,因而也可以作为小
麦的分子标记,这进一步丰富了小麦的标记基础。
另外,在特异引物中,有10对引物在中间偃麦草
和百萨偃麦草间扩增出相同特异条带,有2对引
物在中间偃麦草和假鹅观草间扩增出相同特异条
带;还有一些非特异引物在中间偃麦草与其基因
组供体间或在二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假
鹅观草间扩增出相同条带。说明中间偃麦草、二
倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草间有较高
的同源性,这对于研究偃麦草属内的物种亲缘关
系也有着一定帮助。
通过转录组测序和分子标记的验证,建立了
高效开发中间偃麦草特异标记的新方法,开发的
标记可应用于小偃麦后代材料遗传组成的鉴定,
加速中间偃麦草优异基因的转移与利用。
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