全 文 :·生物技术· 北方园艺2011(20):124~127
第一作者简介:刘洁(1986-),女,河北保定人,在读硕士,研究方向
为城市林业。E-mail:bdlj.19@163.com。
责任作者:王志刚(1956-),男,河北高阳人,教授,博士生导师,现
主要从事城市林业和森林保护的教学与研究工作。E-mail:wzhg
@mail.hebau.edu.cn。
收稿日期:2011-07-18
锦带花ISSR-PCR 反应体系的建立与优化
刘 洁,王 志 刚,聂 庆 娟,阎 爱 华
(河北农业大学 林学院,河北 保定071000)
摘 要:以锦带花幼叶为试材,提取锦带花基因组的DNA,并对其纯度、浓度进行检测,建立
适合锦带花的ISSR-RCR反应体系。结果表明:DNA扩增效果良好,完全能满足进一步试验的需
要。同时对锦带花ISSR-PCR反应体系中各个影响因素进行优化,建立了适合锦带花ISSR分子
标记的最佳反应体系,即在20μL的反应体系中,含稀释浓度为3倍的DNA模板,0.20mmol/L
dNTP,稀释10倍体积高保真PCR缓冲液含(Mg2+)3.0μL;1.00μmol/L引物,1.25UTaq酶。
扩增程序为:94℃预变性5min;94℃变性30s,52.0℃退火45s,72℃延伸1.50min,45个循环;最
后72℃延伸5min,4℃保存。应用该ISSR体系对3份锦带花种质进行了扩增,证实了该体系的
适用性和稳定性。
关键词:锦带花;ISSR-PCR;建立;优化
中图分类号:S 685.99 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2011)20-0124-04
锦带花(Weigela florida (Bunge))属于忍冬科
(Caprifoliaceae)锦带花属(Weigela),主要分布在黑龙
江、辽宁、河北、山东、山西和江苏等地区。中医理论认
为锦带花有清热解毒、活血止痛的功效,主要用于瘟病
初起、头疼咽干、喉痹、痈肿疔疮、丹毒、感冒发热等
症[1]。锦带花花期较长,花朵盛开之时正值春花凋谢、
夏花稀少之际,花色艳丽繁多,成为东北、华北等地重
要的早春观赏植物,在园林上应用较为广泛。锦带花
对酸还有一定的抗性,是优良的抗污染灌木。
目前为止,人们对锦带花各方面的研究还很少,只
在育种和栽培技术上有所研究,在分子方面的报道尚
为空白。基因组DNA提取是植物分子标记技术的基
础工作,提取的基因组DNA质量至关重要,它直接影
响到后续试验的进行。花里因含有大量的多糖、酚类
和单宁等次生代谢物质[2],在DNA的提取过程中不易
提纯,使得锦带花DNA提取变得较为困难,质量较低,
难以满足进一步分子生物学研究的需要。该试验采用
试剂盒提取基因组DNA,获得的DNA可用于满足该
试验的要求
。
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Study on Tissue Culture and Plant Regeneration from Leaf of Torenia bailoni
WANG Ying-hua1,CHEN Xiong-wei 1,CHEN Gang1,JIN Hong2
(1.Colege of Life Science,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526061;2.Department of Science and Technology,Shenzhen
Fairylake Botanical Garden,Shenzhen,Guangdong 518004)
Abstract:Fuly unfolding of leafs of Torenia bailloni were used as explants and MS as basal medium adding diferent
concentrations of 0.01,0.05,0.1mg/L TDZ and CPPU,to study the efect of TDZ and CPPU on diferentiation of
bud,and the best medium for rooting were screened.The results showed that the optimal culture medium for inducing
adventitious buds were MS+TDZ 0.1mg/L and MS+CPPU 0.05mg/L,inducing rate was 100%.The optimal
culture medium of rooting was 1/3MS and the rooting rate reached 100%.The survival rate of the plantlet was up to
90%after being transplanted into soil.
Key words:Torenia bailloni;leaf;adventitious buds;plant regeneration
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北方园艺2011(20):124~127 ·生物技术·
ISSR(简单重复序列间隔区,Inter-Simple Sequence
Repeat)是由Zietkiewicz等于1994年创建的一种简单
序列重复区间扩增多态性的分子标记[3]。ISSR具有
操作简单、标记重复性好、稳定程度高、多态性丰富、
DNA用量少、成本低等优点。ISSR标记已广泛地用
于遗传多样性、品种鉴定、系统发育、基因定位、分子标
记育种等方面[4]。由于该技术通常为显性标记,且具
有很好的稳定性和多态性[5],在对绝大多数缺乏遗传
学研究背景的植物遗传多样性水平评价中,ISSR发挥
着极为重要的作用[6-7],近年来在作物DNA标记上也
得到较多应用[8]。因而是一种非常理想的用于构建
PCR为基础的分子图谱的分子标记技术。它是根据植
物中广泛存在SSR的特点,利用SSR本身设计引物,
不需预先克隆和测序。
试验对影响锦带花ISSR-PCR扩增反应的各个参
数进行优化,建立适合锦带花的ISSR-PCR反应体系,
为应用ISSR分子标记技术进行锦带花种质资源研究、
分子育种等创造条件。
1 材料与方法
1.1 试验材料
河北农业大学校园内有3种锦带花,分别为红王
子锦带(Weigela florida cv.Red Prince)、花叶锦带
(Weigela floridacv.Variegata)和锦带花,2010年5~
7月从校园内采集叶片,于-70℃冰箱中保存备用。
引物序列参照加拿大哥伦比亚大学UBC公布的ISSR
引物序列设计,引物序列由上海生工合成,Taq 酶、
dNTP、DL 2 000marker等其它试剂均购自北京索莱
宝有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 基因组DNA的提取 取锦带花叶片约0.2~
0.3g置于预冷的研钵中,加入液氮迅速研磨,重复几
次至研成发白的粉末,然后转移至1.5mL离心管中,
按照北京索莱宝有限公司的基因组DNA提取试剂盒
说明书进行操作。用1%琼脂糖凝胶电泳检测基因组
DNA,通过核酸蛋白检测仪测定DNA浓度,剩余的
-20℃保存备用。
1.2.2 引物筛选 所用ISSR的成套引物参照加拿大
British Columbia大学提供的引物序列,由上海生工公
司合成。用100种ISSR引物进行PCR扩增,对引物
进行初筛,即用一个模板对所有引物进行筛选,然后再
用已经筛选出来的引物进行复筛以确定最佳引物。
PCR反应体系为:扩增程序参照张雷凡等[9]方法并稍
作修改,扩增程序为预变性94℃5min,变性94℃
30s,退火52℃45s,延伸72℃90s,38个循环;72℃最
后延伸5min;扩增后4℃保存。PCR产物在1.0%琼
脂糖凝胶上电泳分离,Goldenview染色显带,紫外光下
凝胶成像系统观察并成像。
1.2.3 ISSR-PCR反应体系的建立 以红王子锦带为
试材,筛选出一个最佳引物后,参照贺学勤等[10-11]的
ISSR扩增及检测方法,采用正交实验设计,对影响
ISSR-PCR反应体系的5个影响因子各设置4水平进
行考察(表1)。根据正交设计表L16(45)设计试验(表
2),筛选试出优化组合,建立适宜ISSR-PCR的反应
体系。
表1 试验设计因素和水平
水平 DNTPs/mmol·L-1 10×Pfu PCR Buffer(Mg2+) 引物/μmol·L-1 Taq酶/U·μL-1 DNA模板/ng·μL-1
1 0.15 1.5 0.4 1.25 10
2 0.20 2.0 0.6 1.50 20
3 0.25 2.5 0.8 1.75 30
4 0.30 3.0 1.0 2.0 40
表2 正交实验表L16(45)
水平 dNTPs/mmol·L-1 引物/μmol·L-1 10×Pfu PCR Buffer(Mg2+) Taq酶/U·μL-1 DNA模板/ng·μL-1
1 0.15 0.40 1.50 1.25 10
2 0.15 0.80 2.00 1.50 20
3 0.15 1.00 2.50 1.75 30
4 0.15 1.20 3.00 2.00 40
5 0.20 0.40 2.00 1.75 40
6 0.20 0.80 1.50 2.00 30
7 0.20 1.00 3.00 1.25 20
8 0.20 1.20 2.50 1.50 10
9 0.25 0.40 2.50 2.00 20
10 0.25 0.80 3.00 1.75 10
11 0.25 1.00 1.50 1.50 40
12 0.25 1.20 2.00 1.25 30
13 0.30 0.40 3.00 1.50 30
14 0.30 0.80 2.50 1.25 40
15 0.30 1.00 2.00 2.00 10
16 0.30 1.20 1.0 1.75 20
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2 结果与分析
2.1 锦带花基因组DNA的提取与检测
采用试剂盒快速提取锦带花样品基因组的DNA,
通过核酸蛋白检测仪测得其含量为60ng/μL,OD260/280
为1.8~2.1,OD260/230为2.1~2.2,均符合该试验的
DNA要求。取适量DNA溶液在1%琼脂糖胶电泳,
结果见图1,通过后面ISSR扩增表明,该试验提取的
DNA可用于满足ISSR的要求。
图1 锦带花基因组DNA的琼脂糖凝胶电泳
注:泳道1、2、3分别为同一DNA样品的3个重复。
2.2 使用引物
用上述DNA模板初步筛选,得到较好引物,引物序
号分别为 UBC811、UBC815、UBC820、UBC827、UBC835、
UBC841、UBC844、UBC847、UBC848、UBC850、UBC851、
UBC854、UBC857、UBC862,其序列及退火温度见表3。
表3 使用引物信息
序号 引物 序列 退火温度/℃
1 UBC811 gAg AgA gAg AgA gAg AC 54.59
2 UBC815 CTC TCT CTC TCT CTC Tg 54.59
3 UBC820 gTg TgT gTg TgT gTg TC 54.59
4 UBC827 ACA CAC ACA CAC ACA Cg 54.59
5 UBC835 AgA gAg AgA gAg AgA gYC 56.16
6 UBC841 gAg AgA gAg AgA gAg AYC 56.16
7 UBC844 CTC TCT CTC TCT CTC TRC 56.16
8 UBC847 CAC ACA CAC ACA CAC ARC 56.16
9 UBC848 CAC ACA CAC ACA CAC ARg 56.16
10 UBC850 gTg TgT gTg TgT gTg TYC 56.16
11 UBC851 gTg TgT gTg TgT gTg TYg 56.16
12 UBC854 TCT CTC TCT CTC TCT CRg 56.16
13 UBC857 ACA CAC ACA CAC ACA CYg 56.16
14 UBC862 AgC AgC AgC AgC AgC AgC 61.86
再用这14条引物进行复筛,结果见图2,从右边数依次
为1~14号,9号最为清晰且多态性高,为最佳引物。
图2 用同一模板进行引物筛选确定最佳引物
注:泳道1~14号分别为表3中的引物。
2.3 ISSR反应体系的建立
利用上步筛选出的最佳引物 CAC ACA CAC
ACA CAC ARg进行正交实验,按照表1、2配体系,取
10μL PCR扩增产物点样从右向左依次标为1~16
号,在含Goldebview的1.0%琼脂糖凝胶上电泳,在稳
流100mA,电压150V下跑电泳约40min,以DL 2000
为分子量标记,电泳结束后经凝胶成像系统扫描见图
3,第7泳道多态性最佳,且最清晰。
图3 正交实验设计电泳
注:泳道1~16号分别为正交实验表2中不同水平的反应结果。
2.3.1 模板 模板浓度对ISSR-PCR反应的影响,不
同浓度得到的结果差异较大。通过核酸蛋白检测仪测
得其含量为60ng/μL,在20μL体系中DNA模板浓度
分别进行6、3、2、1.5倍稀释,浓度分别为10、20、30、
40ng/μL,观察电泳图谱,1、8、10、15泳道(均为10ng/
μL),条带几乎不出,虽然15泳道出现条带,但只有1
条比较亮,故模板浓度太低不行,随着模板浓度增加,
扩增的DNA条带亮度有所增加,11泳道(40ng/μL)
条带很亮但是重叠在一起不清晰。因此,锦带花ISSR-
PCR扩增模板用量选为稀释3倍,即20ng/μL。
2.3.2 酶 酶在ISSR-PCR反应体系中是最主要的
影响因素,直接影响扩增的结果。并不是使用高浓度
的Taq酶就能产生好的试验结果,观察图谱,4、6、9、15
泳道均为2U的Taq酶浓度,但这4个泳道均不理想,
浓度太低产物的合成效率下降,也不能使试验正常进
行,通常使用1U的浓度,该试验设定1.25U,效果良
好。由图2可知,7处理中,酶用量较少且条带清晰,因
此1.25U为锦带花合适的酶用量。
2.3.3 10×Pfu PCR Bufer(Mg2+) 10×Pfu PCR
Bufer(Mg2+)与Taq酶配套使用,按照使用说明,与酶
用量一一对应,优化的PCR缓冲体系使酶的作用发挥
最大功效,使PCR反应即使在很低的起始模板量下也
能够得到有效扩增。使用该品进行PCR扩增调节镁
离子浓度等对PCR条件进行优化,以筛选出针对于特
定PCR反应的最佳PCR bufer。
2.3.4 引物 引物浓度过低,与模板结合位点少扩增
条带弱;过高的引物浓度产生非特异性扩增和引物二
聚体的形成,从而影响扩增效果。该试验采用0.40、
0.80、1.00、1.20μmol/L 4个不同引物浓度,由图2可
知,引物浓度在1.0~1.2都比较合适,考虑试验成本,
酶浓度定为为1μmol/L。
2.3.5 dNTPs dNTPs是PCR扩增反应的原料,必
须达到一定的浓度才能满足要求,但过高也会与Taq
酶竞争 Mg2+,对扩增不利。该试验采用0.15、0.20、
0.25、0.30mmol/L 4个dNTPs浓度,由图2可知,5~
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北方园艺2011(20):124~127 ·生物技术·
7、14~16泳道的扩增条带较清楚,5~7泳道的浓度为
0.2mmol/L,14~16泳道的浓度为0.3mmol/L,后者
并不比前者好,为了试验成本考虑,故选用dNTPs的
浓度为0.2mmol/L。
综上所述,7泳道是最优反应体系。即在20μL
的反应体系中,含稀释浓度为3倍的 DNA 模板,
0.20mmol/L dNTP,稀释10倍体积高保真PCR缓冲
液含(Mg2+)3.0μL;1.00μmol/L 引物,1.25 U
Taq酶。
3 讨论
3.1 关于锦带花基因组DNA提取质量
花里含有多酚等,因此不易提纯,使用试剂盒可以
避免这一问题。
3.2 ISSR体系建立中的问题
影响ISSR-PCR反应体系的因素较多,主要因子
为模板浓度、引物、dNTPs以及Taq酶等。设计正交
实验对这些影响因素进行筛选,得到最优反应体系,并
且通过各个单因素分析验证了正交实验结果的正确
性。此外,反应扩增程序也是影响试验的重要条件,根
据忍冬科植物的ISSR-PCR反应扩增程序[12],并且结
合筛选出的引物的退火温度进行摸索,设定反应温度
分别为51、52、53、54、55、56℃,循环数设定为35、38、
42、45、48个,结果只有循环数达到45个循环才能扩增
出稳定条带,温度52℃时最好,可能是锦带花的ISSR-
PCR扩增片段比较小,必须增加循环数才能跑出稳定
条带,筛选出的引物退火温度均在54~60℃,最佳引物
在56℃左右,根据这个温度进行试验,结果52℃时效
果最好,温度太高太低均不能扩增出条带。
总之,通过对ISSR体系各影响因子的优化研究,
处理7为比较好的组合,即在20μL的反应体系中,含
稀释浓度为3倍的 DNA模板,10×Pfu PCR Bufer
(Mg2+)3.0μL,0.20mmol/L dNTP,1.00μmol/L引
物,1.25UTaq酶。锦带花在分子方面的研究为空白,
没有什么遗传背景,故该试验采用ISSR分子标记,这
是一种拥有通用引物的分子标记方法。建立并优化该
反应体系为今后的锦带花的遗传多样性的研究奠定基
础,该试验属于分子方面的基础试验。
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Establishment and Optimization of ISSR-PCR Reaction System in Weigela florida
LIU Jie,WANG Zhi-gang,NIE Qing-juan,YAN Ai-hua
(Colege of Forestry,Agricultural University of Hebei,Baoding,Hebei 071000)
Abstract:Extracting DNA from young leaves of Weigela florida and the purity,concentration of the DNA were
tested ISSR-PCR reaction system a suitable Weigela florida were established.The results showed that the DNA
could be wel amplified,which was fuly able to meet the demand of further experiments.At the same time,impacting
factors of Weigela florida ISSR-PCR reaction system were opti-mized,and established the best suitable reaction
system for Weigela florida.That was in 20μL reaction system,DNA template with 3times of dilution
concentration,0.20mmol/L dNTP,10×Pfu PCR Bufer(Mg2+)3.0μL,1.00μmol/L primerand and 1.50UTaq
enzyme.The optimal PCR amplification process was:5minutes at 94℃for predenaturation,then folowed by 45
cycles,each with 30seconds at 94℃for denaturation,45seconds at 52.0℃for annealing,1.50minute at 72℃for
extension,finaly extension at 72℃for 5minutes and holding the samples at 4℃.The system was applied in the
amplification of three varieties of Weigela floridaindicating the suitability and stability of the system.
Key words:Weigela florida;ISSR-PCR reaction system;establishment;optimization
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