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基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用



全 文 :书麦类作物学报 2014,34(12):1595-1602
Journal of Triticeae Crops  doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2014.12.01
网络出版时间:2014-12-8
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20141208.1124.001.html
基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用
收稿日期:2014-08-05   修回日期:2014-09-28
基金项目:国家自然科学基金项目(31071406);高等学校博士学科点基金项目(20123250110010);江苏省科技支撑计划项目
(BE2013439)
第一作者:E-mail:603345298qin@163.com(秦树文);E-mail:yzdxdaiyi@163.com(共同第一作者戴 毅)
通讯作者:陈建民(E-mail:jmchen@yzu.edu.cn)
秦树文1,戴 毅1,陈士强2,张璐璐1,刘慧萍1,
曹文广3,FEDAK George3,高 勇1,陈建民1
(1.扬州大学生物科学与技术学院,江苏扬州225009;2.江苏省里下河地区农科所,江苏扬州
225007;3.东部粮油作物研究中心,加拿大渥太华)
摘 要:为了开发长穗偃麦草的特异标记,依据TRAP技术,利用56对固定引物与随机引物的组合对中
国春-长穗偃麦草附加系等材料进行PCR扩增,共筛选出160条分布于长穗偃麦草1E-7E染色体的特异扩增
片段。通过对104个片段的序列进行同源比对,选择与小麦无同源序列的区段设计138对引物,分别对中国
春、长穗偃麦草、中国春-长穗偃麦草附加系进行PCR扩增,最终获得30个长穗偃麦草特异SCAR标记,发展
标记的效率为53.6%。利用这些特异SCAR标记对硬粒小麦(AABB)与异源六倍体小麦(AABBEE)杂交产
生的F2中38个单株进行扩增鉴定,9个单株仅附加了1条相同的E染色体,其余为多条E染色体或者无E
染色体附加。这些SCAR标记在不同材料和世代表现出优越的特异性和稳定性,可用于检测小麦背景中附
加的相关长穗偃麦草染色体。
关键词:长穗偃麦草;小麦;TRAP技术;基因组特异标记;染色体特异标记
中图分类号:S512.9;S336    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2014)12-1595-08
Development and Applications of SCAR Markers Specific
to Thinopyrum elongatumby TRAP Technology
QIN Shuwen1,DAI Yi 1,CHEN Shiqiang2,ZHANG Lulu1,LIU Huiping1,
CAO Wenguang3,FEDAK George3,GAO Yong1,CHEN Jianmin1
(1.Colege of Bioscience and Biotechnology,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;2.Lixiahe Agricultural Research
Institute of Jiangsu Province,Yangzhou 225007,China;3.Eastern cereal and oilseed research center,Ottawa,Canada)
Abstract:Thinopyrum elongatumis an important alien gene pool for wheat genetic improvement.It is
necessary to develop specific markers of Th.elongatumfor its useful genes to be transferred into
wheat.Fifty six pairs of fixed and arbitrary primers were used in this study.One hundred and sixty
amplified fragments from Th.elongatumchromosomes 1Eto 7Ewere obtained.Among them,104
fragments were sequenced and compared with the existing sequence of wheat in GenBank.One hun-
dred and thirty eight pairs of PCR primers were redesigned based on results of sequence alignment a-
nalysis.DNAs of Chinese Spring,Th.elongatumand series of wheat-Th.elongatumaddition lines
were amplified by 138pairs of redesigned specific primer.Eventualy,thirty SCAR markers specific to
Th.elongatumwere developed with a successful rate of 53.5%and each E-chromosomes of Th.elon-
gatumcould be identified using these SCAR markers.These specific SCAR markers were used to
screen 38F2plants derived from the cross of a durum“Langdon”(AABB)with synthesized hexaploid
wheat(AABBEE).The results indicated that 9plants had an E chromosome addition;the rest was
with more E chromosomes or no E chromosome addition among the 38F2plants.The results showed
that these specific SCAR markers exhibited excelent specificity and stability not only in different E
chromosomes-involved materials,but also in different generations.Therefore,these specific markers
can be used for detection and tracking of Th.elongatumchromosomes in wheat background.
Key words:Thinopyrum elongatum;Wheat;TRAP technology;Genome specific marker;Chromo-
some specific marker
  偃麦草属(Thinopyrumsys.Elytrigiasys.
Lophopyrumsys.Agropyron)由禾本科小麦族
多年生草本植物组成,具有抗多种小麦病害及抗
寒、耐旱、耐盐碱等特点,是小麦(Triticum aesti-
vum)的三级基因库[1-3]。偃麦草属的长穗偃麦草
(Elytrigia elongate;Agropyron elongatum;
Lophopyrmn elongatum;Thinopyrum elonga-
tum )主要有二倍体 (2n=2x=14)、四倍体 (2n
=4x=28)和十倍体(2n=10x=70)3种染色体
倍型,也有六倍体的报道[4]。偃麦草属植物的染
色体组成复杂,至今没有一致的染色体组成公式,
但认为二倍体长穗偃麦草(Th.elongatum,2n=
2x=14)含基本染色体组Ee[5]。Dvorak等[6-7]将
长穗偃麦草的7对染色体分别附加到小麦中国春
背景中,育成了一套中国春-长穗偃麦草二体附加
系(2n=44),在此基础上又选育了全套二体代换
系。人们利用这些材料对长穗偃麦草Ee 染色体
组的抗病性进行了研究,发现在1E和7E染色体
上携带有赤霉病抗性基因[8-10];在3E染色体上具
有抗小麦条锈病显性基因(YrE)[11]。此外,长穗
偃麦草还具有多花、大穗以及极强的抗逆境等优
良特性,因此,通过远缘杂交将其优良性状导入小
麦,并有效地鉴定出长穗偃麦草的遗传物质,对小
麦遗传改良具有重要意义[12]。
随着分子生物学技术的发展,借助DNA 分
子标记可以准确检测外源遗传物质的存在及基因
组水平的差异。目前,利用 RAPD(polymerase
chain reaction)、AFLP (amplified fragment
length polymorphism)、SSH(suppression sub-
tractive hybridization)和 SLAF-seq(specific
length amplified fragment sequencing)等技术已
经获得了一些E染色体特异标记。而以上开发
分子标记技术并未依靠长穗偃麦草序列信息,因
小麦与长穗偃麦草基因组间的同源性较高,使长
穗偃麦草特异标记开发的效率较低,难以发展大
量的长穗偃麦草特异标记。在众多分子标记中,
序列特异性扩增区(sequence-characterized am-
plified region,SCAR)在标记辅助选择实践中最
易成为与具体性状连锁并能自动化的首选标
记[13]。在陆地棉中筛选到1个与 HB(红花)连锁
的特异SCAR标记,为杂交种的纯度鉴定提供了
有效手段,促进了红花性状杂交种的标记辅助育
种进程[14]。SCAR标记扩增的条带数少、易分辨
和稳定性好,但是其最大的缺点是标记的来源及
数目有限。
目标区域扩增多态性(target region ampli-
fied polymorphism,TRAP)是从相关序列扩增多
态性(sequence-related amplified polymorphism,
SRAP)[15]改进而来的新型分子标记技术,具有操
作简单,多态性高、稳定性强的特点[16],是一种适
合于植物种质遗传多样性研究的分子标记[17-18]。
TRAP技术利用EST序列,由于可能具有功能信
息而被应用于小麦等不同作物的遗传图谱构建和
QTL的定位分析[19-21]、重要性状基因标记的研究
中[22-24]。TRAP技术还可以扩增小麦 A、B、D基
因组单一染色体而作为特异标记,但扩增条带的
划分很费时间[25]。目前没有长穗偃麦草的全基
因组序列,加上小麦与长穗偃麦草的同源性高,利
用小麦的EST序列很难获得大量的长穗偃麦草
特异标记[26],从而使长穗偃麦草的优良基因和分
子标记的连锁分析难以研究。目前尚未见到基于
TRAP技术开发长穗偃麦草染色体特异SCAR
标记的报道。因此,本研究旨在建立依据TRAP
技术开发长穗偃麦草染色体特异SCAR标记的
体系,开发多个特异的SCAR标记确定和跟踪小
麦背景中长穗偃麦草相应的染色体或片段,为小
麦背景中长穗偃麦草遗传物质的有效鉴定及长穗
偃麦草种质在小麦遗传改良中的有效利用提供新
方法。
1 材料与方法
1.1 试验材料
中国春-长穗偃麦草附加系(AD lines)7份,
中国春-长穗偃麦草代换系(DS lines)20份及中
·6951· 麦 类 作 物 学 报                  第34卷
国春(CS)、二倍体长穗偃麦草(2n=2x=14)和中
国春-长穗偃麦草1E/1A代换系与扬麦158杂交
的F2 代;硬粒小麦(Langdon,AABB)、异源六倍
体小麦(8801,AABBEE)及其它们杂交产生的F2
代。以上材料均由加拿大农业部的 Dr.Fedak
提供。
1.2 PCR扩增引物
在GenBank中查找到长穗偃麦草的EST序
列 (DT045934),大小为699bp,与高分子量谷蛋
白基因相关。以此序列设计的8个固定引物(表
1,A1~A4及C1~C4)及已公布的14个随机引
物[15](表1)排列组合成56对引物(Q1~Q56)。
表1 所用引物序列信息
Table 1 Sequences of primer used in this study
引物名称
Name of
primers
引物序列(5′-3′)
Sequence(5′-3′)
碱基数
Number of
base/bp
引物名称
Name of primers
引物序列(5′-3′)
Sequence(5′-3′)
碱基数
Number of
base/bp
A1 CAAAGCCATTCTGGAGGA  18 B4 GACTGCGTACGAATTCGA  18
A2 TCTGGAGGAGGTGGAAAGT  19 D1 GACTGCGTACGCACGCTGA  19
A3 CAATGGGAGAATGTGAGC  18 D2 GACTGCGTACGCACGCAAC  19
A4 ACAAGACCGACGAAACAG  18 D3 GACTGCGTACGCACGCGCA  19
C1 TCTCCGCAGACACCAAAA  18 D4 GACTGCGTACGCACGCCTG  19
C2 GAGGATGTCCACCGATTT  18 TD1 TGAGTCCAAACCGGACC  17
C3 CCACAAACGAAAAGCTGAC  19 TD2 TGAGTCCAAACCGGAAG  17
C4 CGACGAAACAGAATGAGC  18 TD3 TGAGTCCAAACCGGTAA  17
B1 TGAGTCCAAACCGGATA  17 TD4 GACTGCGTACGAATTAAT  18
B2 TGAGTCCAAACCGGAAT  17 TD5 GACTGCGTACGAATTGAC  18
B3 GACTGCGTACGAATTTGC  18 TD6 GACTGCGTACGAATTCAA  18
  A1~A4及C1~C4为固定引物,其余为随机引物
A1~A4and C1~C4are fixed primers,the others are arbitrary primers
1.3 实验方法
1.3.1 基因组DNA的提取和PCR扩增
以SDS酚-氯仿法微量提取各材料DNA[27]。
PCR扩增反应体系为25μL,包括模板DNA(100
ng·μL
-1)1.0μL、10×PCR缓冲液2.5μL、
dNTP(2.5mmol·L-1)2.0μL、引物1(10μmol
·L-1)1.0μL、引物2(10μmol·L
-1)1.0μL、
DNA聚合酶(5U·μL
-1)0.3μL、ddH2O定容
至25μL。PCR程序:94℃预变性5min;94℃
变性45s,35℃退火45s,72℃延伸60s,5个循
环;94℃变性45s,50℃退火45s,72℃延伸
90s,30个循环;72℃延伸10min。6%聚丙烯
酰胺凝胶电泳(PAGE)检测扩增结果,筛选同一
引物组合在不同材料间扩增的特异条带。
1.3.2 特异条带再次扩增
将特定扩增条带切割,分别用200μL 0.1×
TE溶液和ddH2O 浸泡30min,去除液体,再加
入30μL ddH2O,100℃水浴10min后将胶块捣
碎,3 700r·min-1离心15min,取3μL上清液
作为25μL的PCR反应体系中的模板,利用扩增
该特异条带的引物再次以相同程序进行PCR扩
增。1%琼脂糖凝胶电泳同时检测再次扩增产物
与原扩增产物,若两者的电泳迁移率相同,说明切
割回收的条带为正确的特异条带。
1.3.3 特异条带测序及引物设计
按产品操作说明书,回收琼脂糖凝胶上的特
异DNA片段与pMD18/19-T(TaKaRa)进行连
接,连接产物转化大肠杆菌并从转化平板上挑取
白色单菌落,37℃下震荡培养8h后进行菌落
PCR,对阳性克隆进行测序。最后将序列结果在
GenBank中与已知小麦DNA 序列进行比对,无
同源性或同源性小于50%的序列即视为长穗偃
麦草染色体特异序列,依据这些特异序列利用
primer 5.0设计引物开发长穗偃麦草的SCAR
标记。
2 结果与分析
2.1 长穗偃麦草Ee组染色体的特异扩增片段
利用56对引物组合分别对中国春、长穗偃麦
草和中国春-长穗偃麦草附加系进行扩增,PAGE
分离。若某引物组合在中国春-长穗偃麦草附加
系和长穗偃麦草中均能扩增相同大小的片段,而
在中国春中却不能扩增,则初步判断该片段为长
穗偃麦草特异的片段。利用中国春-长穗偃麦草
·7951·第12期 秦树文等:基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用
不同E染色体附加系,可将扩增的特异片段定位
到不同的E染色体。依据上述标准共获得160
条分布于长穗偃麦草Ee 组所有染色体上的特异
片段(图1)。
2.2 Ee基因组和E染色体的特异SCAR标记
回收160条特异片段并测序,获得了104条
片段的DNA序列。依据比对结果,选择与小麦
高同源性区段之外序列部分,共设计出138对特
异性引物,其中有的片段序列设计了2对或者3
对引物。以138对特异引物,对中国春、长穗偃麦
草和中国春-长穗偃麦草附加系以及中国春-长穗
偃麦草代换系进行PCR扩增,获得长穗偃麦草特
异SCAR标记21个,其中染色体特异标记18
个,包括1E的2个、2E的5个、3E的2个、4E的
1个、5E的4个、6E的1个、7E的3个,基因组特
异标记3个(表2),这些重新设计的引物所扩增
的染色体和最初回收条带所在染色体有83.3%保
持一致。各E染色体在中国春-长穗偃麦草附加系、
中国春、长穗偃麦草的PCR扩增结果见图2。
  1~7:附加系 DA1E ~DA7E;8:中国春;9:长穗偃麦草
(2X);A~G:1E~7E染色体特异的扩增片段
1~7:Addition lines from DA1Eto DA7E,respectively;8:
Chinese Spring(CS);9:Th.elongatum(2X);A~G:The ampli-
fied fragments from chromosome 1Eto 7E,respectively
图1 引物组合对长穗偃麦草Ee组染色
体特异扩增片段的筛选
Fig.1 Selection of specific amplified fragments
on each E chromosome of Th.elongatum
from different primer combinations
表2 长穗偃麦草染色体特异SCAR标记及引物序列
Table 2 Primer sequence of SCAR markers specific for chromosomes of Th.elongatum
引物组合和片段
Primer combination
and fragment
SCAR标记
SCAR Marker
引物序列Sequences of primer(5′-3′)
正向引物Forward primer 反向引物 Reverse primer
扩增染色体及片段大小
Amplified chromosome
and fragment size/bp
Q12-T1 SM1E_1 CGAATTCGACAGACTCACTC  GGAGAATGTGAGCACCGA  1E/130
Q14-T1 SM1E_2 CGACGAAACAGGTGTGCTA  GAATCATTTGGGGCTGGG  1E/215
Q16-T1 SM2E_1 CAGGTCCAAAAACCAGCC  GAATTCGAGGTTCCGCAG  2E/480
Q19-T1 SM2E_2 CGCGCATCGTACCAGTTAGT  GTAGTTCATGCGCACACACT  2E/400
Q19-T2 SM2E_3 GTGTGTGCGCATGAACTACTT  GGAGTCGTTGGTTGGACATG  2E/225
Q27-T1 SM2E_4 ATGCTTTTCCCTTCCAACAG  CAAACTATGCTACCATGATCG  2E/125
Q27-T2 SM2E_5 ATGCTTTTCCCTTCCAACAG  CAAACGAAAAGCTGACCAAAC  2E/195
Q55-T1 SM3E_1 CACACGGAATTCAACAACTCAAG  ACGAATTGACCGTCGATCAGA  3E/195
Q55-T2 SM3E_2 GCAGCAGAGAACGTACACTTGTA  TGGCAAAAGTATTCTGAACCGT  3E/170
Q47-T1 SM4E_1 ATTCCTAATGGTCCTACAGC  ATCACGCACGAACAAGTC  4E/580
Q45-T1 SM5E_1 CACGGCTACGCGGATGAAC  GCTGCCCCCTGGTTGTAGA  5E/235
Q32-T1 SM5E_2 TACGTCGTCATGCGGGTTAT  AGGGTGACAACCTGTAGCCA  5E/205
Q32-T2 SM5E_3 GCTGACGAGGATGATGACACT  ACAACCTGTAGCCAGATCACG  5E/245
Q22-T1 SM5E_4 AAAGAGATGGAGATGCGAAT  GCATATTTGACAAGTTTGAACA  5E/260
Q47-T2 SM6E_1 ACTATTTAGTTCAACGGGACATG  TGGTGCAGAAAGAAGCTCAGA  6E/365
Q41-T1 SM7E_1 TTAGAAGTATAGCTACCTGC  TCCCTAGTCTATGACCATC  7E/185
Q32-T3 SM7E_2 CGCCCTGTATAGACTGCATTG  GAGCCACGTTATCGTCCACTA  7E/350
Q32-T4 SM7E_3 TCTCGCTAGAAGCCAGACAT  ACATGCATACTCTTTGTCCACA  7E/295
Q16-T2 SM1-7E_1 CGACGAAACAGGGTAACT  CGAGGACAGTTCAGTGCT  Al/455
Q16-T3 SM1-7E_2 CAAGTGCGGACGACGGAC  CGAGGACAGTTCAGTGCTGAC  Al/435
Q54-T1 SM1-7E_3 AAAACAATAAGGTTGCGTCCATC  GTAGTAAAAGCAAACTGATCGCA  Al/145
  原始扩增条带由引物组合Q1~Q56(组合序号)+Tn(片段序号)组成;标记名称由SM (特异标记)+nE(E染色体序号)+相同染
色体不同标记序号构成
The name of original amplified fragment is composed of primer combination plus series number of amplified fragments;The marker
name is composed of“SM”for specific marker,“nE”for each E chromosome of Th.elongatum,and plus the series number of different
markers on the same chromosome
·8951· 麦 类 作 物 学 报                  第34卷
  M:DL2000marker;1~7:附加系DA1E~DA7E;8:中国
春;9:长穗偃麦草(2X)
M:DL2000marker;1~7:Addition lines from DA1Eto
DA7E,respectively;8:Chinese Spring(CS);9:Th.elongatum
(2X);A:SM1E_2;B:SM2E_1;C:SM3E_1;D:SM4E_1;E:
SM5E_1;F:SM6E_1;G:SM7E_1;H:SM1-7E_1
图2 长穗偃麦草基因组和染色体特异SCAR标记
Fig.2 Genomic and chromosome specific SCAR
markers of Th.elongatum
  另外,利用重新设计的引物扩增时,有9对引
物在两条E染色体上扩增了相同大小的条带,即
SCAR标记。如依据1E染色体片段测序结果重
新设计的引物除了在1E出现扩增外,在4E也出
现相同扩增;同样,来自6E染色体的引物在2E
也出现相同扩增;来自4E染色体的引物在5E也
出现相同扩增;来自7E染色体的引物在6E也出
现相同扩增 (图片未提供)。结果表明在138对
引物中,共获30个特异SCAR标记,其中单一E
染色体SCAR标记18个,两条E染色体SCAR
标记9个,全基因组SCAR标记3个,发展效率
为21.7% (30/138)。以开始引物组合数计算,发
展效率为53.6%(30/56)。
2.3 长穗偃麦草染色体SCAR标记的特异性和
稳定性
部分SCAR标记扩增的特异性和稳定性结
果如图3所示。来自1E染色体的SM1E_2和2E
染色体SM2E_1引物在长穗偃麦草和对应染色
  M:DL2000marker;A:SM1E_2、SM2E_1标记在附加系、代换系的扩增(1~7:附加系DA1E~DA7E;8:中国春;9:二倍体长穗偃
麦草;10~16:代换系DS1E/1D~DS7E/7D);B:SM1E_2标记在所有代换系的扩增(1~3:1E染色体代换系;4~19:其他E染色体代换
系;20:中国春;21:二倍体长穗偃麦草);C:SM1E_2标记在F2的扩增(1~18:1E/1A代换系与扬麦158杂交F2代单株;19:扬麦158;
20:1E/1A代换系)
M:DL2000marker;A:Amplification of SM1E_2and SM2E_1markers in addition and substitution lines[1~7:Addition lines from
DA1Eto DA7E,respectively;8:Chinese Spring;9:Th.elongatum(2X);10~16:Substitution lines DS1E/1D,DS2E/2D,DS3E/3D,DS4E/
4D,DS5E/5D,DS6E/6D,DS7E/7D];B:Amplification of SM1E_2in al substitution lines[1~3:1Echromosome substitution lines
DS1E/1A,DS1E/1B,DS1E/1D;4~19:Other E chromosome substitution lines;20:Chinese Spring;21:Th.elongatum(2X)];C:Amplifi-
cation of SM1E_2in F2population[1~18:F2plants from DS1E/1A×Yangmai 158;19:Yangmai 158;20:DS1E/1Achromosome sub-
stitution lines]
图3  长穗偃麦草E染色体SCAR标记特异扩增
Fig.3 Specific amplification in different materials with SCAR markers specific to E chromosomes
·9951·第12期 秦树文等:基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用
体附加系、代换系中有特异扩增条带,而在中国春
中没有,表明该扩增条带为1E、2E染色体特异
SCAR标记(图3A)。1E染色体特异SCAR标记
在所有中国春-长穗偃麦草的代换系中只有1E代
换系能够扩增(图3B),以及1E代换系与扬麦
158杂交的F2代出现1E染色体扩增单株与无1E
染色体扩增单株的分离(图3C),表现了所发展的
分子标记在不同材料和不同世代中扩增染色体的
特异性和稳定性。
2.4 附加E染色体单株的标记鉴定
以硬粒小麦 Langdon和异源六倍体小麦
8801杂交的不同F1(2n=AABBE=35)单株自交
产生的F2群体为鉴定材料,以中国春(CS)、长穗
偃麦草(2X)为对照。每株F1 选取20粒F2种子
发芽生长,其中F1-1存活6株,F1-7存活13株,
F1-10存活10株,F1-11存活9株,共38株并提
取DNA。以本研究开发的长穗偃麦草的特异
SCAR标记(表2中斜体字标记)进行检测,首先
用基因组特异标记SM1-7E_1对38株小麦进行
扩增,结果27个单株有特异扩增条带(图4A)。
然后用染色体特异标记对筛选出的27个植株进
行PCR扩增,结果显示含1E染色体1株(6泳
道),3E1株(38泳道),4E3株(13、23、37泳道),
5E1株(9泳道),6E1株(19泳道),7E2株(5、
20泳道)(图4B),这些植株仅一条E染色体特异
扩增,表明附加了一条或者两条相同E染色体,
PCR结果没有2E染色体的单独附加,但出现多
株2E染色体与其他E染色体同时附加的单株。
  M:DL2000marker;A:SM1-7E_1对F2单株的PCR扩增(1~38:不同F2单株;39:硬粒小麦;40:8801);B:染色体特异标记对27
个植株的PCR扩增(1~38:来自A中含长穗偃麦草染色体的单株;39:硬粒小麦;40:8801)
M:DL2000marker;A:PCR amplification of SM1-7E_1for F2plants(1-38:Different F2plants;39:Durum;40:8801);B:PCR am-
plification of chromosome specific marker in 27F2plants(1~38:The plants from A with chromosome of Th.elongatum;39:Durum;40:
8801)
图4 F2代中长穗偃麦草染色体的检测
Fig.4 Identification of Th.elongatumchromosome in F2generation
3 讨 论
3.1 TRAP技术发展特异SCAR标记的可行性
目前,借助不同标记技术已经开发了一些长
穗偃麦草的特异分子标记,但总体来看,标记的数
量有限,筛选一种适合于长穗偃麦草特异标记开
发的高效、简单、价廉的途径具有重要意义。
TRAP技术在一次PCR扩增中可产生大量的扩
增片段,为筛选特异条带提供了基础。利用此方
法曾进行了小麦 A、B、D组染色体特异标记开
·0061· 麦 类 作 物 学 报                  第34卷
发[25],但没有转化为分辨更简单的SCAR标记。
本研究利用长穗偃麦草的1条EST序列(所在染
色体未知)设计固定引物和已公布的随机引物进
行组合后对供试材料扩增,获得了分布在7条E
染色体上160条特异片段,表明依据随机EST序
列设计固定引物扩增的染色体也是随机的,可以
扩增E基因组所有染色体。来自不同植物EST
设计的固定引物可用于不同植物间扩增的结
果[17],为 EST 序列较少的长穗偃麦草利用
TRAP技术发展标记提供了可能。
本研究利用 138 对引物获得 30 个特异
SCAR标记,其中18个为染色体特异的SCAR标
记,而大部分引物未能获得扩增片段或者扩增片
段无特异性,不能发展为E染色体特异标记。由
于目前小麦的全基因组序列在 GenBank中不完
全,不能完全确认通过比对获得的序列就是长穗
偃麦草特异序列,从而导致依据疑为长穗偃麦草
序列设计的引物进行PCR扩增无染色体特异性。
与 RAPD、AFLP、SSH 和 SLAF-seq等方法相
比,TRAP技术开发长穗偃麦草的特异标记效率
比较高,为21.7%(30/138)或53.6%(30/56)。
另外,从设计引物的DNA序列来比较,TRAP技
术是依据具有某种功能的EST序列设计引物,而
依据 RAPD、AFLP、SSH、SLAF-seq所获 DNA
序列是随机的。当以EST序列设计引物时,其引
物与表现型的相关性和实用性相对较高。因此,
从可操作性、发展效率、性价比和应用前景综合考
虑,TRAP 技术用于开发长穗偃麦草的特异
SCAR标记是可行的。
3.2 长穗偃麦草特异分子标记的应用
利用 TRAP技术获得的长穗偃麦草特异
SCAR标记,表现了在不同材料和不同世代中扩
增的特异性和稳定性,这些标记的扩增结果是单
一条带的有或无,在琼脂糖凝胶上区分明显,使用
中无须区分和统计多条扩增条带,可用于小麦背
景中长穗偃麦草染色体的确定和跟踪。基因组特
异标记可以用来检测小麦背景中的长穗偃麦草染
色体,而染色体特异标记则可以检测单一的染色
体,如创建附加系、代换系可跟踪特定染色体。另
外,如果获得与长穗偃麦草的某种优良性状相关
的特异标记,可用于长穗偃麦草种质杂交后代的
辅助选择。SCAR标记的扩增结果简单而宜于自
动化,从而可用于大量材料的检测而提高育种的
选择效率。
除了单一染色体的SCAR标记外,还出现了
两条染色体的SCAR标记,这些依据同一E染色
体扩增片段设计的引物,在两条或以上E染色体
上扩增相同大小条带,其可能原因是该引物在配
对区段的染色体并非唯一性,从而能扩增两条或
以上E染色体均具有的特异条带。这类标记既
可以和单一染色体的标记联合应用,也可以单独
应用于E染色体的检测。如在利用长穗偃麦草
优良基因进行小麦遗传改良的过程中,通常知道
基因所在的E染色体和以该E染色体代换系为
供体与小麦杂交,在此类杂交组合中仅涉及一条
染色体,所以,这些在两条E染色体上出现的标
记也可以适用于长穗偃麦草单条染色体的检测与
跟踪。
目前,全套的硬粒小麦-长穗偃麦草附加系还
没有。Jauhar等[28]将二倍体长穗偃麦草的1E染
色体附加到硬粒小麦Langdon背景中,育成了具
有抗赤霉病特性的硬粒小麦-长穗偃麦草附加
系,前后共花了10年时间。本研究以硬粒小麦
Langdon与含有Ee组染色体的种质8801进行杂
交,理论上F1 产生的F2中各单株可附加1-14条
E染色体,E染色体可独立附加或相互间自由组
合附加,染色体数目为2n=28-42。首先利用长
穗偃麦草基因组引物SM1-7E_1对38株F2小麦
进行PCR扩增,筛选出有扩增条带的植株27株,
这27株小麦理论上附加了长穗偃麦草的不同E
染色体,没有条带的植株则没有附加E染色体。
在此基础上再用染色体特异SCAR标记对27株
进行PCR扩增,结果表明这27株小麦分别附加
不同E染色体和不同数目E染色体,和预期结果
一致。利用基因组和单一染色体特异SCAR标
记结合的方法,可筛选到附加单一E染色体的单
株,对此单株的后代进行染色体数目检查、GISH
鉴定,进而从中筛选到硬粒小麦-长穗偃麦草双体
附加系是完全可行的。和传统的附加系创建方法
相比,在早代通过PCR扩增就明确附加具体E
染色体的单株,缩短了培育时间,提高了准确性和
培育效率。
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