全 文 :书多花黑麦草品种(系)间杂交及其
杂种后代犛犚犃犘遗传分析
季杨,张新全,马啸,初秀娟,李芳,蒙宇
(四川农业大学草业科学系,四川 雅安625014)
摘要:以多花黑麦草12个杂交组合的亲本与后代共70个材料,采用SRAP分子标记技术研究杂种与双亲之间的
扩增谱带多态性,以甄别真假杂种。结果表明,1)用10对引物组合共得到多态性条带101条,平均每对引物扩增
出10.1条多态带,多态性位点百分率为77.1%。表明供试材料在DNA水平上多态性较高,能够很好的揭示材料
间的差异,利用SRAP进行品种和杂种鉴定是可行的。2)所鉴定的62个后代中SRAP扩增电泳带型表现出同父、
同母、综合和不同于亲本的新带型等多种类型。结合多对引物综合分析所鉴定的62个后代中,有48个后代具有
父本的特征带,这48个后代可以鉴定为真杂种。
关键词:多花黑麦草;杂交育种;SRAP;杂种鉴定
中图分类号:S543+.503.51;Q943 文献标识码:A 文章编号:10045759(2009)04026006
多花黑麦草(犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿)又叫意大利黑麦草,属禾本科黑麦草属。多花黑麦草因其生长速度快,具
有产量高、适应性强、适口性好和营养价值丰富等特点在全国许多地区得到广泛地推广。目前,在我国南方各省
均有较大面积的栽培[1]。
多花黑麦草杂交选育与系统选育和引种相比,杂交育种更有利于综合双亲的优良性状,并缩短培育优良品种
的时间,刘明秀等[2]利用同工酶对双亲的初步研究证明了兼具亲本优良品质的杂种后代‘长江2号’多花黑麦草
(犔.犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿cv.ChangjiangNo.2)为阿伯得和赣选一号的杂交种。
DNA是生物的遗传物质,DNA的多态性是生物多样性的本质内容。目前,国内外许多学者都已经利用
DNA分子标记技术在草坪草及牧草[3~7]上进行了各种研究。其中相关序列扩增多态性(sequencerelatedampli
fiedpolymorphism,SRAP),又称为基于序列扩增多态性(sequencebasedamplifiedpolymorphism,SBAP)[8],是
Li和Quiros[9]在2001年创建的一种DNA分子标记技术。该技术是通过独特的引物设计对ORFs(openreading
frames,开放阅读框架)进行扩增。因个体不同以及物种的内含子、启动子与间隔长度不等而产生多态性。SRAP
技术具有简便稳定、产率高、便于克隆目标片段的特点[10],它克服了 RAPD(randomamplifiedpolymorphic
DNA)重复性差、SSR(simplesequencerepeats)位点较少、AFLP(amplifiedfragmentlengthpolymorphism)成本
高的缺点,其重复性和稳定性好,已被应用于图谱构建[9]、比较基因组学[11]和遗传多样性分析[12]。SRAP在草业
科学领域中的研究不多,Budak等[10]利用34对SRAP引物组合分析了53份野牛草(犅狌犮犺犾狅犱犪犮狋狔犾狅犻犱犲狊)基因
型之间的遗传多样性及表型关系。易杨杰等[13]和Zeng等[14]利用SRAP等分子标记对野生狗牙根(犆狔狀狅犱狅狀
犱犪犮狋狔犾狅狀)和鸭茅(犇犪犮狋狔犾犻狊犵犾狅犿犲狉犪狋犪)种植资源遗传多样性进行了深入研究。
本研究通过对我国西南地区主要的多花黑麦草品系间的杂交,旨在选育出具有双亲优势的新品系,进而选育
出具有优良的适应性、抗逆性品质的品种。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料为黑麦草属的8个亲本多花黑麦草品种所组成的12个杂交组合,每个组合所收的每粒种子又分别
种于不同的花盆中。亲本来源见表1,杂交组合及其后代见表2。
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ACTAPRATACULTURAESINICA
第18卷 第4期
Vol.18,No.4
收稿日期:20081013;改回日期:20081110
基金项目:科技部973项目(2007CB108907)和国家“十一五”牧草育种攻关项目(2006BAD01A199)资助。
作者简介:季杨(1983),男,四川崇州人,在读硕士。Email:jiyang221@163.com
通讯作者。Email:zhangxq@sicau.edu.cn
表1 亲本及其来源
犜犪犫犾犲1 犛狅狌狉犮犲狅犳狆犪狉犲狀狋狊
序号No. 试验编号Experimentnumbers 品种Species 材料来源 Materialsresource
1 YA0701 长江2号ChangjiangNo.2 四川农业大学SichuanAgriculturalUniversity
2 YA0702 特高 Tetrtagord 百绿集团Barenbrug
3 YA0703 杰威Splendor 百绿集团Barenbrug
4 YA0704 剑宝Jianbao 百绿集团Barenbrug
5 YA0705 沃土Barspectra 百绿集团Barenbrug
6 YA0706 燎原Liaoyuan 百绿集团Barenbrug
7 YA0707 邦德 Abundant 百绿集团Barenbrug
8 YA0708 海湾 Gulf 百绿集团Barenbrug
表2 杂交组合及其后代
犜犪犫犾犲2 犎狔犫狉犻犱犻狕犲犱犮狅犿犫犻狀犪狋犻狅狀犪狀犱狆狉狅犵犲狀犻犲狊
序号No. 组合 (♀×♂)Hybridizedcombination 后代Progenies
1 剑宝×沃土Jianbao×Barspectra 11,12,13,14,15
2 燎原×长江2号Liaoyuan×ChangjiangNo.2 21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211
3 剑宝×海湾Jianbao×Gulf 31,32,33,34,35,36,37,38,39
4 长江2号×剑宝ChangjiangNo.2×Jianbao 41,42,43,44,45,46,47
5 邦德×长江2号 Abundant×ChangjiangNo.2 51,52,53,54,55,56
6 长江2号×燎原ChangjiangNo.2×Liaoyuan 61,62,63,64,65,66,67
7 沃土×长江2号Barspectra×ChangjiangNo.2 71,72,73,74,75
8 燎原×剑宝Liaoyuan×Jianbao 81,82,83
9 燎原×杰威Liaoyuan×Splendor 91,92
10 长江2号×海湾ChangjiangNo.2×Gulf 101,102,103
11 剑宝×长江2号Jianbao×ChangjiangNo.2 111,112
12 燎原×邦德Liaoyuan×Abundant 121,122,123
1.2 DNA提取
分别选取不同品种单株多花黑麦草健康幼叶,用CTAB(cetyltrimethylammoniumbromide,十六烷基三甲
基溴化铵)法提取其基因组DNA,具体参照邹喻苹等[15]的方法。通过采用紫外分光光度检测法及1.8%琼脂糖
电泳检测DNA纯度和浓度,合格的DNA样品于4℃冰箱内保存备用。
1.3 SRAP反应体系的建立和优化
利用正交设计L16(44)与单因素相结合的方法[16],对 Mg2+浓度、dNTP、引物浓度、Taq酶浓度进行4因素4
水平的正交试验,并在ThermoHybaidPCR仪上进行引物最佳退火温度的筛选。
1.4 SRAPPCR反应
扩增反应体系为20μL,包括DNA3.5μL(40ng/μL),10×PCRBuffer2μL,Mg
2+ 2μL(25mmol/L),
dNTP1.6μL(2.5mmol/L),TaqDNA聚合酶0.2μL(5U/μL),上、下游引物均为0.7μL(10μmol/μL),灭菌
水补足20μL。
参照Li和Quiros[9]发表的引物,设计了11个引物序列(表3),引物由上海生工生物工程技术服务有限公司
合成。SRAP-PCR反应采用的是复性变温法,循环包括94℃变性5min;94℃变性1min,35℃复性1min,72℃
延伸1min,共5个循环;之后35个循环:94℃变性1min,50℃复性1min,72℃延伸1min,最后72℃延伸10
min;4℃保存。
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表3 用于多花黑麦草犛犚犃犘分析的引物序列
犜犪犫犾犲3 犘狉犻犿犲狉狊犲狇狌犲狀犮犲狊狌狊犲犱犻狀犛犚犃犘犪狀犪犾狔狊犲狊狅犳犔.犿狌犾狋犻犳狅狉狌犿
编号Code 正向引物Forwardprimer 编号Code 反向引物 Reverseprimer
Me2 5′TGAGTCCAAACCGGAGC3′ eM2 5′GACTGCGTACGAATTTGC3′
Me4 5′TGAGTCCAAACCGGACC3′ eM4 5′GACTGCGTACGAATTTGA3′
Me5 5′TGAGTCCAAACCGGAAG3′ eM7 5′GACTGCGTACGAATTCAA3′
Me6 5′TGAGTCCAAACCGGTAA3′ eM8 5′GACTGCGTACGAATTCTG3′
Me7 5′TGAGTCCAAACCGGTCC3′ eM10 5′GACTGCGTACGAATTCAG3′
eM11 5′GACTGCGTACGAATTCCA3′
1.5 电泳检测
在PCR扩增产物中加入1/6体积的LoadingBuffer,在1.8%琼脂糖凝胶(含EB)电泳分离,缓冲体系为0.5
×TBE,电压120V,时间约4h。用BIO-RAD公司的GelDoc1000型凝胶成像系统观察并照相记录。
2 结果与分析
2.1 供试材料SRAP扩增产物的多态性
用10对引物组合对70份多花黑麦草基因组
DNA进行SRAP扩增,共得到131.00条清晰可辨条
带。其中,多态性条带101.00条,多态性位点百分率
为77.09%,扩增的DNA片段大约集中在100~1500
bp。平均每对引物扩增出13.10条带,其中10.10条
具有多态性(表4),表明SRAP能检测出较多的遗传
位点,能获得多态性较好的PCR结果。
2.2 杂种后代的鉴定
根据杂交组合的亲本及其后代电泳谱带特征,对
杂交后代进行鉴定,并将后代分为如下2类:1)父本
与母本比较有特征带,且后代也具有父本特征带,则后
代为真杂种。2)父本与母本比较具有特征带,但后代
不具有该特征带,并与母本的电泳条带有差异,此类不
能确定其为自交种还是杂交种,需进一步分析。
2.2.1 有父本特征谱带的杂种后代 利用一对引物
对群体进行扩增时,会出现杂种后代的真实性鉴定多
种类型(图1),通过这一判断标准,利用10对引物对
表4 多花黑麦草犛犚犃犘标记的多态性
犜犪犫犾犲4 犃犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狉犲狊狌犾狋狊犳狉狅犿10狆狉犻犿犲狉犮狅犿犫犻狀犪狋犻狅狀
引物对
Primer
pairs
扩增总条带数
TotalNumber
ofbands
多态性条带数
Numberof
polymorphic
bands
多态性比率
Percentageof
polymorphic
bands(%)
Me2+eM2 14.00 11.00 78.57
Me2+eM4 13.00 9.00 69.23
Me4+eM8 15.00 12.00 80.00
Me5+eM7 12.00 9.00 75.00
Me5+eM8 12.00 10.00 83.33
Me5+eM11 11.00 8.00 72.72
Me6+eM2 12.00 9.00 75.00
Me7+eM8 13.00 10.00 76.92
Me6+eM10 15.00 12.00 80.00
Me7+eM2 14.00 11.00 78.57
总和Total 131.00 101.00
平均Average 13.10 10.10 77.09
群体进行扩增。具有父本特征带的后代共有48个,这些后代及其所具有的父本特征带的情况见表5。
利用SRAP鉴定结果表明,杂交后代在任何1对引物扩增后具有父本1条或多条特征带,均能证明杂种真实
性。由此判断这12个亲本组合共62个杂交种中有48个为真杂种。
2.2.2 无父本特征带的后代 杂种后代中12份(21,25,37,56,71,83,101,102,103,121,122和123)
F1材料属于无父本特征谱带的后代或父本特征谱带不明显;2份F1材料(91和92)属于父本相对于母本没有
特征带后代却有新的特征带。对于上述14份无父本特征带的杂种后代,在仅有1对引物的扩增下无法判断杂种
的真实性,需要结合多对引物相互补充。
3 讨论
在杂种的鉴定过程中发现,当一种引物的父本与母本相比较没有特征带时,另一种引物可能有;或者一种引
物的父本虽有特征带,但后代中不显示,而另一种引物的父本特征带中却有显示,所以利用多种引物进行杂种鉴
定,可以相互补充,结果更准确。
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表5 真杂种及具有的父本特征带
犜犪犫犾犲5 犜狉狌犲犺狔犫狉犻犱狊犪狀犱犻狋狊犿犪狉犽犲狉
编号CodeMe2+eM2 Me2+eM4 Me4+eM8 Me5+eM7 Me5+eM8 Me5+eM11 Me6+eM2 Me7+eM8 Me6+eM10 Me7+eM2
11 O O + + + O + + O +
12 O O O O O O O O O O
13 + O O O O O O + O +
14 O O + O + O + O O O
15 O O O + O + O O + O
21 + + + + + + + X + +
22 O O O O O O O - O O
23 O O O + O + O - + +
24 + + O O O O O - O O
25 + + + + + + + - + +
26 O O + + + + + - + +
27 + + O + O + O - + +
28 O O O + O + O - + +
29 O O O O O O O X O +
210 + + + O + O + - O +
211 O O O + O + O - + +
31 O O + O + O + - O O
32 + + + O + O + - O O
33 O + O O O + O - + +
34 O O + + + O + - O O
35 O O + + + O + X O +
43 O O - O O O O O - O
44 O O - O O O O O - O
46 + O - O + O O O - +
47 O O - O O O O O - O
51 O O + O O + O - X O
52 O O + O O + O - X O
53 O O + + O + O X - O
54 O O + + O + O - - O
55 O O + + O + O - - O
61 O + - O O X + O - O
62 O + - O O X + O - O
63 O + - + O X + + - O
64 + + - O + X + O - +
65 O + - O O X + O - O
66 O O - O O X O O - O
67 O O - O O X O O - O
72 + O O + + O O X O +
73 + O O O + O O - O +
74 + O O O + O O - O +
81 X O X O O O O O O X
82 X O X + O O O O O X
111 O O O O + X X O X O
注:“-”父本与母本比较没有特征带,子代也不具有;“X”父本与母本比较没有特征带,子代具有;“O”父本与母本比较有特征带,后代具有;
“+”父本与母本比较有特征带,后代不具有。
Note:“-”representthatmaleparentshaven’tmarkerbands,andporgenieshaven’ttoo;“X”representthatmaleparentshaven’tbutporgenies
havemarkerbands;“O”representthatporgenieshavemaleparents’markerbands;“+”representthatporgenieshaven’tmaleparents’marker
bands.
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图1 杂交组合1(犢犃0704×犢犃0705)的犛犚犃犘电泳图谱
犉犻犵.1 犛犚犃犘犪犿狆犾犻犳犻犪犫犾犲狊狆犲犮狋狉犪犾犫犪狀犱狊狅犳犺狔犫狉犻犱犮狅犿犫犻狀犪狋犻狅狀1
箭头所指为父本的特征带Arrowsindicatethemaleparent′smarkerbandsthatthefemaleparentshaven’t
在黑麦草属甚至其他植物方面至今还未见到利用SRAP分子标记鉴定杂种的报告,但在其他植物上已有大
量利用AFLP、SSR等分子标记鉴定杂种的文章,多以后代有无父本的特征型电泳带为鉴定标准,本研究也采用
了这个鉴定标准,本试验结果分析后代具有父母本均没有的“特征带”,也就是说这种“特征带”是因为双亲的杂交
而产生的,这在已明确后代为杂交种中被证实。因为本研究是杂种鉴定,所以就没有采取后一种鉴定,是否具有
父本均没有的特征带的后代也为真杂种,还有待于通过细胞学,并结合外部形态特征进行综合鉴定。
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JIYang,ZHANGXinquan,MAXiao,CHUXiujuan,LIFang,MENGYu
(DepartmentofGrassland,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Usingsequencerelatedamplifiedpolymorphism (SRAP)molecularmarkers,70samplescontaining
12annual犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿hybridcombinationsandtheirprogenieswereanalyzedtostudypolymorphism
andtodetecttrueorfalsehybridseeds.1)Tenprimerpairsproduced101polymorphicbands,averaging10.1
bandsperprimerpair.Theaveragepercentageofpolymorphicbandswas77.1%.Sampleshadrelativelyhigh
moleculargeneticpolymorphismssoitwasfeasibletoidentifytheparentsandhybrids.2)Electrophoretic
bandsofthe62hybridsidentifiedbySRAPwereconsistentwithresultsofdifferenthybridcombinations.Prog
enieswiththemarkerbandsofthemalebutnotthefemaleparentswerefoundin48progenywhichwerethere
foretruehybrids.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿;crossbreeding;SRAP;hybrididentification
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