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通江百合SRAP-PCR体系优化及引物筛选



全 文 :第35卷第4期          西 南 大 学 学 报 (自然科学版)           2013年4月
Vol.35 No.4 Journal of Southwest University(Natural Science Edition) Apr. 2013
文章编号:1673-9868(2013)04-0032-07
通江百合SRAP-PCR体系优化及引物筛选

智 丽1, 滕中华2, 李先源1,
眭顺照1, 李名扬1
1.西南大学 园艺园林学院,重庆市花卉工程技术研究中心,南方山地园艺学 教育部重点实验室,重庆400716;
2.西南大学 农学与生物科技学院,重庆400716
摘要:利用正交设计和单因素试验相结合的方法,从模板DNA,引物,dNTPs,Taq DNA聚合酶,Mg2+等5因素4
水平来优化通江百合SRAP-PCR反应体系,优化后的反应体系为 Mg2+2.5mmol/L,Taq DNA聚合酶0.25U,
dNTPs 0.25μmol/L,引物0.25μmol/L,模板DNA 50ng,总体积为25μL.依据优化后的体系从144对引物中筛
选出扩增条带清晰,多态性丰富的引物组合24对,体系验证结果表明,优化后的体系具有较高的稳定性和重复性.
关 键 词:通江百合;体系优化;SRAP
中图分类号:Q949.71+8.23;S682.2+9 文献标志码:A
通江百合(Lilium.sargentiae Wilson)又名泸定百合,为百合科百合属多年生草本植物,花白色、喇叭
花型,植株高大,具珠芽,其分布区域广,生态适应性强,居群间多型性明显[1].在我国主要分布于四川、
重庆、云南等地,生长于海拔600~2 500m山地灌丛或溪边岩石上[2].鳞茎富含淀粉和多种生物碱,可鲜
食亦可用于加工制作保健品,干燥肉质鳞叶入药,清热润肺,治阴虚久咳,痰中带血,虚烦惊悸[3].药用和
园林应用前景广阔.
相关序列扩增多态性(Sequence-related amplified polymorphism,SRAP)技术发表于2001年[4],现已
广泛应用于多种植物的指纹图谱构建[5-6]、遗传关系分析[7]、QTL定位[8-9]等多个领域,其稳定、便捷、高
效等优点得到了一致公认[10],而其在通江百合研究中的应用少见报道[11].SRAP标记是一种基于PCR扩
增的分子标记技术,扩增结果受反应条件影响较大,因此针对不同的反应条件及不同试验材料需优化试验
体系.正交试验能分析各因素之间的内在规律,快速查找到各因素的最佳组合[12],本试验先采用正交设
计,从 Mg2+,Taq DNA酶,dNTPs,引物,模板DNA等5因素4个水平对体系进行优化,由于正交试验在
试验结果评价上主观性较强,容易忽视单一因子的客观影响[13],因此在此正交试验基础上,结合单因素的
试验方法进行体系优化以求获得最优反应体系是十分必要的,同时对PCR试验中已筛选出的引物的退火
温度进行检测,利用不同地理分布居群样品对优化后的体系进行验证,以求为通江百合遗传多样性研究和
指纹图谱构建等提供科学参照.
① 收稿日期:2012-08-03
基金项目:国家自然科学基金(30872063);中央高校基本科研业务费专项资金(XDJK2010C077);西南大学博士启动基金项目
(swu112023)资助.
作者简介:智 丽(1973-),女,黑龙江桦南人,博士,讲师,主要从事园林植物种质资源与遗传育种研究.
通信作者:李名扬,教授,博士生导师.
DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2013.04.030
1 材料和方法
1.1 材 料
试验所用材料为自然生长的通江百合[11],体系优化、引物筛选及退火温度检测以金佛山居群通江百合
为模板.体系检验所用模板源自重庆范围内不同地理分布居群.
1.2 方 法
1.2.1 DNA提取与SRAP-PCR扩增
取幼嫩叶片,采用改良CTAB法[14-15]提取基因组DNA.引物设计参照Li的原则[4]由上海英俊公司
合成,引物序列见表1,dNTPs,Taq DNA聚合酶购自宝生物工程(大连)有限公司(TakaRa).PCR扩增
在eppendorf Mastercycler PCR仪上进行,扩增程序为:94℃预变性5min,94℃变性1min,37℃复性
1min,72℃延伸2min,5个循环,94℃变性1min,50℃复性1min,72℃延伸2min,40个循环,
72℃延伸10min.4℃保存.扩增产物经1.5%琼脂糖电泳分离(1×TAE,80V,100min),Bio-rad凝
胶成像系统观察、照相.
表1 用于遗传关系分析的SRAP引物序列
引物 正向引物序列(5′~3′) 引物 反向引物序列(5′~3′)
ME1 TGAGTCCAAACCGGATA  EM1 GACTGCGTACGAATTAAT
ME2 TGAGTCCAAACCGGAGC  EM2 GACTGCGTACGAATTTGC
ME3 TGAGTCCAAACCGGAAT  EM3 GACTGCGTACGAATTGAC
ME4 TGAGTCCAAACCGGACC  EM4 GACTGCGTACGAATTTGA
ME5 TGAGTCCAAACCGGAAG  EM5 GACTGCGTACGAATTAAC
ME6 TGAGTCCAAACCGGTAA  EM6 GACTGCGTACGAATTGCA
ME7 TGAGTCCTTTCCGGTCC  EM7 GACTGCGTACGAATTGAG
ME8 TAAACAATGGCTACTCAAG  EM8 GACTGCGTACGAATTGCC
ME9 TGAGTCCAAACCGGTAG  EM9 GACTGCGTACGAATTCTG
ME10 CTGGTGAATGCCGCTCT  EM10 GACTGCGTACGAATTCAG
ME11 TGAGTCCTTTCCGGTGC  EM11 GACTGCGTACGAATTCGG
ME12 TGAGTCCAAACCGGTGT  EM12 CCAAAACCTAAAACCAGGA
1.2.2 SRAP体系优化
选用L16(45)正交表,各因素水平和正交试验设计分别见表2,M6EM11为扩增引物,各处理重复2
次,总体积为25μL,各处理的buffer用量均为2.5μL,不足部分用ddH2O补足,在正交试验筛选出的最
佳体系基础上,进行单一因素优化,即在保持其它几个因素不变的前提下,设置单一因素浓度梯度(表3),
以获得最优的反应体系.
1.2.3 引物退火温度筛选及最佳体系验证
采用优化后的体系对反应程序中第一步退火温度设置12个梯度:32.0,32.1,32.6,33.5,34.6,35.9,
35.9,38.6,39.9,41.0,41.9,42.4,确定已筛选出引物的最佳退火温度,除退火温度不同外,反应程序与正
交试验设计相同.在引物最适退火温度下对体系进行验证,随机选取任意已筛选出的2对引物对不同产地
样品进行PCR扩增,检验体系稳定性.
2 结果与分析
2.1 正交试验
正交试验16个组合的PCR产物均能扩增出条带,组合6扩增的条带最多且清晰,组合8扩增的条
带最少,根据桂腾琴等的方法[16]对PCR扩增结果进行打分,分值在1.5~10之间,极差分析可以客观
反应出各因素对反应体系影响的大小,由表2结果可知,正交试验所涉及的5个因素对SRAP-PCR影响
33第4期         智 丽,等:通江百合SRAP-PCR体系优化及引物筛选
从小到大依次为:模板DNA,引物浓度,dNTPs,Taq DNA聚合酶,Mg2+.正交试验初步确定体系各因素
用量为组合6.
表2 SRAP-PCR体系(45)正交试验结果
编号
Mg2+
/(mmol·L-1)
dNTPs
/(μmol·L
-1)
Taq DNA酶
/(U·25μL
-1)
引物
/(μmol·L
-1)
模板DNA
/(ng·25μL
-1)
平均得分
1  2.00  0.20  0.20  0.10  10.00  4.5
2  2.00  0.25  0.25  0.15  20.00  3.5
3  2.00  0.30  0.30  0.20  30.00  2.5
4  2.00  0.35  0.35  0.25  40.00  3.5
5  2.50  0.20  0.25  0.20  40.00  6.5
6  2.50  0.25  0.20  0.25  30.00  10.0
7  2.50  0.30  0.35  0.10  20.00  5.0
8  2.50  0.35  0.30  0.15  10.00  1.5
9  3.00  0.20  0.30  0.25  20.00  7.0
10  3.00  0.25  0.35  0.20  10.00  7.5
11  3.00  0.30  0.20  0.15  40.00  6.0
12  3.00  0.35  0.25  0.10  30.00  4.5
13  3.50  0.20  0.35  0.15  30.00  6.5
14  3.50  0.25  0.30  0.10  40.00  6.0
15  3.50  0.30  0.25  0.25  10.00  9.0
16  3.50  0.35  0.20  0.20  20.00  7.5
k1  3.50  6.125  7.00  4.125  5.625 -
k2  5.75  6.75  5.875  4.375  5.75 -
k3  6.25  5.25  4.25  6.00  5.875 -
k4  7.25  4.25  5.625  6.125  4.50 -
R  3.75  2.50  2.75  2.00  1.375 -
  *k1-k4:各因素水平的得分数据平均值:R:极差.
表3 SRAP-PCR单因素实验各因素水平
因   素
水平(终浓度)
1  2  3  4
Taq DNA酶(U·25μL
-1) 0.20  0.25  0.30  0.35
Mg2+/(mmol·L-1) 2.00  2.50  3.00  3.50
dNTPs/(μmol·L
-1) 0.20  0.25  0.30  0.35
模板DNA/(ng·25μL
-1) 20.00  30.00  40.00  50.00
引物/(μmol·L
-1) 0.10  0.15  0.20  0.25
2.2 单因素试验
在组合6的基础上,选用引物组合 ME5EM1设置各因素梯度.结果如图1所示.
2.2.1 Mg2+浓度对SRAP-PCR扩增效果的影响
Mg2+浓度不仅影响Taq DNA聚合酶活性,还会影响引物退火温度,从而影响PCR产物特异性
和产量,因此确定最佳 Mg2+浓度十分必要.体系 Mg2+浓度在2.0~3.0mmol/L之间时,均有扩增
条带,高于3.0mmol/L时无扩增条带,低于2.5mmol/L时,主带和弱带之间界限不清晰,Mg2+浓
度高于2.5mmol/L时,扩增出的条带数目明显减少,因此确定2.5mmol/L为体系最佳 Mg2+浓度.
2.2.2 Taq DNA聚合酶对SRAP-PCR扩增效果的影响
Taq DNA聚合酶用量过高,扩增条带背景深,浓度低,扩增条带少,影响试验结果.当Taq DNA聚
合酶用量为0.20U时,扩增条带模糊,0.30U和0.35U时,虽条带清晰、背景浅,但扩增条带数目较少,
只有用量为0.25U时,不仅条带数目较多,且背景清晰,因此选择0.25U为体系Taq DNA聚合酶用量.
43 西南大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.cn     第35卷
M:标准分子量DNA,1~4Mg2+梯度(2.0mmol/L~3.5mmol/L),5~8 Taq DNA聚合酶梯度(0.20U~0.35U),9~12模板DNA梯
度(20ng~50ng),13~16引物梯度(0.20μmol/L~0.35μmol/L),17~20dNTPs梯度(0.20μmol/L~0.25μmol/L).
图1 单因素梯度变化的SRAP-PCR电泳检测图谱
2.2.3 模板DNA对SRAP-PCR扩增效果的影响
25μL体系中,模板DNA用量在20~50ng时,扩增条带数目基本相同,说明此范围模板DNA用量
对结果无明显影响,用量为50ng时背景最清晰,因此选用50ng为体系最终模板DNA用量.
2.2.4 引物浓度对SRAP-PCR扩增效果的影响
引物浓度对PCR结果影响较大,引物浓度过高或过低,都会降低PCR产量,引物浓度在0.20μmol/L,
0.25μmol/L时扩增条带数目较多,高于0.25μmol/L,扩增条带明显减少.引物浓度为0.25μmol/L时,扩
增结果明显好于其他3个水平,扩增条带数目多且背景清晰,说明0.25μmol/L为最佳引物浓度.
2.2.5 dNTPs浓度对SRAP-PCR扩增效果的影响
dNTPs对试验结果影响较大,当dNTPs浓度过低时,会影响到Taq DNA聚合酶活性,从而影响
PCR结果,单因素试验结果表明,体系dNTPs浓度为0.20μmol/L和0.25μmol/L两水平的扩增结果明
显好于0.30μmol/L和0.35μmol/L两水平,且后两个水平之间无显著差异,当dNTPs浓度为0.25
μmol/L时,扩增条带数目多且清晰,明显好于0.20μmol/L,故本试验采用的最适dNTPs浓度为0.25
μmol/L.
2.3 引物筛选及退火温度确立
以金佛山居群通江百合为模板建立起的SRAP-PCR反应体系可用于引物筛选(图2).退火温度影响
PCR特异性,一定范围内降低退火温度能够促使模板与引物的稳定结合,升高退火温度则可以增加两者的
特异性,降低非特异性结合,采用筛选出的体系,以通江百合为模板进行梯度PCR试验(图3),结果表明,
引物 ME3EM11在退火温度低于32.6℃时无扩增条带或扩增结果不理想,退火温度33.5℃~42.4℃之
间均有较为丰富的条带,但温度高于39.9℃以上,扩增条带不清晰,温度为35.9℃(泳道7)时扩增条带最
清晰,因此引物 ME3EM11的最佳退火温度为35.9℃,已筛选出的引物组合及其退火温度如表4所示.
M:标准分子量DNA,1~18为不同引物组合.
图2 SRAP引物筛选电泳图谱
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图3 引物组合 ME3EM11的温度梯度PCR电泳图谱
表4 已筛选出的引物组合及其最佳退火温度
引物组合 退火温度/℃ 引物组合 退火温度/℃
ME11EM4  42.4 ME10EM4  37.0
ME2EM11  32.6 ME10EM3  37.0
ME6EM11  35.9 ME12EM1  42.4
ME12EM4  35.9 ME3EM11  35.9
ME12EM12  38.6 ME1EM3  37.0
ME3EM12  39.9 ME7EM8  38.6
ME5EM1  34.6 ME11EM10  39.9
ME9EM7  39.9 ME11EM8  37.0
ME11EM1  39.9 ME10EM11  41.0
ME6EM4  33.5 ME8EM7  37.0
ME8EM4  37.0 ME6EM5  39.9
ME7EM9  38.6 ME8EM8  37.0
2.4 体系验证
利用优化后的最佳反应体系,采用筛选出的任意2对引物在最适退火温度下对通江百合不同分布区样
品进行SRAP扩增,结果显示扩增条带清晰,多态性明显,稳定性良好(图4、图5).表明该反应体系适合
于通江百合SRAP-PCR遗传多样性检验.
M:标准分子量DNA,1~23材料来源:1~6江津,7~12南川,13~18巫山,19~23巫溪.
图4 引物组合 ME10EM4SRAP电泳检测图谱
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M:标准分子量DNA,1~11材料来源:1~2南川,3~4江津,5~6石柱,7~8巫溪,9~11巫山.
图5 引物组合 ME5EM1SRAP电泳检测图谱
3 讨 论
SRAP-PCR反应中的影响因素较多,各因素之间存在相互影响,试验过程中,各因素的不同水平组合
对扩增多态性及扩增片段大小都有明显的影响,因此建立最适反应体系是获得稳定、高效、可靠的标记的
前提条件.体系优化一般采用正交或单因素变量分析设计试验.正交试验设计能快速分析各因素之间的内
在规律,能很好考虑到各因素之间的相互影响,对试验结果的分析较完善,但对试验效果的评价上主观性
较强,尤其在各因素浓度梯度的设计上,跨度较大,很难判定各因子水平对试验结果的影响;单因素试验
设计往往忽略各因素之间的相互影响,忽视互作效应[12],两种方法都很难在短时间内得到最佳PCR反应
体系,因此在进行体系优化时,应结合两种方法综合分析各影响因子,利用正交试验先分析影响体系的关
键因子,摸索各影响因子的大致浓度范围,然后利用单因素试验,逐个优化各影响因子,充分发挥单因素
试验快捷、准确的特点,即结合两种方法优势优化SRAP-PCR反应体系.
本研究采用正交试验和单因素设计相结合的方法优化了通江百合SRAP-PCR反应体系,对影响
PCR扩增的模板DNA,引物浓度,dNTPs,Taq DNA聚合酶,Mg2+进行了优化,极差分析表明5个因素
中 Mg2+对扩增结果影响最大,这与李梅的研究结果一致[17].单因素试验结果表明,不同浓度的引物,
dNTPs,Taq DNA聚合酶,Mg2+的扩增谱带在亮度、数目、清晰度上差异较大,而一定范围内模板DNA
浓度变化对扩增结果影响不明显.正交设计和单因素试验结果两者在Taq DNA聚合酶用量上有差异,
可能因为单因素试验易凸显单一因子的作用有关.本研究经优化后的25μL反应体系中,各因素的最终
用量为:2.5mmol/L Mg2+,0.25UTaq DNA聚合酶,0.25μmol/L dNTPs,0.25μmol/L引物,50ng
模板DNA,总体积为25μL.优化后的SRAP-PCR反应体系经验证具有较高的稳定性和可重复性,可应
用于通江百合种质资源鉴定及遗传多样性研究等领域.
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Optimization of SRAP-PCR System and
Selection of Primers for Lilium sargentiae
ZHI Li 1, TENG Zhong-hua2, LI Xian-yuan1,
SUI Shun-zhao1, LI Ming-yang1
1.School of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University,Chongqing Engineering Research Center for Floriculture,
 Key Laboratory of Horticulture Science for Southern Mountainous Regions,Ministry of Education,Chongqing 400716,China;
2.School of Agronomy and Biotechnology,Southwest University,Chongqing 400716,China
Abstract:Orthogonal experimental design and single factor experiment were applied in combination to study
the effects of 4levels of DNA template,primers,dNTPs,Taq DNA polymerase and Mg2+ on SRAP-PCR
for Lilium sargentiae.The concentration of Mg2+ was shown to be the most dominant factor for the results of
SRAP-PCR,while the concentration of DNA template from 20ng to 50ng had almost no effects on it.An
optimized SRAP-PCR system for L.sargentiae was established,which contained 2.5 mmol/L Mg2+,
0.25UTaq DNA polymerase,0.25μmol/L dNTPs,0.25μmol/L primers and 50ng DNA template in a
total volume of 25μL.Based on the optimized system,24primer combinations were selected from 144primer
pairs,which had abundant polymorphism bands,and the annealing temperature of the selected primer combi-
nations was also screened.The system was proved to be stable and repeatable with the different samples of L.
sargentiae derived from various regions.
Key words:Lilium sargentiae;optimization of system;SRAP
责任编辑 欧 宾    
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