免费文献传递   相关文献

Establishment and optimization of an ISSR reaction system for Oxalis triangularis

三角紫叶酢浆草ISSR反应体系的建立与优化



全 文 :书三角紫叶酢浆草犐犛犛犚反应体系的建立与优化
胡盨1,3,王永清2,陶炼2
(1.四川农业大学林学院,四川 雅安625014;2.四川农业大学园艺学院,四川 雅安625014;
3.四川省农业科学院生物技术核技术研究所,四川 成都610066)
摘要:采用正交设计直观分析法,对影响三角紫叶酢浆草ISSR-PCR反应较大的5个因素(Mg2+、Taq酶、引物、模
板DNA、dNTP)在5个水平上进行优化实验;从100个随机引物中筛选出适宜的引物,并筛选出其最佳退火温度;
最后对反应程序进行优化。由此首次建立了适合三角紫叶酢浆草的ISSR-PCR反应体系:25μL反应液中含10
×buffer2.5μL,Mg
2+1.25mmol/L,Taq酶0.9U,引物0.3μmol/L,模板DNA60~100ng,dNTP0.25mmol/L。
反应程序为:94℃预变性5min;94℃变性50s,退火时间60s(根据不同引物选择对应最佳退火温度),72℃延伸1.5
min,循环40次;72℃延伸7min,4℃保存。这一优化系统的建立为今后利用ISSR标记技术研究酢浆草属植物提
供理论依据和技术参考。
关键词:三角紫叶酢浆草;ISSR;反应体系
中图分类号:Q94633;Q949.752.1  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)05014209
  三角紫叶酢浆草(犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊)是酢浆草科(Oxalidaceae)酢浆草属(犗狓犪犾犻狊)多年生草本植物。其叶
片常年为紫红色,叶型奇特,形似飞舞的紫蝴蝶,花期长达数月,花朵白色点缀于紫叶之上别致醒目,是一种极具
观赏价值的彩叶植物。酢浆草属是一个世界性大属,主要分布于非洲和南美洲。国外对酢浆草属植物的研究报
道主要集中于其生物学特性研究、植物分类和系统进化[1]、次生代谢产物提取及结构功能分析[2,3]等领域。分子
标记技术应用于酢浆草属植物的报道主要针对安第斯山脉的块茎作物酢浆薯(犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪)及其相近种开
展,涉及亲缘关系分析和系统分类[4,5]、遗传多样性分析[69]、遗传退化[10]和种质资源保护分析[7,9,11]等方面。我
国也有较丰富的酢浆草属植物资源(包括本土种和外来种),在中国大陆由南到北及海南、香港和台湾地区都有广
泛的分布[12]。相关研究主要局限于个别种类的快繁体系建立[13,14]和园林应用、植物分类和系统进化研究[1517]、
抗性生理研究[18,19]、生物入侵和土壤生态学研究[20,21]。国内利用分子标记对酢浆草属植物进行分类、种质资源
鉴定和遗传多样性的研究相对较少。
ISSR(intersimplesequencerepeats,简单重复序列区间)是由Ziekiewicz等[22]在SSR(simplesequence
repeats)标记的基础上创建的分子标记技术。ISSR标记不依赖基因组序列信息,适用的物种广泛,多态性较
RAPD(randomamplifiedpolymorphicDNA,随机扩增多态性DNA)高,重复性更好而实验结果更可靠。该技
术现已广泛应用于植物(包括草本地被植物)的遗传作图、分子标记辅助育种、种质资源鉴定、遗传多样性分
析[23,24]、植物分类和系统进化分析、进化生物学及分子生态学等领域[25],但在酢浆草属植物上的应用研究报道较
少。Malice等[7]和Pissard等[6,8,9]已将ISSR标记应用于南美洲的酢浆薯的遗传多样性研究,系列报道中ISSR
-PCR(PCR,polymerasechainreaction,聚合酶链式反应)的技术参数均建立在Pissard等[6]的报道基础之上。
其中,ISSR-PCR的引物选择参考了适用于稻属(犗狉狔狕犪)植物、硬粒小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)和马铃薯(犛狅犾犪
狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿)等已开发的ISSR引物,供选引物基数仅22个;PCR反应体系的优化仅涉及引物浓度、dNTP浓
度和模板含量的2~3个水平,且各水平间梯度尺度较大,筛选较为粗放。
据现有资料看,在酢浆草属植物的ISSR-PCR反应体系优化方面,目前没有比上述更系统深入的报道,而
ISSR标记专门应用于三角紫叶酢浆草亦未见报道。基于此,本研究拟构建有关三角紫叶酢浆草的ISSR反应体
系,为利用ISSR分子标记技术研究该物种和酢浆草属植物提供理论依据和技术参考。
142-150
2011年10月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第20卷 第5期
Vol.20,No.5
 收稿日期:20100629;改回日期:20100726
基金项目:四川省育种攻关项目(2006YZGG0710)资助。
作者简介:胡盨(1984),女,四川成都人,硕士。Email:40284230@qq.com
通讯作者。Email:yqw14@sicau.edu.cn
1 材料与方法
1.1 材料
材料为三角紫叶酢浆草及其体细胞无性系变异株
系,样品于2008年4月取自四川农业大学园艺生物技
术研究中心苗圃。采集当年新发尚未完全展开的嫩
叶,冰袋保存移至实验室。迅速吸干材料表面的水分
后,液氮研磨成粉状,EP管分装后保存于-70℃超低
温冰箱以备用。
1.2 总基因组DNA提取与检测
采用改良的CTAB(hexadecyltrimethylammoni
umbromide,十六烷基三甲基溴化铵)法[26,27]提取材
料的总基因组DNA,改良之处为用苯酚∶氯仿∶异戊
醇25∶24∶1抽提3次。DNA风干后用灭菌TE缓
冲液溶解,0.8%琼脂糖凝胶电泳检测。TE缓冲液
(TEbuffer)是将TrisHCl(10mmol/L)用 HCl调
节至pH=8.0,再加EDTA缓冲液(1mmol/L,pH=
8.0)配成。EDTA缓冲液是由EDTANa2(ethylene
diaminetetraaceticaciddisodiumsalt,乙二胺四乙酸
二钠盐)溶液用NaOH调节pH配成。Eppendorf核
酸蛋白仪检测DNA溶液的纯度,其 OD260/280值均在
1.8~2.0,满足ISSR-PCR反应对DNA模板质量的
要求。
1.3 PCR扩增和反应体系优化设计
针对影响ISSR反应体系的主要因素 Mg2+、Taq
DNA聚合酶、引物、模板DNA、dNTP的浓度进行五
因素五水平L25(56)正交实验设计,各因素水平见表
1,实施方案见表2[已省略L25(56)正交设计表中的空
列]。反应液中除表1中所列外,还包括2.5μL10×
buffer(不含 Mg2+),灭菌去离子水补足25μL。先用
引物UBC811进行正交设计扩增反应,反应程序初步
设定为:94℃预变性5min;94℃变性50s,58℃退火
45s,72℃延伸1.5min,40次循环;72℃延伸7min;
4℃保存。产物用1.5%的琼脂糖凝胶电泳,EB(ethid
iumbromide,溴化乙锭)染色后在SYNGENEGene
Genius成像系统下照相。每处理均设置3次重复,分
别在完全相同条件下进行3个批次的PCR扩增和电
泳检测。ISSR引物为加拿大的不列颠哥伦比亚大学
公布的序列,编号为 UBC801~UBC900共100个,由
上海生物工程有限公司合成。TaqDNA聚合酶、10×
Buffer(不含 Mg2+)、MgCl2(25mmol/L)和dNTP
混合物(10mmol/L)购自天根生化科技(北京)有限
表1 犐犛犛犚反应体系因素水平表
犜犪犫犾犲1 犉犪犮狋狅狉狊犪狀犱犾犲狏犲犾狊狅犳犐犛犛犚-犘犆犚狉犲犪犮狋犻狅狀
因素
Factor
水平Level
1 2 3 4 5
Mg2+(mmol/L) 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75
TaqDNA聚合酶
TaqDNApolymerase(U)
0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
引物Primer(μmol/L) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
dNTP(mmol/L) 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
模板DNATemplateDNA(ng) 20 40 60 80 100
表2 犐犛犛犚反应体系犔25(56)正交实验设计
犜犪犫犾犲2 犔25(56)狅狉狋犺狅犵狅狀犪犾犱犲狊犻犵狀犳狅狉犐犛犛犚-犘犆犚
编号
No.
Mg2+
(mmol/L)
TaqDNA聚合酶
TaqDNA
polymerase(U)
引物
Primer
(μmol/L)
模板DNA
Template
DNA(ng)
dNTP
(mmol/L)
1 0.75 0.6 0.1 20 0.10
2 0.75 0.9 0.2 40 0.15
3 0.75 1.2 0.3 60 0.20
4 0.75 1.5 0.4 80 0.25
5 0.75 1.8 0.5 100 0.30
6 1.00 0.6 0.2 80 0.30
7 1.00 0.9 0.3 100 0.10
8 1.00 1.2 0.4 20 0.15
9 1.00 1.5 0.5 40 0.20
10 1.00 1.8 0.1 60 0.25
11 1.25 0.6 0.3 40 0.25
12 1.25 0.9 0.4 60 0.30
13 1.25 1.2 0.5 80 0.10
14 1.25 1.5 0.1 100 0.15
15 1.25 1.8 0.2 20 0.20
16 1.50 0.6 0.4 100 0.20
17 1.50 0.9 0.5 20 0.25
18 1.50 1.2 0.1 40 0.30
19 1.50 1.5 0.2 60 0.10
20 1.50 1.8 0.3 80 0.15
21 1.75 0.6 0.5 60 0.15
22 1.75 0.9 0.1 80 0.20
23 1.75 1.2 0.2 100 0.25
24 1.75 1.5 0.3 20 0.30
25 1.75 1.8 0.4 40 0.10
341第20卷第5期 草业学报2011年
公司,扩增仪为BioRad公司的PTC200和iCycler。采用正交设计直观分析法对实验结果进行评判打分[28]。
将评分结果输入DPS7.55统计软件进行方差分析(随机区组模型)。
1.4 引物退火参数和反应程序参数筛选
根据正交实验结果确定合适的反应体系,在100条引物中筛选出多态性好、扩增重复性好、谱带较多且清晰
的引物。根据引物的理论Tm(meltingtemperature,DNA解链温度)值,初步设定梯度温度范围为50~60℃进
行温度梯度PCR以确定引物的最适退火温度。设置每个引物的每个梯度温度重复至少2次。退火时间和循环
次数分别设置3个梯度,即45,60和70s以及35,40和45次,每个处理重复至少2次。
2 结果与分析
2.1 正交设计实验各因素对ISSR-PCR的影响
根据正交设计各处理反应结果的电泳图谱,其中1次重复的电泳图谱见图1,采用直观分析法对3个重复
(区组)的PCR产物电泳结果独立评分,将每个重复的25个处理从高到低依次打分。扩增条带越多、亮度越强、
弥散越少则评分越高,反之评分越低;最高记25分,最低记1分。3次重复电泳图谱的直观评分结果见表3。
图1 三角紫叶酢浆草犐犛犛犚反应体系正交设计实验结果电泳图谱
犉犻犵.1 犜犺犲犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊狉犲狊狌犾狋狊狅犳犐犛犛犚-犘犆犚狅狉狋犺狅犵狅狀犪犾犱犲狊犻犵狀犳狅狉犗.狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊
引物UBC811PrimerUBC811;1~25:处理编号,对应表2TreatmentNo.whichwasshowedinTable2;M:分子量标准DNAladdermarker.
  评分的方差分析结果见表4。由犉值可知,该
正交设计中5个因素对ISSR-PCR反应影响从大
到小依次为:Mg2+、dNTP、引物、Taq 酶、模板
DNA。区组(重复)间的差异不显著,证明3次重复
评分结果有较强的一致性。25个处理间多重比较
(新复极差法)表明,处理11(直观评分结果均值为
24.7,下同)和处理23(均值24.3)为最优处理且两
者差异不显著;处理12(均值22.7)和处理22(均值
22.3)次之。由于各因素水平间的差异极显著,可以
在因素内进行多重比较。
Mg2+浓度对ISSR-PCR影响最大。评分结果
均值随 Mg2+浓度增加呈增加趋势(图2),5个浓度
之间差异达极显著水平。Mg2+浓度为0.75~1.00
mmol/L(处理1~10),扩增结果虽有条带但数目较
少且淡弱;Mg2+浓度为1.25~1.75mmol/L(处理
11~25),条带数相对增加且更加明亮清晰,尤其以
表3 电泳图谱的直观评分结果
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋狊狅犳狋犺犲犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊
处理编号
TreatmentNo.
重复编号RepeatNo.
1 2 3
处理编号
TreatmentNo.
重复编号RepeatNo.
1 2 3
1 1 1 1 14 10 10 12
2 8 6 6 15 19 18 16
3 6 8 8 16 18 17 17
4 7 8 7 17 14 14 12
5 6 7 6 18 12 13 12
6 12 11 12 19 8 7 9
7 9 6 8 20 9 8 9
8 7 8 7 21 9 10 10
9 3 2 3 22 22 22 23
10 6 7 6 23 21 20 20
11 25 24 25 24 14 13 15
12 25 24 23 25 4 3 3
13 4 3 3
441 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
1.25mmol/L突出(图1)。反应液中游离 Mg2+直接
影响Taq酶的活性、引物与模板的结合效率和产物特
异性。由于 Mg2+能与多种带负电荷的基团结合,反
应液中游离的 Mg2+ 浓度会随反应液成分变化而变
化。因此,确定合适的 Mg2+浓度对三角紫叶酢浆草
ISSR-PCR反应至关重要。由上述最优处理(处理
11,12)可以看出,适宜的 Mg2+浓度为1.25mmol/L。
dNTP浓度对反应结果的影响仅次于 Mg2+(表
4)。评分结果均值随dNTP浓度增加明显提高;当
dNTP浓度达0.30mmol/L时,结果均值有减少趋势
(图3)。当dNTP浓度为0.10mmol/L(处理1,7,
13,19,25)时,产物条带弱而模糊(图1);当浓度为
0.25mmol/L(处理4,10,11,17,23)时,条带数目多
且清晰明亮。0.20和0.30mmol/L浓度结果差异显
著,其余各水平间差异极显著。参考上述最优处理,确
定dNTP浓度为0.25mmol/L。
表4 犘犆犚反应各因素间方差分析表
犜犪犫犾犲4 犞犪狉犻犪狀犮犲犪狀犪犾狔狊犻狊犳狅狉犳犪犮狋狅狉狊狅犳犘犆犚狉犲犪犮狋犻狅狀
变异来源
Source
平方和
SS
自由度
DF
均方
MS
犉值
犉value
镁离子 Mg2+ 1285.3867 4 321.3467 488.5338
Taq酶
Taqpolymerase
367.7867 4 91.9467 139.7838
引物Primer 430.4533 4 107.6133 163.6014
模板DNATemplate
DNA
73.2533 4 18.3133 27.8412
混合脱氧核苷酸
dNTP
1059.1200 4 264.7800 402.5372
区组Block 2.4267 2 1.2133 1.8445
误差Error 31.5733 48 0.6578
总和 Total 3499.7867
 注:代表在0.01水平上差异显著。
 Note: meanssignificantdifferenceatthe0.01level.
图2 犕犵2+浓度与评分结果均值的关系
犉犻犵.2 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀
狅犳犕犵2+犪狀犱狋犺犲犿犲犪狀狅犳犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋
图3 犱犖犜犘浓度与评分结果均值的关系
犉犻犵.3 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀
狅犳犱犖犜犘犪狀犱狋犺犲犿犲犪狀狅犳犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋
引物浓度对扩增产物也有较大影响:浓度不足,PCR扩增效率低;浓度偏高则错配、非特异性扩增和生成引
物二聚体的几率增加(图4)。引物浓度对不同分子量片段的扩增具有选择性。在扩增结果图谱(图1)中,引物
浓度为0.1μmol/L(处理1,10,14,18,22)和0.2μmol/L(处理2,6,15,19,23)时,几乎没有分子量小于300bp
的片段,而大于1000bp的片段明显存在;浓度高于0.3μmol/L的处理均能观察到小于300bp的片段;浓度达
0.5μmol/L(处理5,9,13,17,21),几乎没有大于1000bp清晰明亮的片段。说明引物浓度低时有利于扩增大片
段,引物浓度高时有利于扩增小片段。多重比较表明,除浓度0.1和0.4μmol/L差异不显著外,其余浓度水平间
差异极显著。结合上述最优处理参数综合考虑,确定引物浓度为0.3μmol/L。
Taq酶在0.6~0.9U(图1和5),扩增产物弥散少、条带丰富且明亮清晰,评分结果均值随酶量增加而增加。
Taq酶量继续增加,条带弥散程度增加,非特异性产物增多,酶量超过0.9U后结果均值逐渐降低。1.5和1.8U
之间结果差异显著,其余各水平间差异达极显著。从保证扩增结果和酶量充足综合考虑,确定25μL反应液含
Taq酶0.9U。
541第20卷第5期 草业学报2011年
图4 引物浓度与评分结果均值的关系
犉犻犵.4 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狅犳
狆狉犻犿犲狉犪狀犱狋犺犲犿犲犪狀狅犳犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋
图5 犜犪狇酶浓度与评分结果均值的关系
犉犻犵.5 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀狇狌犪狀狋犻狋狔狅犳犜犪狇
狆狅犾狔犿犲狉犪狊犲犪狀犱狋犺犲犿犲犪狀狅犳犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋
  模板DNA量对ISSR-PCR反应影响最小(表4)。
图6 模板犇犖犃量与评分结果均值的关系
犉犻犵.6 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀狇狌犪狀狋犻狋狔狅犳狋犲犿狆犾犪狋犲
犇犖犃犪狀犱狋犺犲犿犲犪狀狅犳犵狉犪犱犻狀犵狉犲狊狌犾狋
在所设水平范围内,反应结果评分均值波动不剧烈(图
6)。因素内多重比较表明,除100ng达到极显著外,
其他各水平结果均值差异都不显著。可见,选择DNA
量在60~100ng内均可获得较好的扩增效果。
2.2 退火温度对ISSR-PCR的影响
ISSR引物序列较长(17~24bp),不同引物的最
佳退 火 温 度 差 异 较 大。同 样 的 实 验 条 件,引 物
UBC818和 UBC899(表5)的扩增结果差异很大(图
7)。例如引物 UBC899,退火温度为50.8和50.0℃
时,虽然大片段得到扩增,但背景很弥散,特异性差;退
火温度高于56.4℃后,扩增条带减少且亮度变弱,大
片段明显减少而小片段增多。8个梯度温度中,引物
UBC899的最佳退火温度为53.9℃。选出的适合三
图7 不同退火温度对犐犛犛犚-犘犆犚产物的影响
犉犻犵.7 犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳犪狀狀犲犪犾犻狀犵狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犐犛犛犚-犘犆犚犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀
 1~8:退火温度依次为60.0,59.5,58.3,56.4,53.9,52.1,50.8和50.0℃。1-8:Theannealingtemperatureswere60.0,59.5,58.3,56.4,
53.9,52.1,50.8and50.0℃,respectively.
641 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
角紫叶酢浆草ISSR-PCR的引物及其最佳退火温度见表5。
2.3 退火时间对ISSR-PCR的影响
退火时间对ISSR-PCR扩增结果有影响,部分引物退火时间筛选结果见图8。引物UBC900和UBC852的
退火时间为45s时扩增不完全或有弥散;为70s时,弥散加重;60s时条带完整明亮且无弥散背景。而UBC835
3种退火时间的结果差异不明显。由此推断,引物退火时间会因引物序列不同而有所差异。根据实验结果综合
考虑,确定退火时间为60s。
2.4 循环次数对ISSR-PCR的影响
ISSR-PCR循环次数对扩增产物量有影响(图9)。循环次数偏少,产物扩增不完全,条带不明亮;循环次数
偏多,错配几率增加,非特异性产物增多,条带易弥散;循环次数还受各反应成分的用量限制。以引物 UBC900
和UBC899为例,循环次数为35,条带有缺失且较弱,循环次数为45的产物弥散严重,循环次数为40的产物效
果在上述两者之间。UBC818只有在循环次数为35时扩增产物主带和非主带效果均较好。综合考虑大多数引
物的扩增效果,选择循环次数为40次。
图8 不同退火时间对犐犛犛犚-犘犆犚产物的影响
犉犻犵.8 犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳犪狀狀犲犪犾犻狀犵狋犻犿犲狅狀犐犛犛犚-犘犆犚
1~3:退火时间依次为45,60和70s。
1-3:Theannealingtimeswere45,60and70s.
图9 不同循环次数对犐犛犛犚-犘犆犚产物的影响
犉犻犵.9 犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳犮狔犮犾犲狋犻犿犲狊狅狀犐犛犛犚-犘犆犚
1~3:循环次数依次为35,40和45次。
1-3:Thecycletimeswere35,40and45times.
综合上述分析,经过优化后的三角紫叶酢浆草ISSR反应体系如下:25μL反应体系中含10×buffer2.5μL,
Mg2+1.25mmol/L,Taq酶0.9U,引物0.3μmol/L,模板DNA80ng,dNTP0.25mmol/L。反应程序为:94℃
预变性5min;94℃变性50s,退火时间60s(表5),72℃延伸1.5min,循环40次;72℃延伸7min,4℃保存。
2.5 优化ISSR-PCR体系的验证
采用优化后的ISSR反应体系,以三角紫叶酢浆草野生型和其体细胞无性系变异株系为材料,用不同引物分
别扩增进行验证(图10)(差异性条带用箭头标出)。可以看出,扩增产物电泳条带丰富并且清晰明亮。其中,引
物UBC822、UBC879、UBC854、UBC868能明显稳定地反映出2种材料基因组DNA之间的差异。由此证明,优
化后的ISSR反应体系很灵敏,可有效检测三角紫叶酢浆草的变异株系。
3 讨论
PCR反应受诸多因素的影响:PCR反应体系成分、引物退火条件、反应程序等。在反应液各因素中,dNTP
作为PCR反应的“原料”,其浓度不足则扩增不完全,其浓度升高会降低反应液中自由 Mg2+的浓度[29]而影响
Taq酶活性,进而影响扩增。本实验中dNTP浓度对产物的影响很大,这与紫椴(犜犻犾犻犪犪犿狌狉犲狀狊犻狊)[30]和北美驼
绒藜(犆犲狉犪狋狅犻犱犲狊犾犪狀犪狋犪)[31]ISSR体系优化研究结果一致。但在枇杷(犈狉犻狅犫狅狋狉狔犪犼犪狆狅狀犻犮犪)[27]和水曲柳(犉狉犪狓犻
狀狌狊犿犪狀犱狊犺狌狉犻犮犪)[32]上,dNTP对产物结果影响却很小,可能与不同物种和不同因素水平设计有关。
741第20卷第5期 草业学报2011年
表5 优选犐犛犛犚引物及其最适退火温度
犜犪犫犾犲5 犜犺犲狅狆狋犻犿犪犾犪狀狀犲犪犾犻狀犵狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅犳狊犲犾犲犮狋犲犱狆狉犻犿犲狉狊犳狅狉犐犛犛犚-犘犆犚
引物
Primer
引物序列(5′→3′)
Primersequence
(5′→3′)
最佳退火温度
Mostsuitable
Ta(℃)
解链温度
Tm
(℃)
引物
Primer
引物序列(5′→3′)
Primersequence
(5′→3′)
最佳退火温度
Mostsuitable
Ta(℃)
解链温度
Tm
(℃)
UBC811 GAGAGAGAGAGAGAGAC 58.3 52 UBC852 TCTCTCTCTCTCTCTCRA 53.9 52
UBC813 CTCTCTCTCTCTCTCTT 53.9 50 UBC854 TCTCTCTCTCTCTCTCRG 58.3 58
UBC815 CTCTCTCTCTCTCTCTG 53.9 52 UBC856 ACACACACACACACACYA 59.5 54
UBC818 CACACACACACACACAG 58.3 53 UBC868 GAAGAAGAAGAAGAAGAA 50.8 48
UBC822 TCTCTCTCTCTCTCTCA 58.3 50 UBC873 GACAGACAGACAGACA 58.3 48
UBC823 TCTCTCTCTCTCTCTCC 50.0 52 UBC876 GATAGATAGACAGACA 53.9 40
UBC825 ACACACACACACACACT 50.0 50 UBC879 CTTCACTTCACTTCA 50.8 42
UBC826 ACACACACACACACACC 60.0 52 UBC880 GGAGAGGAGAGGAGA 53.9 48
UBC835 AGAGAGAGAGAGAGAGTC 58.3 58 UBC881 GGGTGGGGTGGGGTG 59.5 54
UBC840 GAGAGAGAGAGAGAGAYT 56.4 56 UBC895 AGAGTTGGTAGCTCTTGATC 53.9 58
UBC841 GAGAGAGAGAGAGAGAYC 53.9 58 UBC899 CATGGTGTTGGTCATTGTTCCA 53.9 64
UBC849 GTGTGTGTGTGTGTGTYA 56.4 56 UBC900 ACTTCCCCACAGGTTAACACA 52.1 62
 注:Y=C或 T;R=A或 G;Ta:退火温度;Tm:解链温度。
 Note:Y=(C,T);R=(A,G);Ta:Annealingtemperature;Tm:Meltingtemperature.
图10 优化后的犐犛犛犚-犘犆犚体系对三角紫叶酢浆草及其体细胞无性系变异株系的扩增结果
犉犻犵.10 犜犺犲犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊狉犲狊狌犾狋狊狌狊犻狀犵狋犺犲狅狆狋犻犿犻狕犲犱犐犛犛犚-犘犆犚狉犲犪犮狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿犳狅狉犗.狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊
W:野生型 Wildtype;V:变异型Themutant;M:分子量标准DNAladdermarker;箭头所指为差异性条带Arrowspointedtospecificbands.
  ISSR不同引物的退火温度差异很大是ISSR-PCR反应的突出特点。一般而言,退火温度偏低会使引物与
模板非特异性结合的几率增大,错配扩增增加,产物条带数目增加,结果可信度降低;退火温度过高,PCR反应特
异性增强,产物条带数目降低,大片段扩增减少。因此,在允许的范围内选择较高的退火温度可减少引物和模板
之间的非特异性结合,提高PCR反应的特异性[33]。本实验引物退火温度筛选过程中,也出现了部分引物(如
UBC818、UBC856及UBC891)退火温度范围在50~60℃内,温度越高,条带数目越多的情况,需重新调整梯度温
度范围来寻找最佳退火温度。在实验结果中发现,相同的引物,不同DNA模板其退火温度也有差异。例如,同
样的引物序列(UBC811),酢浆草属的不同种(犗.狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊和犗.狋狌犫犲狉狅狊犪),最适退火温度分别是58.3和
50.0℃,相差甚远[6]。可能是因为DNA溶液含有的其他成分影响PCR反应体系进而影响引物与模板结合能
力,造成退火温度的变化。一些文献[34,35]指出用公式Tm=2℃×(A+T)+4℃×(C+G)计算出DNA解链温
度(公式中的A,T,C和G分别指引物中腺嘌呤,胸腺嘧啶,胞嘧啶和鸟嘌呤碱基的含量),上下浮动1~3℃得
到引物的理论退火温度则接近引物的退火温度;将Tm值和通过实验选出的最适退火温度比对,并无明显规律
性,这与Pissard等[6]、付燕等[27]的结论一致。
目前优化ISSR体系的研究中都多采用温度梯度PCR方法寻找引物的最佳退火温度,这种方法受到PCR扩
841 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
增仪机型和其温度梯度自动生成方式(每个温度点之间温度梯度距离不均等)的限制,对某些特异性较差的引物
效率则较低。例如,iCycler扩增仪第4和第5温度点之间相差达2.5℃,第1和第2温度点之间相差仅0.5℃,得
到的扩增结果仅代表8个退火温度点的情况(图7)。近几年来,降落PCR(touchdownPCR,TD-PCR)[36]被越
来越多应用于有非特异性产物和没有适宜退火温度等的情况,例如,刘丽丽等[37]用梯度温度PCR和TD-PCR
相结合的方式高效地优化了东南石栎ISSR-PCR反应体系。又如,本实验中很难找到引物 UBC868的最适退
火温度,以梯度温度扩增结果作参考,改用降落PCR能迅速得到满意的扩增效果。
经过本实验优选对ISSR-PCR反应影响较大的因素水平组合、筛选引物退火条件和优化反应程序,得到三
角紫叶酢浆草ISSR-PCR扩增电泳图谱清晰而稳定、重复性好,能迅速有效地检测出无性系变异株系与野生型
之间的差异。随着进一步深入细致的研究,将会找到更多合适的引物,提高ISSR标记在种间、种内居群间等水
平的鉴别速度和灵敏度,为物种的鉴定和种质资源的确立提供更有力的分子生物学证据[38]。
酢浆草属植物富含花色素苷、维生素C和草酸,除观赏价值外,还具有食用、药用和工业原料[2,9,39]等潜在价
值,均待开发利用。三角紫叶酢浆草ISSR-PCR反应体系的建立,填补了国内酢浆草属植物分子标记的空白,
为利用分子标记技术研究酢浆草属植物(特别是三角紫叶酢浆草)的分类、种质资源鉴定和遗传多样性等提供了
理论依据并奠定了技术基础。
参考文献:
[1] OberlanderKC,EmshwilerE,BelstedtDU,犲狋犪犾.Amodelofbulbevolutionintheeudicotgenus犗狓犪犾犻狊(Oxalidaceae)[J].
MolecularPhylogeneticsandEvolution,2009,54(1):5463.
[2] PazminoDuranEA,GiustiM M,WrolstadRE,犲狋犪犾.Anthocyaninsfrom犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊aspotentialfoodcolorants[J].Food
Chemistry,2001,75(2):211216.
[3] FossenT,RayyanS,HolmbergMH,犲狋犪犾.Covalentanthocyaninflavonedimerfromleavesof犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊[J].Phy
tochemistry,2007,68(5):652662.
[4] TostoDS,HoppHE.CharacterizationofthenuclearribosomalDNAunitin犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪(Oxalidacea)andrelatedspecies[J].
ElectronicJournalofBiotechnology,2008,11(3):117.
[5] TariqIA,GardnerA,BradburyJ,犲狋犪犾.PreliminaryanalysisofchloroplastDNAspacerregions(cpDNA)inoca(犗狓犪犾犻狊狋狌
犫犲狉狅狊犪)revealstwopotentialmaternalgenomecontributors[A].FalResearchSymposium[C].St.Thomas(USVI):Univer
sityoftheVirginIslands,2009.
[6] PissardA,GhislainM,BertinP.GeneticdiversityoftheAndeantuberbearingspecies,oca(犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪Mol.),investi
gatedbyintersimplesequencerepeats[J].Genome,2006,49(1):816.
[7] MaliceM,MartinN,PissardA,犲狋犪犾.ApreliminarystudyofthegeneticdiversityofBolivianoca(犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪Mol.)va
rietiesmaintainedinsituandexsituthroughtheutilizationofISSRmolecularmarkers[J].GeneticResourcesandCropEvolu
tion,2007,54(4):685690.
[8] PissardA,ArbizuC,GhislainM,犲狋犪犾.Congruencebetweenmorphologicalandmolecularmarkersinferredfromtheanalysisofthe
intramorphotypegeneticdiversityandthespatialstructureof犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪Mol.[J].Genetica,2008,132(1):7185.
[9] PissardA,RojasBeltranJA,FauxAM,犲狋犪犾.Evidenceofintravarietalgeneticvariabilityinthevegetativelypropagatedcropoca
(犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪Mol.)intheAndeantraditionalfarmingsystem[J].PlantSystematicsandEvolution,2008,270(12):5974.
[10] TapiaC,EstrelaJ.Geneticerosionquantificationinulucus(犝犾犾狌犮狌狊狋狌犫犲狉狅狊狌狊Caldas),oca(犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪 Mol.)andmashua
(犜狉狅狆犪犲狅犾狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿R.&P.)inagrosystemsoftheprovincesofCaar,ChimborazoandTungurahua,Ecuador[A].Proceedings
oftheInternationalSymposium“ManagingBiodiversityinAgriculturalEcosystems”[C].Montreal:UnitedNationsUniversity,the
SecretariatoftheConventiononBiologicalDiversity,theInternationalPlantGeneticResourcesInstitute,2001.
[11] EmshwilerE.Evolutionandconservationofclonalypropagatedcrops:InsightsfromAFLPdataandfolktaxonomyofthe
Andeantuberoca,犗狓犪犾犻狊狋狌犫犲狉狅狊犪[A].In:MotleyTJ,ZeregaN,CrossHB.Darwin’sHarvest:NewApproachestothe
Origins,Evolution,andConservationofCrops[M].NewYork:ColumbiaUniversityPress,2006:308332.
[12] 黄成就,黄宝贤,徐朗然.酢浆草属犗狓犪犾犻狊L[A].中国植物志[M].北京:科学出版社,1998.
[13] 王利,王永清,张帆.三角紫叶酢浆草离体培养植株的再生研究[J].安徽农业科学,2005,33(2):238239,315.
[14] 倪苏,李方安,唐军.B9对紫叶酢浆草试管苗增殖与保苗的影响[J].植物生理学通讯,2006,42(6):1112.
941第20卷第5期 草业学报2011年
[15] 陈明林,刘登义,李珊珊.酢浆草属5种植物的微形态特征观察[J].植物资源与环境学报,2007,16(3):718.
[16] 罗世孝,李世晋,张淀湘.入侵植物酢浆草在中国的花型分布特点及自花授粉[J].植物分类学报,2008,46(6):847855.
[17] 陈明林,游亚丽,张小平.花柱异型研究进展[J].草业学报,2010,19(1):226239.
[18] 陈明林,王友保.水分胁迫下外来种铜锤草和本地种酢浆草的生理指标比较研究[J].草业学报,2008,17(6):5259.
[19] 刘洋.6种园林草本花卉的抑菌性与抗旱性研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2009.
[20] 彭瑜,胡进耀,苏智先.外来物种红花酢浆草的化感作用研究[J].草业学报,2007,16(5):9095.
[21] 宋会兴,钟章成.两种土壤类型草本植物根系丛枝菌根真菌多样性[J].应用生态学报,2009,20(8):18571862.
[22] ZiekiewiczE,RafalskiA,LabudaD.Genomefingerprintingbysimplesequencerepeat(SSR)anchoredpolymerasechainre
actionamplification[J].Genomics,1994,20(2):176183.
[23] 唐燕琼,胡新文,郭建春,等.柱花草种质遗传多样性的ISSR分析[J].草业学报,2009,18(1):5764.
[24] 尚以顺,杨春燕,钟理.贵州野生匍匐剪股颖种质资源遗传多样性的ISSR分析[J].草业学报,2009,18(3):6773.
[25] ReddyMP,SarlaN,SiddiqEA.Intersimplesequencerepeat(ISSR)polymorphismanditsapplicationinplantbreeding[J].
Euphytica,2002,128(1):917.
[26] 萨姆布鲁克J,拉塞尔 DW.分子克隆实验指南(第三版)[M].北京:科学出版社,2002.
[27] 付燕,罗楠,杨芩,等.枇杷属植物ISSR反应体系的建立和优化[J].果树学报,2009,26(2):167172.
[28] 何正文,刘运生,陈立华,等.正交设计直观分析法优化条件PCR[J].湖南医科大学学报,1998,23(4):403404.
[29] DieffenbachCW,DvekslerGS.PCRPrimer:AlaboratoryManual(2nded)[M].Beijing:SciencePress,2004:3541.
[30] 穆立蔷,刘赢男,冯富娟,等.紫椴ISSR-PCR反应体系的建立与优化[J].林业科学,2006,42(6):2631.
[31] 雷雪峰,易津,侯丽丽.利用正交设计建立与优化北美驼绒藜ISSR-PCR反应体系[J].植物研究,2008,28(6):693697.
[32] 谢运海,夏德安,姜静,等.利用正交设计优化水曲柳ISSR-PCR反应体系[J].分子植物育种,2005,3(3):445450.
[33] LuSD.CurrentProtocolsforMolecularBiology(2nded)[M].Beijing:PekingUnionMedicalColegePress,1999:458463.
[34] 李建辉,金则新,李钧敏.木荷ISSR反应体系的建立与优化[J].安徽农业科学,2006,34(19):48574858,4860.
[35] 林郑和,陈荣冰,陈常颂,等.ISSR分子标记在茶树遗传关系分析中的初步应用[J].茶叶科学,2007,27(1):4550.
[36] DonRH,CoxPT,WainwrightBJ,犲狋犪犾.‘Touchdown’PCRtocircumventspuriousprimingduringgeneamplification[J].
NucleicAcidsResearch,1991,19(14):4008.
[37] 刘丽丽,金则新,李建辉,等.东南石栎ISSR-PCR反应体系的优化[J].西北林学院学报,2008,23(5):6569.
[38] 邓辉,黄晓燕,乙引.ISSR-PCR技术在植物种间和种下关系中的应用[J].种子,2006,25(4):5557.
[39] 刘世旺,徐艳霞,石宏武.酢浆草乙醇提取物对细菌生长曲线的影响[J].北方园艺,2007,(3):113115.
犈狊狋犪犫犾犻狊犺犿犲狀狋犪狀犱狅狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅犳犪狀犐犛犛犚狉犲犪犮狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿犳狅狉犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊
HUSu1,3,WANGYongqing2,TAOLian2
(1.ColegeofForestry,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China;2.ColegeofHorticulture,
SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China;3.InstituteofBiotechnologyandNuclear
Technology,SichuanAcademyofAgriculturalSciences,Chengdu610066,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:AnorthogonaldesignwasusedtooptimizeanISSR(intersimplesequencerepeats)-PCR(polymer
asechainreaction)amplificationsystemfor犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊,involvingfivelevelsoffivemainfactors
(Mg2+,TaqDNApolymerase,primer,templateDNAanddNTP).Theannealingtemperatureofsuitable
primers,whichwereselectedfrom100randomISSRprimers,wasoptimizedandthereactionprogramwasim
provedsothatasuitableISSR-PCRreactionsystemfor犗.狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊wasestablished.Thereactionswere
performedina25μLvolumecontaining2.5μL10×buffer,1.25mmol/LMg
2+,0.9UTaqDNApolymerase,
0.3μmol/Lprimer,60~100ngtemplateDNA,and0.25mmol/LdNTP.Theoptimizedreactionprogram
was:94℃for5min,folowedby40cyclesof94℃for50s,annealingatasuitabletemperaturefordifferent
primersfor60s,72℃for1.5min,extensionat72℃for7minandpreservationat4℃.Theestablishmentof
thissystemprovidesatheoreticalbasisandtechnicalreferencesforfurtherresearchonthegenus犗狓犪犾犻狊by
ISSRmarkers.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犗狓犪犾犻狊狋狉犻犪狀犵狌犾犪狉犻狊;ISSR;reactionsystem
051 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5