免费文献传递   相关文献

A study of SNP molecular marker technology for Leymus chinensis genotyping

用于羊草基因分型的SNP分子标记技术研究



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015466 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
侯莉娟,齐晓,齐冬梅,陈双燕,刘公社.用于羊草基因分型的SNP分子标记技术研究.草业学报,2016,25(2):105113.
HOULiJuan,QIXiao,QIDongMei,CHENShuangYan,LIUGongShe.AstudyofSNPmolecularmarkertechnologyfor犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊gen
otyping.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(2):105113.
用于羊草基因分型的犛犖犘分子标记技术研究
侯莉娟1,齐晓2,3,齐冬梅1,陈双燕1,刘公社1
(1.中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室,北京100093;2.中国农业科学院草原研究所,
内蒙古 呼和浩特010010;3.全国畜牧总站,北京100125)
摘要:以我国广泛分布的多年生优势禾本科牧草羊草为研究材料,针对羊草目前尚无SNP标记技术的报道,基于
实验室已有的转录组数据,挖掘其中的SNP分子标记,建立一种利用高分辨率熔解曲线(highresolutionmelting,
HRM)进行羊草SNP基因分型的方法。结果表明,从羊草转录组数据中获得41843个SNPs,转换的数量是颠换数
量的2倍;建立了基于SNP的 HRM基因分型方法,设计了112对SNP引物,其中有98对(87.5%)能扩增出明亮
单一条带,扩增条带大小符合预期的有72对(64.29%),适宜进行 HRM 基因分型的引物有46对,占41.07%;用
其中的7对引物可将羊草48份种质区分开,并绘制出指纹图谱。通过对部分 HRM基因分型结果进行测序验证,
表明测序分析的基因型结果与 HRM基因分型结果一致,证明 HRM 基因分型结果是可靠的。本研究首次建立的
基于SNP的 HRM基因分型方法,可用于羊草种质资源的指纹图谱绘制、育种亲本的选配、基因关联分析、分子标
记辅助育种、功能分子标记开发、新品种的保护等育种工作。
关键词:羊草;转录组;SNP标记;HRM基因分型;指纹图谱  
犃狊狋狌犱狔狅犳犛犖犘犿狅犾犲犮狌犾犪狉犿犪狉犽犲狉狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔犳狅狉犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊犵犲狀狅狋狔狆犻狀犵
HOULiJuan1,QIXiao2,3,QIDongMei1,CHENShuangYan1,LIUGongShe1
1.犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犘犾犪狀狋犚犲狊狅狌狉犮犲狊,犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犅狅狋犪狀狔,犜犺犲犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犅犲犻犼犻狀犵100093,犆犺犻狀犪;2.犐狀狊狋犻狋狌
狋犲狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犚犲狊犲犪狉犮犺狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊,犎狅犺犺狅狋010010,犆犺犻狀犪;3.犖犪狋犻狅狀犪犾犃狀犻犿犪犾犎狌狊犫犪狀犱狉狔
犛犲狉狏犻犮犲,犅犲犻犼犻狀犵100125,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊,isawidelydistributedandoftenecologicalydominantperennialgrassinChina,
frequentlyusedasresearchmaterial.Becauseweknowofnopreviousreportsofmarkersin犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊,we
performedsinglenucleotidepolymorphism(SNP)miningof48genotypes,basedonthetranscriptomedatain
thelaboratoryandestablishedamethodusinghighresolutionmelting(HRM)curvesfor犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊SNP
genotyping.Atotalof41843SNPsweredetectedfromthetranscriptomedatabybioinformaticsanalysis.
Transitionswerenearlytwiceasfrequentastransversions.Among112pairsofdesignedSNPprimers,98SNP
primerpairs(87.5%)wereabletoamplifybrightsinglebands,72primerpairs(64.29%)hadasuitableam
plifiedbandsize,and46SNPprimerpairs(41.07%)weresuitableforHRMgenotyping.The48germplasm
genotypesof犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊couldbeseparatedby7primerpairsandthefingerprintofeachidentified.Thepartial
第25卷 第2期
Vol.25,No.2
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
105-113
2016年2月
收稿日期:20150929;改回日期:20151026
基金项目:国家草品种区域试验项目-羊草新品种“三性”测试(农财发[2015]36号)和国家重点基础研究发展计划(973计划)项目
(2014CB138704)资助。
作者简介:侯莉娟(1989),女,山西太原人,硕士。Email:jennifer_hou762@163.com。齐晓(1982),男,河北泊头人,硕士。Email:tq07mms
@sina.com。共同第一作者Theseauthorscontributedequalytothiswork.
通信作者Correspondingauthor.Email:sychen@ibcas.ac.cn,liugs@ibcas.ac.cn
HRMgenotypingresultswereverifiedbysequencing.Theresultsofgenotypebysequencinganalysiswerecon
sistentwiththeresultsofHRMgenotyping,soconfirmingthattheHRMgenotypingwasreliable.HRMfor
SNPgenotypingfirstestablishedinthisstudycanalsobeusedinotherbreedingworkwith犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊,inclu
dingparentselection,genecorrelationanalysis,molecularmarkerassistedbreeding,developmentoffunctional
molecularmarkersandnewvarietyprotection.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊;transcriptome;SNPmarker;HRMgenotyping;fingerprint
单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphisms,SNPs)指在个体基因组上任何一个核苷酸的变异形成
的DNA序列多态性[1]。与其他分子标记(如SSR)相比[2],SNP分子标记具有明显的优势。SNPs数量多,分布
广泛,多态性丰富,密度高。在植物基因组内,平均每21bp就出现一个SNP。一般只有两种碱基组成,是二等位
基因,只需+/-的分析,适于快速、规模化筛查基因组。某些位于基因内部的SNP有可能直接影响蛋白质结构
或表达水平。SNP等位基因频率容易估计,易于基因分型,遗传稳定性比SSR高,能够进行高通量自动化基因分
型检测[35]。因此,SNP被认为是应用前景最好的遗传标记之一。
随着新一代测序技术的发展,转录组测序已经成为鉴定非模式植物SNP多态性分子标记的重要数据源。基
于转录组挖掘SNP分子标记具有显著的优点,因为这些SNP变异位于功能基因上,可能直接与植物表型相关。
目前基于转录组测序开发SNP标记已在水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)、玉米(犣犲犪犿犪狔狊)、高粱(犛狅狉犵犺狌犿犫犻犮狅犾狅狉)、大麦
(犎狅狉犱犲狌犿狏狌犾犵犪狉犲)、小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)等作物以及苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)、高羊茅(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪
犮犲犪)和白三叶(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)等牧草中广泛开展,开发的SNP被广泛应用于遗传图谱构建和遗传多样性分
析中[613]。高分辨率熔解曲线(highresolutionmelting,HRM)是在PCR基础上通过测定DNA双链熔解曲线
变化来检测SNP变异的方法。HRM 操作简便,在PCR结束后添加LCGreen染料,通过监测升温过程中荧光
染料与PCR扩增产物的结合情况来实现的,在升温过程中,双链解开,荧光染料从解链的分子上释放,同时荧光
强度降低,所以通过荧光强度和曲线的变化上就可以进行SNP基因分型。该方法高度灵敏、简单有效[14],已经
在多倍体苜蓿、多年生黑麦草(犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲)、土豆(犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿)等物种中应用,进行基因分型和定位
性状[5,1516]。
羊草(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)是我国广泛分布的具有优势的多年生禾本科牧草,目前在种质资源的精细评价和
创新利用方面还比较薄弱,亟须采用新一代SNP分子标记技术对这些丰富的资源进行精细评价,以便发掘其中
有价值的资源,加速牧草育种工作进程。针对羊草目前尚无单核苷酸多态性SNP标记技术的报道,本研究基于
实验室建立的羊草转录组数据,挖掘其中的SNP分子标记,首次建立了一种基于SNP标记的 HRM 分析方法,
用于羊草种质资源的基因分型和精细评价。
1 材料与方法
1.1 材料
本研究所用到的羊草材料取自中国科学院植物研究所羊草种质资源圃,于2014-2015年进行实验。
1.2 药品和试剂
广谱植物基因组DNA快速提取试剂盒购自北京博迈德基因技术有限公司;PCR扩增kit购自北京全式金
公司;LCGreen饱和荧光染料(美国Idaho公司,货号BCHMASY0005),购自思博全科技有限公司;LightScan
ner专用矿物油为Sigma公司产品;pMD19Tsimple载体购自TaKaRa公司。SanPrep柱式DNA 胶回收试剂
盒购自生工生物工程上海(股份)有限公司;引物合成和克隆测序由北京诺赛基因组研究中心有限公司完成;其他
所用普通化学试剂均为国产分析纯。
1.3 方法
1.3.1 发掘羊草SNP  根据实验室前期获得的羊草转录组数据,包含了丰富的组织器官和各种胁迫处理的
材料[1720]。采用生物信息学技术发掘羊草SNP,首先使用BWA软件将所有Cleanreads定位到87214条 Uni
601 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
gene上,然后利用samtools去calSNP,BWA和samtools均使用软件推荐的参数[21]。
1.3.2 设计SNP引物  根据生物信息学分析发掘的SNP位点,利用DNAMAN软件设计SNP引物。具体
方法如下:首先确定SNP位点所在序列的方向,如果序列是反向的,需要进行反向互补,然后与水稻基因组(ht
tp://rice.plantbiology.msu.edu/)进行BLASTN比较,确认序列的结构,避免扩增片段跨越两个外显子。在
SNP位点的上下游分别设计正向引物和反向引物,引物设计的参数为引物长度18~24bp;Tm62~66℃,尽可
能保证上下游引物的Tm值一致,一般不超过2℃;GC含量40%~60%,45%~55%最佳;产物大小为50~200bp。
1.3.3 建立高分辨率熔解曲线方法  该方法的建立包括以下条件的摸索:筛选有效扩增的SNP引物对,确定
HRM-PCR反应体系与程序,确定适宜的DNA模板,分析LCGreen染料是否对PCR扩增有影响,优化 HRM
熔解曲线分析。具体步骤为:首先在PCR扩增仪(BioRadT100)上进行PCR反应,之后在反应体系内加入LC
Green饱和荧光染料,并在PCR仪内进行1min短暂的错配反应,然后将PCR产物(96/孔板)插入LightScanner
仪器上进行HRM分析。
1.3.4 HRM用于羊草种质基因分型  利用建立的HRM方法对48份羊草种质材料进行基因分型。具体步
骤如下:以羊草基因组DNA为模板,采用待检测SNP引物进行PCR扩增。PCR反应体系10μL:40ng模板
DNA、1.5mmol/LMg2+、400μmol/LdNTPs、0.5UTaqDNA 聚合酶、1μmol/L引物及10×PCRbuffer。
PCR反应程序:94℃预变性2min;然后94℃变性30s,72℃复性30s,72℃延伸30s(复性温度从72℃到58℃每
个循环降落1℃),然后进行30个循环94℃变性30s,58℃复性30s,72℃延伸30s,最后72℃延伸5min。之后
在PCR扩增产物中加入1μLLCGreen,然后进行95℃30s,25℃30s。此程序结束后,将反应产物放在Light
Scanner仪器上进行 HRM分析,对羊草不同种质进行基因分型。
1.3.5 测序验证HRM分型结果  选择 HRM熔解峰和熔解曲线较理想的部分SNP引物对扩增产物进行测
序,以验证HRM分型结果是否可靠。具体步骤如下:将待测序SNP引物的 HRM不同基因分型的PCR产物连
接到pMD19T载体上,转化大肠杆菌DH5α,利用ABI3730测序仪进行测序,根据测序峰图和等位基因出现的
频率确定基因型,并与 HRM基因分型结果进行比较,以验证引物基因分型的准确性。
2 结果与分析
2.1 从羊草转录组数据中发掘SNP
通过对羊草转录组数据进行生物信息学分析,如
表1所示,共获得41781个 SNPs,其中碱基颠换
(transversion,即嘌呤与嘧啶之间的替代)有8种形式
(AC/AT/CA/CG/GC/GT/TA/TG),共计13053个;
转换(transition,即嘌呤与嘌呤,或嘧啶与嘧啶之间的
替换)有4种形式(AG/GA/CT/TC),共计28728个;
转换的数量约是颠换的2倍,符合一般规律。在8种
形式颠换和4种形式转换SNP变异中各选取一些
SNP位点设计引物,共设计了112对引物,包含112
个SNP位点。
2.2 建立 HRM分析方法
2.2.1 PCR体系和扩增程序  HRM 基因分型对
模板DNA比较敏感,为了保证模板DNA的均质化,
表1 羊草犛犖犘类型及引物设计情况
犜犪犫犾犲1 犞犪狉犻狅狌狊狋狔狆犲狊狅犳犛犖犘犪狀犱犱犲狊犻犵狀犲犱
狆狉犻犿犲狉狊犻狀犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊
SNP变异类型
TypesofSNP
variant
SNP变异
数目
Numberof
SNPvariant
设计引物数目
Numberof
designed
primers
AC或AT颠换 ACorATtransversion 3184 7
CA或CG颠换CAorCGtransversion 3392 10
GC或GT颠换 GCorGTtransversion 3378 7
TA或TG颠换TAorTGtransversion 3099 3
AG或GA转换 AGorGAtransition 13885 38
CT或TC转换CTorTCtransition 14843 47
总数 Total 41781 112
本实验所有DNA样品采用统一试剂盒提取和纯化,然后将所有DNA的浓度调至统一的标准浓度(本研究以浓
度40ng/μL为标准)。结果发现DNA浓度在40~120ng/μL的范围内都能扩增出清晰明亮的条带。为了节省
DNA量,达到多次使用的目的,将PCR反应体系中DNA模板浓度设定为40ng/μL。PCR反应体系中引物浓
度为1μmol/L,与常规PCR要求的一致,但是对于个别引物,扩增产物中如果有引物二聚体或非特异性扩增条
701第25卷第2期 草业学报2016年
带,则将引物浓度降低至0.25μmol/L,可降低引物二
图1 循环数对犘犆犚扩增产物的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狅犳犮狔犮犾犲狀狌犿犫犲狉狋狅犘犆犚狆狉狅犱狌犮狋狊
   M,Trans2KPlusIIDNA Marker;1和2,降落PCR之后再进行20
个循环的PCR产物;3和4,降落PCR之后再进行30个循环的PCR产
物。M,Trans2KPlusIIDNA Marker;1and2,PCRproductsof20
cyclesaftertouchdownPCR;3and4,PCRproductsof30cyclesafter
touchdownPCR.
聚体。
由于各引物对的Tm值和适宜退火温度不一致,
摸索每对引物的适宜退火温度比较繁琐,同时为了提
高实验效率,需要确定一个广谱稳定的PCR扩增程
序,适合所有引物对的扩增。本研究经过摸索,设定了
15个循环的降落PCR,退火温度每个循环降落1℃,
从72℃降落到58℃,之后在58℃的退火温度下再进
行30个循环的扩增比较合适(图1),扩增产物清晰明
亮,提高了引物的扩增效率。
2.2.2 SNP引物对的筛选  为了验证所合成的
SNP引物对能否扩增出目的条带,对其进行了PCR
扩增及电泳检测,结果如表2所示。112对SNP引物
中,能够扩增出清晰明亮单一条带的引物有98对,占87.5%;其中,扩增条带大小符合预期的引物有72对,占
64.29%。然后对72对引物进行 HRM 分析,以便筛选出能够用于 HRM 基因分型的SNP引物对。通过观察
HRM的熔解曲线和熔解峰,发现HRM熔解曲线有明显拐角,熔解峰高耸、单一的引物可以用于 HRM 分析(图
2),共挑选出46对引物可用于HRM基因分型(表2)。
图2 可用于犎犚犕分析的犛犖犘引物的熔解曲线和熔解峰示例
犉犻犵.2 犈狓犪犿狆犾犲狅犳犿犲犾狋犻狀犵犮狌狉狏犲狊犪狀犱犿犲犾狋犻狀犵狆犲犪犽狊狅犳犛犖犘狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉狊犳狅狉犎犚犕犪狀犪犾狔狊犻狊
 
表2 犛犖犘引物对的筛选
犜犪犫犾犲2 犛犮狉犲犲狀犻狀犵狅犳犛犖犘狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉狊
项目
Item
引物对
Primerpairs
单一扩增条带
Singleamplifiedband
单一目的条带
Singletargetband
可用于 HRM分型
UsedforHRMgenotyping
数目Number(引物对Primerpairs) 112 98 72 46
百分数Percentage(%) 87.50 64.29 41.07
801 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
2.2.3 LCGreen对PCR扩增的影响  为了检验
图3 犔犆犌狉犲犲狀对犘犆犚扩增产物的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犔犆犌狉犲犲狀狅狀犘犆犚犪犿狆犾犻犮狅狀狊
   M,Trans2KPlusIIDNAMarker;A,阴性对照;B,不加染料;C,PCR
反应前加染料;D,PCR反应之后加染料。M,Trans2KPlusIIDNA
Marker;A,Negativecontrol;B,Nodye;C,AddingdyebeforePCR;
D,AddingdyeafterPCR.
LCGreen染料对PCR扩增是否有影响,以确定加入
染料的时间点,本研究设置了4个PCR反应,即不加
模板对照(A)不加染料(B)、PCR反应之前加染料(C)
和PCR反应之后加染料(D),4个PCR反应同时进
行,只是在染料添加的顺序上有区别。结果表明(图
3),“B”管和“D”管的电泳结果均可看到清晰明亮的条
带,而PCR反应之前加染料“C”管的条带消失。说明
PCR反应前加入LCGreen染料对PCR扩增结果有
影响。因此,LCGreen应该在PCR反应结束之后加
入,然后在PCR仪中进行错配反应(95℃30s;25℃
30s)。
2.2.4 LightScanner检测时熔解温度范围的设定 
 在运行HRM检测前,需要选择熔解温度范围,仪器
默认设置为65~95℃。但是对于某些引物对来说,如果将95℃设定为右边界,熔解峰还没有绘制完,反应就结束
了。对于这样的引物对,需要增大熔解温度右边界的值,保证熔解峰的完整和分析的可靠性。仪器的最大温度为
98℃,因此在 HRM分析时,可以将熔解温度范围设定的尽量大一些(设定为65~98℃),以保证所有引物对的熔
解峰都能绘制完全。图4所示为两对代表性引物的熔解峰,A代表了绝大多数引物对的HRM熔解峰情况,在仪
器默认熔解温度范围内,而B代表了个别引物对熔解峰出现较晚的情况。
图4 两对代表性引物对12个犇犖犃进行犎犚犕分析的熔解峰
犉犻犵.4 犕犲犾狋犻狀犵狆犲犪犽狊狅犳狋犺犲狋狑狅狉犲狆狉犲狊犲狀狋犪狋犻狏犲狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉狊犳狅狉犎犚犕犪狀犪犾狔狊犻狊狋狅12犇犖犃狊
 A,代表大多数引物对的HRM熔解峰,熔解温度在80~85℃;B,代表个别引物,其熔解峰出现较晚。A,Meltingpeakofthemostprimerpairsfor
HRManalysisandthemeltingtemperaturerangedfrom80℃to85℃;B,Onbehalfofindividualprimeranditslatemeltingpeak.
2.3 基于SNP的HRM对羊草种质基因分型
利用上述筛选的46对HRM引物对,利用其中7对引物(代表基因分型少,4组;基因分型中等,5~7组;基
901第25卷第2期 草业学报2016年
因分型较多,8组)对羊草48个种质进行了基因分型,结果表明使用这7对引物就可以将羊草48个种质区分开,
绘制出指纹图谱。如图5所示,不同引物对的分型结果用不同的颜色区分;同一引物对的分型结果用数据条长短
区分,数据条长度相同的种质,基因型一致,数据条长度不同的种质,表明在基因分型时被分到不同的组别。举例
来说,YC1和YC2两份种质,除了SNP42引物变异位点存在差异之外,其余6个SNP引物变异位点均没有差
异,表明这两份种质的差异较小;而YC22和YC23两份种质,7个SNP引物的变异位点均存在差异,表明它们的
差异较大。
图5 利用7对犛犖犘引物对羊草48个种质绘制的指纹图谱
犉犻犵.5 犉犻狀犵犲狉狆狉犻狀狋狊狅犳48犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊犇犖犃狌狊犻狀犵7犛犖犘狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉狊
 
2.4 测序验证HRM分型结果
根据上述 HRM 分型结果,挑选了3对代表性SNP引物,对其扩增产物进行测序以验证 HRM 分型结果。
从每对引物的每个分组(代表一个基因型)中挑选一个样品进行测序,通过对测序克隆峰图的分析及克隆间的序
列比对,统计SNP位点的碱基及其频率,确定其对应的基因型。测序结果发现(表3),除了目标SNP位点的变异
011 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
外,还出现了其他位点的SNP变异;对每对引物所扩增产物的SNP变异位点基因型进行分析,发现不同羊草种
质的基因型都不一致,这与 HRM 分型结果一致。以SNP2为例,HRM 将羊草种质YC3,YC5和YC12分型到
a,b和c组中,而测序结果表明,3个种质的目标位点67基因型一致,但其他变异位点63和69的基因型有差异。
因此,测序数据证明HRM分型结果是可靠的。
表3 3对引物扩增产物犛犖犘变异位点的基因型
犜犪犫犾犲3 犌犲狀狅狋狔狆犲狊狅犳犛犖犘犿狌狋犪狋犻狅狀狊犻狋犲狊犳狉狅犿狋犺犲犪犿狆犾犻犳犻犲犱狆狉狅犱狌犮狋狊狅犳狋犺狉犲犲狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉狊
SNP引物
SNPprimer
pairs
产物大小
Productsize
(bp)
羊草种质
犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊
germplasm
HRM分型结果
HRMgenotyping
results
目标SNP位点基因型
Genotypesoftarget
SNPsite
其他变异位点基因型
Genotypesofother
mutationsites
SNP2 100 YC3 a 位点Site67(G-T)GGGT 无变异 Novariation
YC5 b 位点Site67(G-T)GGGT 位点Site63(A-T)AAAT
YC12 c 位点Site67(G-T)GGGT 位点Site63(A-T)AAAT
位点Site69(T-G)TTTG
SNP14 142 YC10 a 位点Site38(C-T)CCCT 位点Site98(G-C)GGGC
YC3 b 位点Site38(C-T)CCCC 无变异 Novariation
YC31 c 位点Site38(C-T)CCCC 位点Site98(G-C)CCCC
YC28 d 位点Site38(C-T)CCCT 位点Site98(G-C)GGGC
位点Site47(C-T)CCTT
YC18 e 位点Site38(C-T)CCCT 位点Site98(G-C)GCCC
位点Site87(G-A)GAAA
YC35 f 位点Site38(C-T)CTTT 位点Site98(G-C)GGGC
YC24 g 位点Site38(C-T)CTTT 位点Site98(G-C)GGGC
位点Site87(G-A)GGGA
YC30 h 位点Site38(C-T)CCTT 位点Site98(G-C)GGCC
SNP41 141 YC4 a 位点Site111(G-C)CCCC 无变异 Novariation
YC22 b 位点Site111(G-C)GGGC 无变异 Novariation
YC12 c 位点Site111(G-C)GGCC 位点Site33(C-G)CCGG
YC29 d 位点Site111(G-C)GGCC 位点Site81(G-A)GGAA
YC37 e 位点Site111(G-C)CCCC 位点Site57(G-T)GGTT
YC8 f 位点Site111(G-C)GGCC 位点Site33(C-G)CCGG
位点Site78(C-T)CCTT
位点Site60(T-C)TTTC
YC23 g 位点Site111(G-C)CCCC 位点Site27(G-T)GGTT
YC7 h 位点Site111(G-C)GGGC 位点Site33(C-G)CGGG
位点Site78(C-T)CCCT
3 讨论
近年来随着高通量测序技术的飞速发展,各类生物信息学软件的开发,使得SNP分子标记的开发更便捷。
对于多倍体或没有参考基因组的物种来说,利用新一代高通量转录组测序技术可大量鉴定SNP[22]。目前,利用
转录组测序技术已经在水稻、玉米、高粱、大麦和小麦等农作物以及苜蓿、高羊茅和白三叶等牧草中鉴定到大量的
SNP[613]。本研究通过生物信息学分析从羊草转录组测序数据中挖掘出41843个SNPs,表明转录组测序是从多
倍体非模式植物中获得大量SNP的有效方法。
111第25卷第2期 草业学报2016年
HRM分析是一种快速扫描PCR扩增产物内SNP变异的高度灵敏、简单有效的方法[14]。该技术已经成功
应用于同源四倍体植物苜蓿和土豆的SNP基因分型和多态性检测,并且在发现变异、分析候选基因、比较和关联
定位的基因分型等育种工作中也有很好地应用潜力[5,16]。本研究利用羊草转录组中发掘的SNP,在SNP引物的
设计,HRM-PCR反应体系与程序,LCGreen染料对PCR扩增的影响,HRM熔解曲线分析等方面进行了摸索
与优化,建立了基于EST-SNP的羊草HRM分型方法,与前人研究相比[5,16],本研究最大的特点是确定了一个
广谱稳定的PCR扩增程序,提高了实验效率,并且利用 HRM 分析成功对羊草进行了SNP基因分型,通过测序
验证HRM分型是可靠的。
羊草是异源四倍体,假设基因内某一位点的碱基出现变异,例如C突变成T,则这一位点理论上有5种基因
型:CCCC、CCCT、CCTT、CTTT、TTTT。因此对于有1个SNP变异位点的引物对来说,其扩增产物在SNP位
点的基因型理论上是5种。如果一对SNP引物有2个SNP变异位点(每个变异位点理论上有5种基因型),理
论上能区分52=25个羊草基因型。本研究通过测序发现,SNP2、SNP14和SNP41引物对扩增产物中,除了转录
组数据中发掘的目标SNP位点外,还有其他SNP变异位点,分别有3,4和7个SNP变异位点,因此,理论上可
以区分53,54 和57 个羊草基因型。但是,由于受供检测的羊草基因型的限制,以及 HRM 软件最大分组的限制
(最高分组为8组,超过8组的基因型被分在未知组中),HRM实际基因分型能力远远没有达到理论水平。随着
HRM软件的改进,该技术在基因分型能力上可大大提高。
SNP在育种中的应用非常广泛,包括遗传多样性分析、等位基因挖掘、高分辨率遗传连锁图谱构建、QTL定
位、标记辅助选择、品种鉴定等。本研究所获得的SNP来源于羊草转录本,对应基因,可利用这些SNP与田间表
型性状进行关联分析,发现与重要性状关联的SNP标记。还可以用来进行羊草亲本选配、发展功能分子标记、用
于羊草分子标记辅助育种、构建指纹图谱及用于羊草育成新品种的保护等,从而推进羊草分子育种工作的进程。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
[1] PrimmerCR,BorgeT,LindelJ,犲狋犪犾.Singlenucleotidepolymorphismcharacterizationinspecieswithlimitedavailablese
quenceinformation:highnucleotidediversityrevealedintheaviangenome.MolecularEcology,2002,11:603612.
[2] ZhangLJ,LiuLL,ChangZJ,犲狋犪犾.DevelopmentandfunctionalverificationofcSSRmarkersforrecessivegeneticmaleste
rilityinoats.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(7):146154.
[3] EdwardK,PooleR,BarkerG.SNPdiscoveryinplants.In:HenryR(ed).PlantGenotypingIISNPTechnology[M].CABI
Oxfordshire,2008:129.
[4] MirRR,HiremathPJ,LizarazuOR,犲狋犪犾.Evolvingmolecularmarkertechnologiesinplants:fromRFLPstoGBS.Diag
nosticsinPlantBreeding,2013,11:229247.
[5] HanY,KhuD M,MonterosMJ.HighresolutionmeltinganalysisforSNPgenotypingandmappingintetraploidalfalfa
(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪L.).MolecularBreeding,2012,29(2):489501.
[6] McNalyKL,ChildsKL,BohnertR,犲狋犪犾.GenomewideSNPvariationrevealsrelationshipsamonglandracesandmodern
varietiesofrice.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,USA,2009,106(30):1227312278.
[7] AlenAM,BarkerGL,BerryST,犲狋犪犾.Transcriptspecific,singlenucleotidepolymorphismdiscoveryandlinkageanalysis
inhexaploidbreadwheat(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿L.).PlantBiotechnologyJournal,2011,9(9):10861099.
[8] NelsonJC,WangS,WuY,犲狋犪犾.Singlenucleotidepolymorphismdiscoverybyhighthroughputsequencinginsorghum.
BMCGenomics,2011,12:352.
[9] BarbazukWB,SchnablePS.SNPdiscoverybytranscriptomepyrosequencing.MethodsinMolecularBiology,2011,729:
225246.
[10] CloseTJ,BhatPR,LonardiS,犲狋犪犾.DevelopmentandimplementationofhighthroughputSNPgenotypinginbarley.BMC
Genomics,2009,10:582.
[11] LiX,AcharyaA,FarmerAD,犲狋犪犾.Prevalenceofsinglenucleotidepolymorphismamong27diversealfalfagenotypesasas
sessedbytranscriptomesequencing.BMCGenomics,2012,13:568.
[12] HandML,CoganNO,ForsterJW.GenomewideSNPidentificationinmultiplemorphotypesofalohexaploidtalfescue
(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪Schreb).BMCGenomics,2012,13:219.
[13] NagyI,BarthS,MehenniCizJ,犲狋犪犾.Ahybridnextgenerationtranscriptsequencingbasedapproachtoidentifyalelicand
homeologspecificsinglenucleotidepolymorphismsinalotetraploidwhiteclover.BMCGenomics,2013,14:100.
211 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
[14] ChoM H,CiulaD,KlandermanBJ,犲狋犪犾.Highresolutionmeltingcurveanalysisofgenomicandwholegenomeamplified
DNA.ClinicalChemistry,2008,54:20552058.
[15] StuderB,JensenL,FilA,犲狋犪犾.‘‘Blind’’mappingofgenicDNAsequencepolymorphismsin犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲L.byhigh
resolutionmeltingcurveanalysis.MolecularBreeding,2009,24:191199.
[16] deKoeyerD,DouglassK,MurphyA,犲狋犪犾.ApplicationofhighresolutionDNAmeltingforgenotypingandvariantscanning
ofdiploidandautotetraploidpotato.MolecularBreeding,2010,25:6790.
[17] ChenSY,HuangX,YanXQ,犲狋犪犾.Transcriptomeanalysisinsheepgrass:adominantperennialgrassoftheEurasian
Steppe.PLoSOne,2013,8:e67974.
[18] ChenSY,CaiYY,ZhangLX,犲狋犪犾.Transcriptomeanalysisrevealscommonanddistinctmechanismsforsheepgrass
(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)responsestodefoliationcomparedtomechanicalwounding.PLoSOne,2014,9:e89495.
[19] HuangX,PengXJ,ZhangLX,犲狋犪犾.Bovineserumalbumininsalivamediatesgrazingresponsein犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊re
vealedbyRNAsequencing.BMCGenomics,2014,15:1126.
[20] ZhouQY,JiaJT,HuangX,犲狋犪犾.Thelargescaleinvestigationofgeneexpressionin犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊stigmasprovidesa
valuableresourceforunderstandingthemechanismsofpoaceaeselfincompatibility.BMCGenomics,2014,15:399.
[21] LiH.AstatisticalframeworkforSNPcaling,mutationdiscovery,associationmappingandpopulationgeneticalparameter
estimationfromsequencingdata.Bioinformatics,2011,27(21):29872993.
[22] GanalMT,PoleyA,GranerE,犲狋犪犾.LargeSNParraysforgenotypingincropplants.JournalofBiosciences,2012,37:
821828.
参考文献:
[2] 张丽君,刘龙龙,畅志坚,等.草业学报,2015,24(7):146154.
311第25卷第2期 草业学报2016年