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Optimization on multiplex PCR amplification system of SSR marker forauthenticity and purity identification of maize varieties

玉米品种真实性和纯度鉴定的SSR标记多重PCR体系优化



全 文 :书玉米品种真实性和纯度鉴定的犛犛犚
标记多重犘犆犚体系优化
常宏1,3,王汉宁1,2,张金文1,2,王威1,路则权1,李瑛1,王蒂1,2
(1.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州730070;2.甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室,
甘肃 兰州730070;3.甘肃省种子管理总站,甘肃 兰州730020)
摘要:为了建立稳定可靠的玉米真实性和纯度鉴定SSR标记,对DNA提取方法、SSR引物和多重PCR反应程序进
行了优化。结果表明,用预热到75℃以上的研钵和95℃的1.5×CTAB提取缓冲液进行材料研磨,可得到纯度高、
完整性好的DNA,并且提取成本较低。利用软件PrimerPremier5.0和Oligo6.72对玉米指纹鉴定的SSR核心引
物进行重新分析与设计,建立了21对SSR通用引物构成的8组多重PCR复合扩增体系和3步法扩增程序,均能
在统一的PCR扩增条件下进行,扩增片段之间不存在交叉现象,扩增条带清晰,扩增结果稳定,这一扩增体系检测
效率比单对SSR引物提高2.6倍以上。
关键词:玉米;真实性;纯度;DNA提取;SSR引物;多重PCR
中图分类号:S513.01  文献标识码:A  文章编号:10045759(2010)02020408
  玉米(犣犲犪犿犪狔狊)杂种优势的利用不仅为世界粮食安全做出了巨大贡献,同时也造就了种子行业的兴起,并
推动了饲料工业和畜牧业的发展[1,2]。玉米育种研究和种子生产经营正在向商业化转移,越来越多的企业投资
玉米种子产业。由于玉米杂交种种子生产蕴涵着巨大的经济利润,市场上经常出现侵权或违规经营的行为,不论
育种者、经营者或使用者都越来越重视种子质量和保护自身的合法权益。因此,品种的真实性和纯度检验对玉米
品种保护和生产具有重要作用。
作物品种真实性和纯度鉴定方法多依据形态特征、生理特性、同工酶、种子贮藏蛋白电泳等,而玉米种子真实
性和纯度检验主要采用形态学鉴定和种子贮藏蛋白电泳分析的方法。利用形态学差异鉴别品种的方法费时费
力,需要性状差异达到一定的清晰程度才能得出准确结果。同工酶、蛋白质是基因表达的产物,不能完全显示品
种间的多态性[3],特别是我国玉米种质基础渐趋狭窄,生产上使用的亲本自交系较为集中[4],难以鉴定那些关系
密切的杂交种。从20世纪80年代发展起来的直接从DNA水平上揭示多态性的分子标记,具有准确可靠、成本
较低、不受环境因素影响等特点,便于实现鉴定自动化、商业化,促进了种质资源鉴定的发展[5]。SSR(简单序列
重复,simplesequencerepeats)标记以其多态性丰富、检测技术简单、结果可靠和重复性好等优点,已被广泛应用
于基因定位、种群进化及遗传多样性研究[58],并在玉米种子纯度和品种真实性鉴定中得到广泛应用[914]。近年
来,针对玉米品种真实性和种子纯度鉴定时SSR标记存在的DNA提取步骤复杂、玉米SSR引物数量庞大(2
000多)及单引物鉴定纯度存在一定误差的问题,开发了玉米单粒种子DNA快速提取法[15]、多重PCR(聚合酶
链式反应,polymerasechainreaction)技术[16],并筛选出通用SSR核心引物[17];王凤格等[18]按照统一的标准设
计并构建基于毛细管五色荧光检测系统的多重PCR复合扩增体系,提高了检测效率。本研究按照王凤格等[18]
筛选的通用引物和检测体系,采用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳方法,在玉米自交系和杂交种真实性和纯度鉴定中进
行了验证,发现单粒种子DNA快速提取法虽然速度较快,但提取的玉米DNA质量极差,严重影响到SSR标记
时的PCR扩增稳定性;通用引物间的Tm相差较大,多重PCR扩增效果较差;采用较高的退火温度和二步法扩
增,扩增效率极低甚至常发生无扩增现象。针对上述问题,有必要对该技术体系做进一步优化,以提高其稳定性
204-211
2010年4月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第19卷 第2期
Vol.19,No.2
 收稿日期:20091122;改回日期:20091225
基金项目:国家高新技术研究发展计划(863计划)项目(2004AA207140)资助。
作者简介:常宏(1969),男,甘肃庆阳人,研究员,在读博士。Email:cl5583@sina.com
通讯作者。Email:jwzhang305@163.com
和可靠性。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2008年进行,供试材料包括目前国内主要玉米骨干自交系、甘肃省种业新育成自交系和杂交种共77
份,其中甘肃金苹果种业有限责任公司34份、甘肃甘鑫种业有限责任公司18份、甘肃金穗种业有限责任公司17
份、甘肃富农高科技种业有限责任公司4份和甘肃金象农业发展有限责任公司4份。
1.2 玉米基因组DNA提取
试验选用如下3种玉米基因组DNA提取方法:
方法Ⅰ,标准的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵,hexadecyltrimethylammoniumbromide)提取法[19,20]。取
25℃、暗培养发芽4d的幼苗0.3g,用液N2 研成粉末,转到1.5mL离心管中(-20℃预冷),加入预热到95℃的
500μL1.5×CTAB提取缓冲液[100mmol/LTris-HCl(pH8.0),20mmol/LEDTA,1.4mol/LNaCl,1.5%
(W/V)CTAB,使用前加入0.1% (V/V)的β巯基乙醇];置于65℃水浴30min,每5min上下颠倒1次;室温
下,10790r/min离心5min;吸取上清液约600μL于1支灭菌的1.5mL离心管中,加入等体积(600μL)氯仿/
异戊醇(24∶1),上下颠倒数次,混匀;4℃,10790r/min离心5min;取450μL上清液,转入新的1.5mL离心管
中,加入1mL95%乙醇和45μL10mol/LNH4Ac,混匀,室温放置10min;10790r/min离心10min,去上清;
用75% 乙醇浸洗沉淀2遍,自然干燥约30min;加入50μLTE(含1mg/mLRNaseA),待DNA溶解后,置于
37℃水浴保温30min,以降解RNA。
方法Ⅱ,单粒种子DNA快速提取热碱法[15]。用镊子和刀片将单粒种子切开,取出胚放入96孔深孔板中,每
孔加入150μL提取液(0.1mol/LNaOH,0.01%溴酚蓝),盖上封口膜,沸水浴中加热5min,然后加入150μL
TE缓冲液(pH2.0),置于4℃冰箱保存备用。
方法Ⅲ,改进的CTAB法。对标准的CTAB方法程序加以改进,材料不用液N2 研磨,而用预热到75℃的研
钵、取发芽4d的幼苗0.3g,加入300μL预热到95℃的1.5×CTAB提取缓冲液,迅速研成匀浆,然后转到1.5
mL离心管中,再加入300μL预热到95℃的1.5×CTAB提取缓冲液。此后操作与方法Ⅰ相同。
用紫外分光光度计,分别测定不同方法提取的玉米DNA样品OD230、OD260和OD280,并用0.8%琼脂糖凝胶
电泳鉴定DNA的完整性。
1.3 引物重新设计及多重PCR扩增程序优化
为了降低退火温度(Tm)和变2步法扩增程序为3步法扩增程序,使多重PCR具有相似的扩增条件、高效扩
增、扩增产物清晰稳定且大小在期望的范围内,对王凤格等[18]筛选的8组20对通用SSR多重PCR引物进行重
新分析和设计。首先在 NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)、MaizeGDB(http://www.maizegdb.org)及
PlantGDB(http://www.plantgdb.org)等网站上,用BLAST程序搜索20对引物位点对应的原始基因组序列,
再利用2个常用的引物设计软件PrimerPremier5.0和Oligo6.72对引物重新进行设计及评估,并将同一多态
性位点新设计的引物重新命名。此外,针对第8组多重PCR的SSR-PCR引物扩增产物少的情况,适当增加引
物以便反映出较多的多态性信息。
PCR扩增反应在PTC200PCR仪上进行。每20μL反应体积中含有10mmol/LTris-HCl,50mmol/L
KCl,0.001% Gelatin,1单位TaqDNA聚合酶,2.5mmol/LMgCl2,0.15mmol/L4dNTP,10%甘油,0.25
μmol/LSSR引物对,20ngDNA模板。反应液上加盖15μL矿物油(Sigma),防止反应过程中水分蒸发。采用
2种PCR扩增反应程序,原20对8组多重PCR引物仍采用68~94℃二步法扩增程序(94℃预变性5min;94℃
变性40s,68℃退火80s,35个循环;72℃延伸10min),新设计引物采用3步法扩增程序。扩增产物用1%琼脂
糖凝胶电泳,比较二者在扩增带型和扩增效果方面的变化。
1.4 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
采用JYCX2B型测序电泳槽(北京君意东方电泳设备有限公司制造,规格33cm×42cm×0.04cm)进行变
性聚丙烯酰胺凝胶电泳。配制4.5%聚丙烯酰胺凝胶80mL,其中含有40%丙烯酰胺母液(丙烯酰胺∶甲叉双丙
502第19卷第2期 草业学报2010年
烯酰胺=19∶1)9.0mL,1×TBE缓冲液(1.08%Tris,0.55%硼酸,0.05mol/LEDTA,ddH2O)8mL,
TEMED(N,N,N′,N′四甲基二乙胺,N,N,N′,N′tetramethylethylenediamine)80μL/mL,25%过硫酸胺
(APS,25%w/v)80μL。在加入TEMED和APS(过硫酸胺,ammoniumpersulfate)后,立即灌胶,约30min后胶
凝固。安装电泳槽,向正极槽中加入1×TBE缓冲液600mL,负极槽加入预热至65℃的1×TBE缓冲液600
mL;拔出梳子后,用90W恒功率预电泳10~20min;然后,各点样孔上样5μL变性后的PCR产物[6×DNA电
泳载样缓冲液:0.25% 溴粉蓝,40%(w/v)蔗糖],在80W 恒功率下电泳1h。电泳结束后,附着凝胶的玻璃板
依次在10%冰乙酸中浸泡3min,水中漂洗1次,0.2%AgNO3 溶液中染色5min,用蒸馏水快速漂洗1次,在浓
度为3%NaOH(w/v)和3mL/L甲醛中轻轻晃动至带纹出现并可以区分为止;在10%冰醋酸溶液中定影5min,
水漂洗1min。显影后,在室温下自然风干或50℃烘箱快速烘干凝胶后,置于方正Z1000扫描仪(A3幅面)上进
行图像扫描并统计数据。
2 结果与分析
2.1 提取DNA的质量和扩增效果
不同提取方法得到的玉米基因组DNA质量和数量存在一定的差异(表1),其中方法Ⅲ提取样品的 A260/
A280和A260/A230分别为1.785和2.071,与标准的DNA提取方法Ⅰ质量无差异(犘>0.05),但产量略高;方法Ⅱ
提取样品的 A260/A280和 A260/A280为0.821和1.538,说明提取的 DNA中蛋白质和盐离子含量较高,且提取
DNA量较高,是方法Ⅰ和方法Ⅲ所提DNA的2倍左右。
表1 3种方法提取的玉米犇犖犃样品的紫外检测结果
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犝犞狋犲狊狋狉犲狊狌犾狋狊狅犳犿犪犻狕犲犇犖犃狊犪犿狆犾犲狊狑犻狋犺3犲狓狋狉犪犮狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狊
提取方法Extractionmethod 材料 Materials A260 A260/A280 A260/A230 DNA浓度ConcentrationofDNA(ng/μL)
方法Ⅰ MethodⅠ 幼苗Seedling 0.183±0.073b 1.893a 2.163a 9.15b
方法Ⅱ MethodⅡ 干种子胚Embryoofdryseed0.442±0.165a 0.821b 1.538b 22.10a
方法Ⅲ MethodⅢ 幼苗Seedling 0.231±0.098b 1.785a 2.071a 11.55b
 为3个提取样品测定的平均值±标准误(SE)。同列字母不同者表示差异显著(犘≤0.05)。
 Valuesaremeansof3replicates±standarderrors(SE).Valuesinsamecolumnfolowedbydifferentlettersmeanssignificantlydifference(犘≤
0.05).
提取的样品电泳结果(图1)显示,方法Ⅲ和方法Ⅰ
图1 3种方法提取的玉米犇犖犃质量琼脂糖凝胶电泳比较
犉犻犵.1 犆狅犿狆犪狉犻狀犵犿犪犻狕犲犇犖犃狇狌犪犾犻狋狔犳狉狅犿3犲狓狋狉犪犮狋狊
狌狊犻狀犵犪犵犪狉狅狊犲犵犲犾犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊
1-3泳道.方法Ⅰ提取的幼苗DNA;4-6.方法Ⅱ提取的干种子胚
DNA;7-9.方法Ⅲ提取的幼苗DNALane1-3.MethodsⅠ
extracts;Lanes4-6.MethodsⅡextracts;Lanes7-9.
MethodsⅢextracts.Electrophoresiswasperformed
in0.8%agarosegels
提取的DNA基本上无降解,主带一致、清晰,无拖尾
现象;方法Ⅱ提取的DNA谱带不清晰,在点样孔和主
带所处位置以上亮度较高,在主带位置以下出现严重
的拖尾现象,说明提取的样品中含有较多的蛋白质以
及DNA与蛋白的复合物,DNA发生严重降解,说明
用郭景伦等[15]开发的单粒种子DNA热碱快速提取法
所提玉米DNA质量很差。
为了进一步鉴定3种方法提取的DNA 对PCR
扩增效果的影响,用试验设计的21对通用SSR引物
(表2)进行PCR扩增。结果表明,以方法Ⅰ和方法Ⅲ
提取的同一玉米材料DNA作模版,都能得到较好的
扩增效果(图2A和C),扩增条带清晰,谱带一致,而
以方法Ⅱ提取的DNA作模版,只有个别SSR引物组
合得到扩增,其余引物扩增产物呈弥散状(图2B),且
602 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.2
图2 不同方法提取的玉米犇犖犃为模板犛犛犚-犘犆犚扩增产物琼脂糖凝胶电泳结果
犉犻犵.2 犚犲狊狌犾狋狊狅犳犛犛犚-犘犆犚狆狉狅犱狌犮狋狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犇犖犃狋犲犿狆犾犪狋犲犲狓狋狉犪犮狋犲犱
犫狔犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿犲狋犺狅犱狊狌狊犻狀犵犪犵犪狉狅狊犲犵犲犾犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊
A.方法Ⅰ提取的DNA为模板PCR扩增产物;B.方法Ⅱ提取的DNA作模板PCR扩增产物;C.方法Ⅲ提取的DNA作模板PCR
扩增产物A.PCRproductsamplifiedwithDNAextractedbyMethodⅠand21pairsofSSRprimers;B.PCRproducts
amplifiedusingDNAextractedbyMethodⅡand21pairsofSSRprimers;C.PCRproductsamplified
usingDNAextractedbyMethodⅢand21pairsofSSRprimers
因模板DNA不纯净而在点样空有明显的DNA-蛋白质复合物。由此说明,改进的CTAB法提取的DNA用于
SSR-PCR可得到特异扩增和稳定的扩增效果。
2.2 通用核心引物的重新设计
按照均匀分布的原则,每个染色体上均匀选取2对引物,其结合位点分别位于各染色体长臂和短臂之上,同
时在多重PCR第8组引物中增加了扩增片段小于200bp的引物phi053,累计21对引物。通过引物重新设计及
试验验证,构建了8组多重PCR的SSR引物组合(表2),其中有3对引物采用王凤格等[18]报道的序列,其余18
对为新设计、更换和补充的引物。新设计的8组21对引物之间具有相似的序列特征,特别是降低了变性温度
(Tm),不同引物对之间Tm相差0.1~1.6℃,所有引物对的适宜退火温度为54~55℃,此温度为常用的适宜退
火温度,有利于引物与模板之间稳定结合和引物3′端的延伸,这样就可以用3步PCR扩增程序进行多重PCR反应。
2.3 多重PCR扩增效果及稳定性
试验以方法Ⅲ提取的玉米单粒种子幼苗DNA为模版,退火温度(Tm)为54℃,3步法扩增程序(94℃预变性
5min;94℃变性40s,54℃退火40s,72℃延伸45s,35个循环;72℃延伸10min),分别进行8组多重PCR,用以
证明所设计引物及多重PCR在鉴定玉米种子真实性和纯度方面的有效性。通过对甘肃金穗种业有限责任公司
提供的1份杂交种[金穗2号 (976089×S3510)]及其亲本自交系(976089和S3510)进行的测定,在变性聚丙
烯酰胺凝胶电泳结果(图3)中显示出各反应中获得的扩增条带清晰、各条带之间未发生扩增片段范围交叉和重
叠的现象,并能够很好地区分杂交种和亲本,并且用同一亲本不同种子DNA样品得到了相同的扩增结果(图3)。
本研究建立的鉴定体系与辛景树[14]和王凤格等[18]创立的玉米真实性和纯度鉴定的SSR多重PCR技术体
系相比,新引物在各项序列指标上均有了明显改善,不同引物之间具有了更加相似的序列特征,便于采用相同的
扩增条件进行扩增本研究;替换了个别引物(如将引物“phi116k3”更换为“phi082j12”),并在第8组多重PCR反
应中增加了引物“phi053”,使其信息量进一步增加;通过降低引物的变性温度,将退火温度由前人推介的68℃降
702第19卷第2期 草业学报2010年
表2 多重犘犆犚组合的犛犛犚引物序列及组合
犜犪犫犾犲2 犛犛犚狆狉犻犿犲狉狊犲狇狌犲狀犮犲狊犪狀犱犮狅犿犫犻狀犪狋犻狅狀狅犳犿狌犾狋犻狆犾犲狓犘犆犚
组合a)
Combination
王凤格等[18]设计的引物
PrimeresdesignedbyWang犲狋犪犾[18]
染色体位点
Chrom.locus
名称
Name
变性温度
Tm(℃)
新设计、更换和补充引物
Primeresnewlydesigned,replacedandadded
染色体位点
Chrom.locus
名称b)
Name
引物序列
Sequenceofprimer(5′→3′)
变性温度
Tm(℃)
产物大小
Productsize(bp)
1-1 4.01 phi072k4
70.5
72.1
4.01 phi072j1
GCTCGTCTCCTCCAGGTCAGG;
CGTTGCCCATACATCATGCCT
70.5
70.2
201~253
1-2 5.03 umc1705w1
70.5
71.2
5.03 umc1705j2
GGAGGTCGTCAGATGGAGTTCG;
CACGTACGGCAATGCAGACAA
70.5
69.9
319~385
1-3 6.00 bnlg161k8
73.9
71.5
6.00 bnlg161j3
CTCAGCTCCTGCTTATTGCTTTC;
GATGGATGGAGCATGAGCTTG
68.0
67.5
323~422
2-1 9.03 phi065k9
73.6
72.1
9.03 phi065j4
GGGACAAATACGTGGAGACACA;
CTGATGAGGTGAAACACGTCTAGC
70.5
70.8
219~327
2-2 2.03 bnlg125k1
73.3
72.9
2.03 bnlg125j5
GGTACGGTTTCGTTTCCTTTGG;
GCATCTAACAGCATCCCTTGAGC
70.0
70.3
215
2-3 10.04 umc2163k5
70.7
69.9
10.04 umc2163k5
GATGCAAGCGGGAATCTGAATC;
CGACGAAATTGCTGGGGTTC
70.7
69.9
145
3-1 1.03 bnlg439w1
72.3
73.5
1.03 bnlg439j6
GTTGACATCGCCATCTTGGTGA;
ACAAGCCCTTAGCGGGTTGTC
70.2
70.4
142~162
3-2 7.02 bnlg1792k8
69.5
70.0
7.02 bnlg1792k8
CCCCAAAATTCCAGGTGCC;
CCTCGTCGTCTCCTACCAGAATG
69.5
70.0
413~433
4-1 8.08 phi080k15
71.1
71.1
8.08 phi080j7
GAACCACCCGATGCAACTTG;
TGATGGGCACGATCTCGTAGTC
68.1
69.5
57~114
4-2 3.09 bnlg1754w3
72.0
72.4
3.09 bnlg1754j9
GACGTCGGTACTGGCAATGG;
CACCACGCTGTCGTAGTGCTC
68.2
68.6
273~330
5-1 1.11 bnlg2331k1
73.3
73.1
1.11 bnlg2331j10
CCTTTCCTCGGTTAGGCAACAG;
CAAAGCTGCCAGTTCCTAGATGAG
70.3
69.9
129~185
5-2 3.00 umc2105k3
72.9
72.6
3.00 umc2105j11
AAGGGCAATGAATAGAGCCATG;
ATGGACTCTGTGCGACTTGTACC
68.3
68.0
152~208
5-3 7.06 phi116k3
71.7
73.8
7.05 phi082j12
CAGCACAGGCAGTTCGAGA;
GCGGCAAAAGATCTTGAACAC
70.9
70.4
132
6-1 2.08 bnlg1940k9
74.9
72.5
2.08 bnlg1940j13
GCTCGTTTAAGAACGGTTGATTG;
GCACTAGACGGCTGGCATTGG
68.4
68.7
192~250
6-2 5.07 bnlg2305k4
70.6
70.7
5.07 bnlg2305k4
CCCCTCTTCCTCAGCACCTTG;
CGTCTTGTCTCCGTCCGTGTG
70.6
70.7
243~273
6-3 9.01 umc2084w2
71.9
72.1
9.01 umc2084j14
GATCGCGACGAGTTAATTCAAAC;
CGAAGAACAACGTCATTTCAGC
68.3
67.3
203~233
7-1 10.07 bnlg1450k2
72.1
71.7
10.07 bnlg1450j15
CACTGAAATCTCCCATCATGTACG;
CAGCTCTTCTTGGCATCGTCG
68.5
70.4
132~153
7-2 8.03 umc1741k7
72.3
70.4
8.03 umc1741j16
CGCTTGGCATCTCCATGTATATC;
GACCATCATCTTTCCCTCGTGC
68.8
70.4
399~419
8-1 4.06 bnlg2291k4
71.8
68.7
4.06 bnlg2291j17
CACACCCGTAGTAGCTGAGACTTG;
ATAACCTTGCCTCCCAAACCC
68.3
69.3
145
8-2 6.05 bnlg1702k1
71.2
68.7
6.05 bnlg1702j18
ATCCGCATTGTCAAATGACCAC;
AGGACACGCCATCGTCATCA
69.3
68.7
154
8-3 3.05 phi053
CTGCCTCTCAGATTCAGAGATTGAC;
AACCCAACGTACTCCGGCAG
68.8
69.5
168~195
 a)包括8套多重组合;b)新设计引物的命名为“原引物名称+设计者代号+序号”;为更换和添加的引物。
 a)Including8combinationsofmutplexPCR;b)Nomenclatureofnewlydesignedprimerwas‘primaryprimername+codenameofconstructor+
serialnumber’;Supersedeoradditionaprimers.
802 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.2
图3 多重犛犛犚-犘犆犚对玉米自交系和杂交种的扩增结果
犉犻犵.3 犕狌犾狋犻狆犾犲狓犘犆犚狉犲狊狌犾狋狊狅犳犿犪犻狕犲犻狀犫狉犲犱犾犻狀犲狊犪狀犱犺狔犫狉犻犱狊
泳道1-8.分别为8组多重SSR引物PCR扩增的结果;M.DNA标准分子量标记物LaneNo.1-8were
respectivelymultiplexPCRresultsof8groupsSSRprimers;M.DNAmarkers
到54℃,改2步法扩增程序为3步法,其多重PCR反应及扩增结果变得更加稳定。此外,这一技术体系与单一
SSR引物扩增相比,能够提高检测效率2.6倍。这一检测效率并不是上限,在保证多重PCR中各引物扩增出的
片段之间不存在重叠的前提下,各组多重PCR中还可增加引物对数,通过适度增加变性聚丙烯酰胺凝胶的浓度
以提高分辨率,就能够将不同长度的扩增片段进行区分。
3 讨论与结论
3.1 植物基因组提取方法
DNA提取是植物分子遗传学及基因工程研究的前提,获得完整、纯度高的基因组DNA对研究的成功起着
十分重要的作用。目前,用于植物DNA提取的方法主要有SDS(十二烷基硫酸钠,sodiumdodecylsulfate)法、高
盐低pH法和CTAB法[2126]。标准的CTAB法和SDS法多以幼芽或幼嫩叶片为材料,存在操作步骤多、程序复
杂、周期长等缺点,虽然前人对这2种方法进行了不少改进,但仍然离不开液氮、人工研磨、用β巯基乙醇和水浴
进行抽提,如雷开荣等[26]报道的不用液氮、人工机械研磨和柴建芳等[27]报道的不用β巯基乙醇的DNA快速提
取法,但这些方法提取DNA的成本仍然较高。郭景伦等[15]开发了单粒种子DNA快速提取的热碱法,此方法被
引用在农业部行业标准《玉米品种鉴定DNA指纹方法(NY/T14322007)》中。在玉米种子真实性鉴定中发现,
单粒种子DNA快速提取的热碱法提取的DNA条带完整性差,杂质含量较多,严重影响到PCR扩增的稳定性、
特异性和扩增效率。据此认为,对于作物种子真实性和纯度检验来讲,方法的可靠性比速度更为重要。通过改进
DNA提取方法,以热CTAB提取液提取发芽种子的DNA,得到的DNA样品质量完全符合种子真实性和纯度检
验的要求,而且省却了耗费大量的液氮,降低了试验成本。
3.2 多重PCR组合的优化
许多研究者针对所研究的物种各自提出了SSR引物选择标准,综合起来基本包括4点,即多态性高、扩增质
量高、在全基因组上均匀分布、复合扩增的潜力。在玉米上,已报道了许多SSR引物多重PCR组合的研究结
果[1618]。由于玉米数据库上已公布的SSR引物是由不同研究单位设计的,设计者采用的设计标准不完全相同,
因此,设计的SSR引物质量存在差异,适宜的扩增条件各不相同,基于这些引物进行多重PCR组合时限制较大:
902第19卷第2期 草业学报2010年
引物的Tm值差别较大,最适退火温度不同;引物扩增产物大小范围比较集中,较难选择到合适的多重组合方式;
即使已满足了上述2个条件,部分引物组合还会出现引物间较强的相互作用。王凤格等[18]借助毛细管电泳自动
荧光检测仪,筛选出了2套10重PCR反应的SSR引物,但经过验证发现,该体系主要考虑了引物扩增片段范围
及引物间相互作用,部分引物多态性较低,而且退火温度过高,采用2步PCR扩增程序得到的结果稳定性很差。
考虑到基层研究单位和种业公司并不具备毛细管电泳自动荧光检测设备,本研究将多态性与稳定性一并考虑,将
引物的设计与多重PCR组合结合进行,通过引物重新设计,建立了2~3重、8组多重PCR组合,采取3步PCR
扩增程序和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,既保证了检测的高通量和结果的可靠性,一般科研单位和玉米种业公
司都可以采用。因此,本研究建立的对玉米种子真实性和纯度鉴定的SSR多重PCR鉴定体系将会得到广泛的
应用。
致谢:甘肃金苹果种业有限责任公司陈荣贤经理、甘鑫种业有限责任公司何雁龄、万廷文经理、甘肃金象农业发展
股份有限公司陈学君经理和甘肃高科技种业有限责任公司石建国经理提供了试验材料,在此一并表示致谢。
参考文献:
[1] CrowJF.90yearsago:Thebeginningofhybridmaize[J].Genetics,1998,148:923928.
[2] 刘纪麟.玉米育种学(第二版)[M].北京:中国农业出版社,2002:141200.
[3] SmithJSC,RegisterMJC.Geneticpurityandtestingtechnologiesforseedquality:Acompanyperspective[J].SeedScience
Reseach,1998,8:285293.
[4] 曾三省.中国玉米杂交种的种质基础[J].中国农业科学,1990,23(4):19.
[5] 方宣钧,吴为人,唐纪良.作物DNA标记辅助育种[M].北京:科学出版社,2001:2233.
[6] 魏臻武.利用SSR、ISSR和RAPD技术构建苜蓿基因组DNA指纹图谱[J].草业学报,2004,13(3):6267.
[7] 严学兵,王,周禾,等.不同来源SSR标记在我国披碱草属植物的通用性和效率评价[J].草业学报,2008,17(6):112
120.
[8] 郭海林,刘建秀,高鹤,等.结缕草属优良品系SSR指纹图谱的构建[J].草业学报,2007,16(2):5359.
[9] SmithJSC,ChinECL,ShuH,犲狋犪犾.AnevaluationoftheutilityofSSRlociasmolecularmarkersinmaize(犣犲犪犿犪狔狊L.):
ComparisonwithdatafromRFLPsandpedigree[J].TheoreticalandAppliedGenetics,1997,(95):163173.
[10] 袁力行,傅骏骅,WarburtonM,等.利用RFLP、SSR、AFLP和RAPD标记分析玉米自交系遗传多样性的比较研究[J].遗
传学报,2000,27(8):725733.
[11] 李新海,傅骏骅,张世煌,等.利用SSR标记研究玉米自交系的遗传变异[J].中国农业科学,2000,33(2):19.
[12] 袁力行,傅骏骅,张世煌,等.利用RFLP和SSR划分玉米自交系杂种优势群的研究[J].作物学报,2001,27(2):149
156.
[13] 李晓辉,李新海,李文华,等.SSR标记技术在玉米杂交种种子纯度测定中的应用[J].作物学报,2003,29(1):6368.
[14] 辛景树.杂交玉米品种DNA指纹图谱[M].北京:中国农业科学技术出版社,2005:193196.
[15] 郭景伦,赵久然,王凤格.适用于SSR分子标记的玉米单粒种子DNA快速提取新方法[J].玉米科学,2005,13(2):1617,
25.
[16] 王凤格,赵久然,佘花娣,等.中国玉米新品种DNA指纹库建立系列研究Ⅲ.多重PCR技术在玉米SSR引物扩增中的应
用[J].玉米科学,2003,11(4):36.
[17] 赵久然,王风格,郭景伦,等.中国玉米新品种DNA指纹库建立系列研究Ⅱ.适于玉米自交系和杂交种指纹图谱绘制的
SSR核心引物的确定[J].玉米科学,2003,11(2):35,8.
[18] 王凤格,赵久然,戴景瑞,等.玉米通用SSR核心引物筛选及高通量多重 PCR复合扩增体系建立[J].科学通报,2006,
51(23):27382746.
[19] 王关林,方宏筠.植物基因工程(第二版)[M].北京:科学技术出版社,2002:742744.
[20] 陈宏,易自立,张金文.基因工程原理与应用[M].北京:中国农业出版社,2004:8497.
[21] SteinerJJ,PoklembaCJ,FjelstromRG,犲狋犪犾.ArapidonetubegenomicDNAextractionprocess[J].NucleicAcidsRe
012 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.2
search,1995,23(13):25692570.
[22] HoldenMJ,BlasicJR,BussjaegerL,犲狋犪犾.Evaluationofextractionmethodologiesforcornkernel(犣犲犪犿犪狔狊)DNAforde
tectionoftraceamountsofbiotechnologyderivedDNA[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2003,51(9):2468
2474.
[23] PeanoC,SamsonMC,PalmieriL,犲狋犪犾.QualitativeandquantitativeevaluationofthegenomicDNAextractedfromGMO
andnonGMOfoodstuffswithfourdifferentextractionmethods[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2004,
52(23):69626968.
[24] DiBernardoG,DelGaudioS,GalderisiU,犲狋犪犾.ComparativeevaluationofdifferentDNAextractionproceduresfromfood
samples[J].BiotechnolProg,2007,23(2):297301.
[25] 卢振宇,李明顺,谢传晓,等.玉米叶片DNA快速提取方法改进研究[J].玉米科学,2008,16(2):5053,55.
[26] 雷开荣,李明顺,李新海,等.一种玉米叶片基因组DNA快速提取新方法的初步研究[J].华北农学报,2006,21(2):
1012.
[27] 柴建芳,刘旭,贾继增.一种适于PCR扩增的小麦基因组DNA快速提取法[J].植物遗传资源学报,2006,7(2):246248.
犗狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅狀犿狌犾狋犻狆犾犲狓犘犆犚犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿狅犳犛犛犚犿犪狉犽犲狉犳狅狉
犪狌狋犺犲狀狋犻犮犻狋狔犪狀犱狆狌狉犻狋狔犻犱犲狀狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犿犪犻狕犲狏犪狉犻犲狋犻犲狊
CHANGHong1,3,WANGHanning1,2,ZHANGJinwen1,2,WANGWei1,
LUZequan1,LIYin1,WANGDi1,2
(1.AgronomyColege,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;2.GansuKey
LaboratoryofCropGeneticImproven&GermplasmEnhancement,Lanzhou730070,China;
3.GansuPlantSeedAdministrativeStation,Lanzhou730020,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:InordertoestablishastableandreliableidentificationofmaizeauthenticityandpurityoftheSSR
markers,geneticDNAextraction,SSRprimersandmultiplexPCRreactionprocedureswereoptimized.The
resultsshowedthatthehighpurityandgoodintegrityofDNAcouldbeobtainedusingabove75℃preheating
mortarand95℃of1.5×CTABextractionbuffertogrindmaterial.Redesignandoptimizetheprimersequence
usingthesoftwarePrimerPremier5.0andOligo6.72,eightsetsofmultiplexPCRamplifiedreactions,which
wasconsistingof21pairsofuniversalSSRprimersandathreestepprocedure,werewithuniformprocedures,
nointersectionamongtheamplifiedfragments,amplifiedbandsclearandstableamplificationresults.Thetes
tingefficiencyoftheamplificationsystemincreased2.6timeshigherthanasinglepairofprimersSSR.
犓犲狔狑狅狉犱狊:maize(犣犲犪犿犪狔狊);authenticity;purity;DNAextraction;SSRprimer;multiplexPCR
112第19卷第2期 草业学报2010年