全 文 :食用菌学报2016.23(2):6~11
收稿日期:2016-05-09原稿;2016-05-27修改稿
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)食用菌优异种质性状形成的遗传基础(2014CB138305)、公益性行业
(农业)科研专项(201503137)、吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(2016191)资助
作者简介:王新新(1990-),女,在读硕士,主要从事食用菌病害研究。
*本文通讯作者 E-mail:yuli966@126.com
DOI:10.16488/j.cnki.1005-9873.2016.02.002
双孢蘑菇种质SSR分子身份证的构建
王新新,李 丹,宋 冰,郭玉秀,苏文英,戴月婷,刘 源,付永平,李 玉*
(吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心,吉林长春130118)
摘 要:分子身份证是作物品种数字化的DNA指纹。本文采用从100对SSR引物中筛选出的8对引物、对
从国内外收集的80份栽培及野生双孢蘑菇(Agaricus bisporus)种质的扩增谱进行分析,合并同类型菌株后得
到29份代表菌株,再根据不同代表菌株对8对SSR引物产生的不同扩增谱型构建出这29份不同双孢菇菌株
的分子身份证,可为区分和鉴别双孢蘑菇的品种提供参考。
关键词:双孢蘑菇;SSR标记;分子身份证
双孢蘑菇(Agaricus bisporus)又称为白蘑菇、洋蘑菇,有很高的食、药用价值[1]。早在17世纪已开
始栽培,是世界现今人工栽培范围最广、产量最大的食用菌之一[2]。双孢蘑菇的商业化、规模化栽培模
式近几年在国内发展地更加迅速,我国双孢蘑菇产量和出口量已经跃居世界第一[3]。
我国现今广泛用于商业栽培的菌株大部分是从U1和U3演化而来[4],遗传背景狭窄。且目前,食
用菌主要是采用形态学特征为分类依据,虽然在一定程度上形态特征能在类群层面进行很好的划分,
但子实体的形态性状容易受到外界环境条件的影响而不稳定,如果结合其它分子生物学等辅助手段将
能更好地区分和鉴别不同的食用菌菌株[5]。
近年来分子身份证的概念逐渐发展。分子身份证与指纹图谱的功能相同,但分子身份证作为数字
化、网络化的 DNA 指纹,在用于品种检索、对比时能够更加直观方便[6]。SSR (Simple Sequence
Repeat)是目前一种广泛应用于遗传育种中的分子标记,相对其它标记,其具有操作简便快速、多态性
高、稳定性和重复性好、识别率高等特点[7],并被广泛应用于油菜[8]、葡萄[9]、水稻[10]、大豆[11]等品种鉴
定中。利用SSR标记结合相关数量遗传分析手段,可以进行种质资源的鉴定、亲缘关系的判断、种质特
异性的评价[12]。而将若干SSR位点上的条带按一定规则转化成类似人指纹的图谱就称之为SSR 指
纹图谱,数字化的指纹图谱即可构建各品种的分子身份证[10]。笔者尝试了采用SSR标记对国内外不
同来源的双孢蘑菇种质建立分子身份证,希望为科学鉴定、合理利用双孢蘑菇种质资源提供参考依据,
同时为在双孢蘑菇新品种审定与鉴定以及双孢蘑菇分子标记辅助育种提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1供试材料
80份双孢蘑菇菌株收集自中国(57份,其中野生26份)、美国(13份)、英国(1份)、德国(3份)、韩
国(1份)、荷兰(4份)、西班牙(1份)等地,其中栽培菌株54个,野生菌株26个,保存于吉林农业大学食
药用菌教育部工程研究中心,由福建省农业科学院食用菌研究所及四川省农业科学院土壤肥料研究所
提供,详细信息和菌株编号见表1。
1.2DNA提取
表1中菌株分别于PDA固体培养基上,25℃条件下培养7~10d,刮取新鲜双孢蘑菇菌丝体100mg
第2期 王新新,等:双孢蘑菇种质SSR分子身份证的构建
左右,加入液氮迅速冷冻,后按新型植物基因组DNA提取试剂盒(北京康为世纪生物科技有限公司,北
京)说明提取其基因组DNA,-20℃保存。
表1 供试双孢蘑菇菌株信息
Table 1 A.bisporus test strains
编号
No.
原保藏号
Originalcode
特性
Character
来源
Origin
编号
No.
原保藏号
Originalcode
特性
Character
来源
Origin
A1 Min-1* A,W 福建Fujian A41 Yingxiu-1* S,W 浙江 Zhejiang
A2 As1671* A,W 福建Fujian A42 Ag23a* S,W 英国 England
A3 A15* S,W 美国 United States A43 2094** S,B 西藏 Tibet
A4 As4607* S,W 福建Fujian A44 Dashan-1** S,B 山西Shanxi
A5 As3003* S,W 福建Fujian A45 A-02*,A,W A,W 上海Shanghai
A6 Zhenong-1* S,W 浙江 Zhejiang A46 AH8301* S,W 上海Shanghai
A7 As2796* S,W 福建Fujian A47 AH8302* S,B 上海Shanghai
A8 T258* A,W 福建Fujian A48 J5* S,W 上海Shanghai
A9 As2987* S,W 福建Fujian A49 F-01* S,W 上海Shanghai
A10 W2000* S,W 福建Fujian A50 2014062314* S,W 韩国 Korea
A11 As1789* A,W 福建Fujian A51 Taishan I* S,B 泰安 Taian
A12 As4580* S,W 福建Fujian A52 F441* S,B 美国United States
A13 8213* S,W 上海Shanghai A53 A-14* A,W 美国United States
A14 ZA* A,W 德国 Germany A54 T12387** S,W 云南 Yunnan
A15 Psu324* S,W 美国 United States A55 Mojia-1* S,B 武汉 Wuhan
A16 U3* S,W 荷兰 Holand A56 Dazonggu* A,B 武汉 Wuhan
A17 MSB* S,W 台湾 Taiwan A57 AGAB-01-1** S,B 四川Sichuan
A18 F4* S,W 德国 Germany A58 AGHY03-1** S,B 四川Sichuan
A19 Ag5* S,W 合肥 Hefei A59 A12* S,W 美国United States
A20 M-2* S,W 台湾 Taiwan A67 AgRHS235** S,B 四川Sichuan
A21 102-2* S,W 上海Shanghai A68 AgLH875** S,B 四川Sichuan
A22 S46* S,W 福建Fujian A69 AgRHS232** A,B 四川Sichuan
A23 02* A,W 荷兰 Holand A70 AgRHS61** S,B 四川Sichuan
A24 ME* S,W 美国United States A72 AgRHS181** S,B 四川Sichuan
A25 S130A* A,W 美国United States A74 AgLH826** S,B 四川Sichuan
A26 13D* S,W 福建Fujian A75 AgRHS2319** S,B 四川Sichuan
A27 C13* S,B 美国United States A76 AgHS72** S,B 四川Sichuan
A28 208P* S,W 美国United States A77 AgRHS233** S,B 四川Sichuan
A29 0072* S,W 美国United States A78 AgRHS238** S,B 四川Sichuan
A30 163* S,W 上海United States A79 AgLH877** S,B 四川Sichuan
A31 U1* S,W 荷兰 Holand A80 AgLH89** S,B 四川Sichuan
A32 PSU310* S,W 美国United States A81 AgSQ83** S,B 四川Sichuan
A33 126* S,W 荷兰 Holand A82 AgRHS2338** S,B 四川Sichuan
A34 F20* S,W 德国 Germany A84 AgHS17** S,B 四川Sichuan
A35 M-1* S,W 西班牙Spain A85 AgRHS231** S,B 四川Sichuan
A36 Xinzhuang-3* S,W 上海Shanghai A86 AgRHS132** S,B 四川Sichuan
A37 MB99* A,B 美国United States A88 AgLH86** S,B 四川Sichuan
A38 AS-15* S,W 美国United States A89 AgRHS2333** S,B 四川Sichuan
A39 W192* S,W 福建Fujian A90 AgRHS112** S,B 四川Sichuan
A40 Zongxiu-1* S,B 浙江 Zhejiang A91 AgLH88** S,B 四川Sichuan
*为栽培菌株,**为野生驯化菌株;A为气生,S为匍匐;W 子实体白色,B子实体棕色
*and**indicate cultivars or strains derived from fruit bodies colected from the wild,respectively;A and S indicate aerial or trailing
(stolon)type mycelia,respectively;W and B indicate white-or brown-colored fruit bodies,respectively
7
食 用 菌 学 报 第23卷
1.3SSR引物设计
从JGI数据库中搜索并下载双孢蘑菇 H97基因组数据(version 2.0)(http://genome.jgi-psf.
org/.),利用 MISA (http://pgrc.ipk-gatersleben.de/tools.php)搜索SSR,搜索标准为:二、三、四、
五、六核苷酸的最少重复次数大于等于5次。利用引物设计软件Primer 3.0在含有SSR位点的序列
中设计引物,共设计100对引物,这些SSR引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
1.4SSR引物筛选
选取4株来自欧洲和中国的栽培与野生双孢蘑菇菌株A7、A16、A43、A54,分别以它们的基因组DNA
为模板进行SSR引物初筛。PCR反应体系:2μL 10×PCR Buffer(Mg
2+ plus,pH=7),2μL dNTP
Mixture(各2.5mmol/L),0.3μL上游引物(50pmol/L),0.3μL下游引物(50pmol/L),0.3μL基因组
DNA,0.25μL Taq (5U/L),ddH2O补足20μL体积。反应条件:94℃预变性5min;94℃变性30s、
60℃退火30s、72℃延伸30s、30个循环;72℃后延伸10min。使用丙烯酰胺∶甲叉双丙(19∶1)制备聚丙
烯酰胺凝胶,220V恒压电泳1~1.5h后用硝酸银染色。
1.5菌株扩增实验和数据处理与分析
根据4个菌株对引物的扩增结果,筛选出扩增条带稳定、多态性丰富且区分度高的SSR分子标记,
分别对所有供试菌株进行扩增实验。
根据供试菌株引物扩增片段对应的分子量大小,按从大到小依次统计数据,有条带记为1,无条带
则记为0,构建零一矩阵并基于UPGMA进行菌株的遗传相似度分析;按照相似度分析结果,将相似度
100%的菌株分为一组,根据菌株栽培范围及普遍程度在每组中选择一个菌株作为代表。
分析每对引物对所有菌株扩增产生的不同条带类型,分别编码为1-0,并根据所有引物获得条带类
型的数据构建菌株的分子身份证。
2 结果与分析
根据4个菌株对引物的筛选结果,通过多次扩增实验及不同引物组合,最终选取8对扩增条带稳
定、带型丰富且区分度高的SSR分子标记(见表2)。这些引物对所有供试菌株进行扩增后得到60个
表2 多态性SSR引物
Table 2 Selected SSR primers
引物名称
Marker
SSR结构
SSR motif
引物序列
Primer sequence(5-3)
片段大小
Size of the cloned alele(bp)
AbSSR005 (GATGAG)6
F-CTCTGGGATATGGACGAGGA
R-CCTCTTCACCTTGACCCTCA
118
AbSSR013 (TA)6
F-GACTGCCTGATTGACGGATT
R-TCCGACTCCGACATCCTATC
162
AbSSR015 (GA)7
F-CTCGAGTCGACGAAGGAAAC
R-TCCTCGGTTTCGACTGTACC
238
AbSSR016 (TC)12
F-TGTCTGGTTTTGCTCACGTC
R-TCAGCACACTTAATCGCACA
242
AbSSR018 (CAT)6
F-TGGCTCTTTACAGCCTTGGT
R-TGCAGATGTGGTAGGAGTTTTG
122
AbSSR084 (GAA)6
F-CGACCCATCATCAACTTCCT
R-AACGAGGGAAAGGTCGATTT
234
AbSSR6* (GCT)8
F-ACCACATTCTGGAAAACGAA
R-TTAATGCTCTTGGCTTCGAC
181
AbSSR36*
(GAAG)4(GAAAAG)
(GAAG)
F-CGTTGATGGAGTTGACTGAG
R-ACAACAAAATCGTCGTGAGG
148
*引物源自参考文献[13]
*Primers as in Reference[13]
8
第2期 王新新,等:双孢蘑菇种质SSR分子身份证的构建
多态性条带。据此结果对80份菌株进行遗传多样性分析,获得系统发育树图1。如图所示,在遗传相
似系数为26%时,该8对引物准确的将供试80份双孢蘑菇菌株分为两大类群,一个类群包括54株传
统栽培菌株,另一类群包括26株野生菌株;在遗传相似系数为100%时,分为大小29个类群,每个类群
含有菌株数1~12不等,其中17个类群由单一菌株组成,剩下的63份菌株分为12类,每类选择1株具
代表性菌株(带星号角标)构建其分子身份证。
虚线以上为栽培菌株、以下为野生菌株;*菌株为每组选出的代表菌株
Strains above and below the dotted line indicate cultivars and wild-type strains,respectively;*strains representative of each group
图1 基于SSR标记的双孢蘑菇系统发育树
Fig.1 Phylogenetic tree of A.bisporus test strains constructed using SSR data
分析每个引物对供试菌株的扩增结果,筛选出的8对引物对本实验的供试菌株的标准扩增图谱,
见图2。
图2 8对SSR引物对供试菌株的标准扩增图谱
Fig.2 Electrophoresis band pattern standards generated from the A.bisporus test strains by individual SSR primer pairs
按照图2的标准扩增图谱,将每个样品的8对引物产生的标准带型进行组合,即可构成双孢蘑菇
9
食 用 菌 学 报 第23卷
29个特异性菌株的分子身份证(见表3)。其中引物 AbSSR6及 AbSSR36引自FOULONGNE[13]于
2009年文章引物,其余6对引物为本文新开发的多态性引物;由此,每个菌株的分子身份证由8位数字
组成,分别对应上述的8对SSR引物,不同数字代表引物扩增出带型在标准扩增图谱中的编号,8位数
字从左到右的顺序对应图2的引物顺序依次分别是 AbSSR005、AbSSR013、AbSSR015、AbSSR016、
AbSSR018、AbSSR084、AbSSR6和 AbSSR36。以A3为例,其分子身份证ID 为32322113,表示在上
述引物顺序下第1个引物的第3种带型,第2个引物的第2种带型,第3个引物的第3种带型,依此类
推,到第8个引物的第3种带型为止。
表3 29个特异菌株的分子身份证
Table 3 SSR molecular ID(SSR MID)codes for 29selected Agaricus bisporus strains
菌株名称
Strain No.
分子身份证号
SSRMID
菌株名称
Strain No.
分子身份证号
SSRMID
菌株名称
Strain No.
分子身份证号
SSRMID
A3 32322113 A7 11211221 A14 23232314
A16 11111221 A22 32311221 A27 44422115
A29 15644341 A31 31122113 A32 23212314
A33 22551112 A35 33222113 A42 11231221
A43 56361232 A44 66523432 A47 78773166
A53 32326313 A54 88325532 A57 96881437
A58 08396532 A67 64324432 A68 66693432
A69 66623332 A70 86323332 A79 64321252
A80 66386332 A82 64624232 A84 84653232
A88 66393332 A91 86653252
SSR分子标记由8位数组成,从左到右的数字分别代表了8对引物扩增产物的带型编号(标准带型见图2),引物顺序为 AbSSR005、
AbSSR013、AbSSR015、AbSSR016、AbSSR018、AbSSR084、AbSSR6、AbSSR36
SSR molecular IDs(SSR MID)consist of eight digit numbers derived from the electrophoresis band pattern standards(shown in Fig.
2)amplified in sequence using the eight SSR primer pairs AbSSR005,AbSSR013,AbSSR015,AbSSR016,AbSSR018,AbSSR084,
AbSSR6and AbSSR36
3 讨论
FOULONGNE[14]等使用14对双孢蘑菇SSR引物对75株传统及新育成双孢蘑菇商业菌株进行
遗传多样性进行研究,结果显示仅存在13个特异菌株,且大部分源于U1和U3。该研究结果说明现今
世界范围双孢蘑菇的主要栽培菌株的来源比较单一,且遗传背景非常狭窄[15]。本实验中54份栽培菌
株中仅16份特异菌株的结果与之相符。
明确种质资源的遗传背景是利用该种质进行育种研究的重要基础,现在的分子身份证可以在一定
程度上简单直观的分辨其相似程度。例如高粱种质92097和哈R657,其分子ID分别是65524524435
和65544324435,具有很大的相似性,两份种质具有相同的母本 R117,亲缘关系较近,均由黑龙江省农
业科学院作物育种研究所育成,因而表现出相似的分子ID[16];本实验中A7和A12的分子ID分别是
11211221和11111221仅一处不同,二者均为双孢蘑菇菌株02和8213杂交子代,亲缘近、分子ID几乎
一致。由此可见,利用分子标记技术对双孢蘑菇的菌种进行分子水平的鉴定,结合农艺性状进行综合
分析[16],种质资源的分子ID 可做为种质创新和品种选育的重要参考信息,这对双孢蘑菇的菌种利用
和保护,以及功能基因的开发具有重要的意义。但是单纯的分子身份证是较为片面的,并不能完全代
表一个品种的所有信息;且本实验中仅采用了SSR引物,若要对类群内菌株进行准确划分,还需借助其
它分子标记进行全面深入研究。
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Development of a Single Sequence Repeat-based
Molecular ID System for Differentiating
Agaricus bisporus Strains
WANG Xinxin,LI Dan,SONG Bing,GUO Yuxiu,SU Wenying,DAI Yueting,
LIU Yuan,FU Yongping,LI Yu*
(Engineering Research Center of Chinese Ministry of Education for Edible and Medicinal Fungi,
Changchun,Jilin 130118,China)
Abstract:A molecular ID (digital DNA fingerprint)system based on SSR markers for identifying and
differentiating Agaricus bisporus cultivars and wild-type strains is described.Eight SSR primer pairs,selected
from a pool of 100primer pairs,have been employed to differentiate a total of eighty A.bisporus cultivars
and wild-type strains which,based on amplification patterns,formed 29distinct groups.SSR molecular ID
codes formulated using an assemblage of standard electrophoresis band patterns have been assigned to each
test strain.
Key words:Agaricus bisporus;SSR marker;molecular ID
[本文编辑] 曹 晖
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