全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(11): 2015−2021 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100104和 2007AA10Z193)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 朱延明, E-mail: ymzhu2001@yahoo.com.cn; Tel: 0451-55190734
第一作者联系方式: E-mail: syjun2003@126.com
Received(收稿日期): 2009-03-26; Accepted(接受日期): 2009-05-05.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.02015
基于基因重测序信息的大豆基因靶向 CAPS标记开发
束永俊 李 勇 柏 锡 才 华 纪 巍 朱延明*
东北农业大学生命科学学院, 黑龙江哈尔滨 150030
摘 要: 为了开发大豆基因靶向的功能分子标记, 本研究采用生物信息学方法分析了大豆基因重测序数据, 筛选出
酶切位点突变的 SNP位点, 设计 PCR引物 163对, 选用东北地区主栽品种绥农 14的 DNA为模板进行 PCR扩增, 其
中 139对引物获得大小为 400~1 200 bp的特异片段。以大豆绥农 14、合丰 25、Acher、Evans、Peking、PI209332、
固新野生大豆、科丰 1 号和南农 1138-2 的 DNA 为模板, 采用筛选的 139 对引物进行 PCR 扩增, 对扩增产物进行酶
切分析, 发现 73对引物的 PCR产物具有酶切多态性, 开发出CAPS标记 73个。通过功能注释分析发现, 这 73个CAPS
标记靶向的基因主要参与细胞内亚细胞定位过程、蛋白质的结合与催化以及代谢过程等, 与大豆重要农艺性状的形
成相关, 可以用于大豆品种的鉴定和分子系统进化的研究。
关键词: 大豆; 重测序数据; 单核苷酸多态性; 酶切扩增多态性序列; 基因靶向功能标记
Development of Soybean Gene-Driven Functional CAPS Markers Based on
Gene Resequencing
SHU Yong-Jun, LI Yong, BAI Xi, CAI Hua, JI Wei, and ZHU Yan-Ming*
College of Life Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
Abstract: Single nucleotide polymorphism (SNP) is a kind of important molecular markers due to its high density and codomi-
nance. A quantity of resequencing information in the public database makes it possible to develop SNP markers by bioinformatics
technique. Cleaved amplified polymorphism sequences (CAPSs), also known as PCR-RFLP markers, can converts the mapped
RFLP markers to PCR-based markers, and has been widely used in genotyping, map-based cloning, and molecular identification.
To date, although more than 1 800 markers have been integrated to a soybean (Glycine max) genome map, the marker density
cannot meet the requirements of genetic and breeding studies. To develop more applicable markers for the genetic linkage map of
soybean, this study focused on developing gene-driven functional markers by means of using bioinformatics technique. A total of
163 pairs of primer were designed to detect SNPs, of which 139 pairs amplified single band in Suinong 14 genome with sequence
length ranging from 400 to 1 200 bp. These primer pairs were further used for PCR amplification using the templates of genomic
DNA from nine soybean varieties, i.e., Suinong 14, Hefeng 25, Acher, Evans, Peking, PI209332, Guxin wild soybean, Kefeng 1,
and Nannong 1138-2. The PCR amplicons were digested with different restriction endonucleases, and 73 amplicons showed
polymorphism among the nine varieties after digestion. Accordingly, 73 gene-specific CAPS markers were developed. According
to Blast against the Arabidopsis proteins, the 73 CAPSs were classified into genes involved in subcellular localization, protein
binding or catalyzing, metabolic process and cell rescue, defense and disease resistance, and so on. Most of these functions are in
connection with important agronomic characteristics. Therefore, they have potential for marker-assisted selection in breeding pro-
grams of soybean. These newly developed CAPS markers are also valuable in studies on involution and genetic diversity of soy-
bean.
Keywords: Soybean; Resequencing data; SNP; CAPS; Gene-driven functional marker
大豆是世界上重要的经济与粮食作物, 是食用
油和植物蛋白的主要来源之一, 因此, 大豆重要性
状的遗传研究一直备受重视, 但是, 由于其基因组
复杂, 使大豆基因组学研究特别是遗传作图方面明
显落后于其他作物。随着分子生物学技术的发展 ,
大豆遗传图谱构建方面取得了一定的进展 [1-2]。
2016 作 物 学 报 第 35卷

Cergan 等发布了含有 1 849 个标记的大豆整合遗传
图谱[3-4], 然而对于大豆遗传育种研究来说, 这些标
记仍然是远远不够的, 如何加密遗传图谱, 开发与
基因功能相关的分子标记就成为大豆遗传学研究的
一个热点。
目前 , 在植物遗传育种中应用最广泛的就是
RFLP (restriction fragment length polymorphism)标记
和 SSR 标记。RFLP 标记由于需要大量的 DNA, 且
操作复杂, 逐渐被操作简单、基于 PCR的 SSR标记
所取代 , 广泛应用于植物遗传育种的研究。但是 ,
SSR 标记大都分布在基因组的非编码区, 在基因内
的发生频率极低, 不适合作基因靶向的功能分子标
记开发。SNP (single nucleotide polymorphisms, 单核
苷酸多态性)是指基因组范围内单个碱基的插入、缺
失、转换、颠换或小片段的突变等, 广泛分布于基
因组范围内, 无论是基因组的非编码区还是编码区
都有发生 , 变异来源丰富 , 标记潜在数量巨大 , 适
合用于开发基因相关的功能分子标记, 是理想的第
三代分子标记[5-6]。但是, 由于检测技术复杂, 成本
较高, 也无法大规模应用。
酶切扩增多态性序列 (cleaved amplified poly-
morphic sequence, CAPS), 又称 PCR-RFLP, 是一种
结合特异引物 PCR与限制性内切酶消化产生的分子
标记技术, 具有共显性、位点特异性、操作简单和
成本低等特点, 广泛被用于植物基因的分型、定位、
图位克隆和分子鉴定等研究[7-10]。但是, 至今由于突
变的酶切位点发现得较少, CAPS标记难以被大规模
的开发应用。随着大豆基因组测序计划的进行, 研
究人员通过对一些基因组序列已知的位点在不同个
体间进行测序, 即重测序技术, 鉴定了大量的 SNP
位点[11-12], 其中相当一部分 SNP 位点都是酶切位点
突变, 这些 SNP 位点可以被高通量地转化成 CAPS
标记, 将该方法应用在拟南芥、水稻和大麦等植物
上已经取得了巨大的成功[13-15]。本研究分析了大豆
基因的重测序数据, 利用生物信息学方法筛选了酶
切位点突变的 SNP位点, 设计 PCR引物, 选择相应
的内切酶, 高通量地开发了大豆基因靶向的 CAPS
标记。
1 材料与方法
1.1 植物材料
大豆品种合丰 25、绥农 14、Acher、Evans、
Peking、PI209332 和固新野生大豆由中国农业科学
院作物科学研究所惠赠。大豆品种科丰 1 号和南农
1138-2由南京农业大学国家大豆改良中心惠赠。
1.2 基因组 DNA的提取
采集参试大豆品种的幼叶 100 mg, 于研钵中用
液氮速冻 , 迅速研磨。采用 CTAB 法提取叶片总
DNA, 保存于 50 μL 去离子水中, 并用分光光度计
进行浓度测定, 稀释至 50 ng μL−1。
1.3 引物设计
大豆 SNP 测序信息来自 http://bfgl.anri.barc.
usda.gov/cgi-bin/soybean, 利用 EMBOSS 程序包[16]
的程序 Restrict 分析 SNP 位点的酶切信息, 选择 14
种内切酶(EcoR I、Dra I、Asu II、BamH I、EcoR V、
Hind III、Mlu I、Pst I、Pvu I、Pvu II、Sal I、Vsp I、
Xba I和 Xho I)的参数, 筛选突变引起酶切位点改变
的 SNP位点。利用 Primer3[17]在含有 SNP的酶切位
点两端设计引物, 引物设计的标准是 Tm 值为 58 , ℃
引物长度为 20~26 bp。
1.4 PCR扩增
以 9 个品种的大豆基因组 DNA 为模板, 25 μL
体系含 2.5 mmol L−1 MgCl2、1 U Taq酶、800 μmol L−1
dNTP、0.2 μmol L−1引物、模板 DNA 50 ng。采用降
落 PCR (touchdown PCR, TD-PCR)进行扩增, 程序
为 94℃预变性 10 min, 94℃变性 30 s, 65℃退火 30 s,
每循环降低 0.5 , 72℃ ℃延伸 40 s, 30个循环; 94℃变
性 30 s, 50℃退火 30 s, 72℃延伸 40 s, 10个循环;
72℃延伸 10 min。
1.5 酶切分析
按照 TaKaRa 的内切酶操作指南用限制性核酸
内切酶酶切 PCR产物, 酶切体系包括 0.3 μL限制酶
(10 U μL−1)、1 μL buffer、5.7 μL ddH2O、3 μL PCR
产物, 具体酶切体系和操作进行。酶切过夜, 采用
2%琼脂糖电泳酶切产物。
1.6 功能分析
从 Phytozome (http://www.phytozome.net/soybean)
下载大豆基因组的测序数据, TAIR (http://www.arabi
dopsis.org/)下载拟南芥的基因组数据和注释信息。提
取 CAPS 标记位点侧翼序列, 用 Blastn 比对大豆基
因组序列, 阈值为 1E−10, 确认大豆 CAPS标记靶向
的基因。提取标记靶向基因的蛋白质序列, 用 Blastp
比对拟南芥蛋白质序列, 提取相似性最高的序列注
释信息, 作为所开发的 CAPS标记的功能注释。
1.7 多态性信息指数(PIC)分析
参照 Nei等[18]的方法计算 CAPS标记的 PIC值,
第 11期 束永俊等: 基于基因重测序信息的大豆基因靶向 CAPS标记开发 2017


2=1
n
i
i
PIC p− ∑ , 其中 pi为等位基因 i的频率。
1.8 聚类分析
利用 NTSYS-pc Ver.2.02 中的 UPGMA (un-
weight pair-group method with arithmetic averages)程
序进行聚类分析, 构建遗传系统树。
2 结果与分析
2.1 CAPS分析
在酶切突变的位点两侧设计 PCR 引物 169 对,
以大豆品种绥农 14 的 DNA 为模板筛选这些引物。
能扩增出特异条带的引物有 139 对 , 引物有效性
为 85.28%, 扩增产物大小分布在 400~1 200 bp。使用
Primer3 设计的扩增引物, 扩增参数统一, 扩增条件
同一, 引物有效性达 85%以上, 说明引物设计和扩
增条件非常适宜。采用筛选的 139 对引物扩增 9 个
大豆品种 DNA, 得到 PCR 产物经酶切分析, 有 73
对引物的扩增产物表现出酶切多态性(图 1), 引物多
态性比率为 53.96%, 获得 CAPS 标记 73 个(表 1)。
根据获得的 CAPS标记的分型数据, 计算这些 CAPS
标记的 PIC 值, 发现它们的 PIC 值分布在 0.1975~
0.5926, PIC平均值为 0.4113, 比一般的 SSR标记的
PIC值低。
2.2 CAPS标记的功能分析
通过Blast对 73个CAPS标记进行功能注释, 对
这些注释的功能进行分类(图 2)。结果显示 , 这些
CAPS 标记靶向的基因主要参与细胞内亚细胞定位
过程(29/138, 21.01%)、蛋白质的结合和催化活性
(26/138, 18.84%)和代谢过程(21/138, 15.22%)。另外,
这些 CAPS 标记靶向的基因还参与一些特异的细胞



图 1 标记 NEAU-PBL-728、904、976和 1001在 9个大豆品种中的多态性分析
Fig. 1 Polymorphism analysis of markers NEAU-PBL-728, 904, 976, and 1001 in nine soybean varieties
A~D：NEAU-PBL-728、904、976和 1001的 PCR产物及其酶切产物分析; 1~9：基因组 DNA的 PCR产物; 10~18：PCR产物的酶切
产物, 内切酶信息见表 1; M：DL2000。
A–D: PCR amplicons and their digested products of the CAPS markers NEAU-PBL-728, 904, 976, and 1001, respectively; 1–9: PCR ampli-
cons; 10–18: digested products of PCR amplicons, and the enzymes information as given in Table 1; M: DNA molecular marker DL2000.

2018 作 物 学 报 第 35卷

表 1 CAPS标记引物及内切酶信息
Table 1 Summery information of CAPS primers and relative restrict enzymes
CAPS引物
CAPS primer pair
上游引物
Forward primer (5′−3′)
下游引物
Reserve primer (5′−3′)
内切酶
Restrict enzyme
NEAU-PBL-0516 GCGGTCTTTTCAGCAACAATCTCTC GGCAGGAGGAAGGTCGGACTCAC Pvu I
NEAU-PBL-0518 GGGTTGGCAAGGTCTTTATCATAC GCGTTGGTTCTGTGACTGAGAGTA Vsp I
NEAU-PBL-0527 GCGTTGCGACTCAGATAAGATGATA GGGGCTTGAAGAGATTGAAAAGAAG Vsp I
NEAU-PBL-0531 GCGTGCGTCCACAATCACCTTAAA GCGGAAGCAGTCTCTCACAAGAATC Xba I
NEAU-PBL-0533 GCGTTCTTTCTTCACAGACAGACTC CGGCGTGGCTCTTCCTCTACTTC BamH I
NEAU-PBL-0537 GGGAACAAAGGTCGGTACAGTAATC GCGTTGGGCTTAGCGAGAAAATA Pvu II
NEAU-PBL-0543 GCGACCCGAACAAGAACAAGTT GCGAGGATCTTCACATTCAATA Asu II
NEAU-PBL-0573 GTTTGCATCAGGGGGAATA AAGATTGCAGACTTCGGAGTTA Pst I
NEAU-PBL-0574 CCATTGCTAAGGTTTCCTGA AATGGCATCTATAGGGTTTGG Hind III
NEAU-PBL-0596 CTCTTCCAGTATTGTTCCCTTCTCAC GCGTCAAGGTTAATGCCAAGGT Vsp I
NEAU-PBL-0599 TCTGTCACAAGAGTTTCCCTACC TGAACAAATCTACGCCTCTTCAT Mlu I
NEAU-PBL-0601 TGCCCTATATCTATCACAGCAAG CCATGTGAACTCTACCCATTAAA Pvu II
NEAU-PBL-0604 GGAAATGAATGAATGATTGAGAA CACCCATGAAGAGATAATTGGTA Sal I
NEAU-PBL-0609 GTGTGGATAATAAGGTCACTCCA GCTGTTGAAATTTTGTTAAAACG Xho I
NEAU-PBL-0610 CTACATGGATACTCAGGCAAAAG CAACTGAACCATAATATGTACCACA Pst I
NEAU-PBL-0615 CTGCCCTGAAAGTAGAACACCTATT TGCAGCCTGTTATCAATTATCAAGC Xho I
NEAU-PBL-0617 TGTTTCAAGTAAAGCCGGGAATTTC GACGAGCTAGAAGATGAGGTAGGAT Sal I
NEAU-PBL-0624 TGCATAAATCCAATCCAGTGCTAGT GGCGGAGATACGAGGCTGTT Vsp I
NEAU-PBL-0635 GATTGTGGATTAAATGACCTTCA ACCAATTTCTTTCCATACCTTGT Aha III
NEAU-PBL-0652 ATCGCAGGTATCAACGTTCACAA GGTTGCTGTTATCAGTCGGGAAA Aha III
NEAU-PBL-0656 TTTTATTGCTTCTTGATTCCGTA TTACAAGCCAGGTAAATTTTCAA Pst I
NEAU-PBL-0679 TGTGCCAAATGCCAATATTGTCTG GGGAGGATCGGCAGGGAAC Aha III
NEAU-PBL-0684 TGAAACGGAGGGAGTACATAAACA CTACATTCAGCGGCATAATTCGTG Xba I
NEAU-PBL-0686 AGGTCTCACAAAACAATTTCGGTT TCTTCTTTTCTTTCTGTGGAGCCC Aha III
NEAU-PBL-0704 GGCCTTAGGTACGCAATATTCACA CCGCGATTCAGTATCTTGTGTCTC Xho I
NEAU-PBL-0707 CAACCATAGCCGCTATTGCCTT GTCCGCTTCAGCAGCACAC Vsp I
NEAU-PBL-0715 GCTAGCTCCTCACAGAACCAACT GGCACGAGAAGAAGCAAAGAAAGA Vsp I
NEAU-PBL-0725 AGCTCGAACTATACCACTGTTACC GCTTAGGAGAATAGAAGAGGAGC Vsp I
NEAU-PBL-0727 AAAGGTTGTTGGAGTCGTAGG AAGGAAGAATGTTTTGCGGT Hind III
NEAU-PBL-0728 AGTGGTAATCATTGGGAAACG TTCTTGAGATCCAATTGATGAAC Aha III
NEAU-PBL-0731 GGGCATTCCTTTCATACACA GATGAATATCTCTCTCCCTTCAAA Pst I
NEAU-PBL-0739 ATCCAAAGAAAGTTGCAGATTC AAAACCTCAAGGACCACTAAGAG Pst I
NEAU-PBL-0742 AAGCAACAAAATGACTACTTGGTC AAAAGCTATGAAAACAGCATCTG Pst I
NEAU-PBL-0745 ATTCAGCCAGATGGTTATATTCC ATTACAAATCAGCTCCTCAGACA BamH I
NEAU-PBL-0749 CACTAACAATAAAACGGCAAAAG TACAATTCTGCTTCAAGACCTTC Aha III
NEAU-PBL-0752 TGCTAAACTTGGCAATATGACTT TACAACAGTATCAACAAATGGCA Aha III
NEAU-PBL-0759 ACTCTTCTTCCATTTCAGTCCTC GGAGATCCCACATCAACTAGTG EcoR I
NEAU-PBL-0769 TTAAAACGAGGTTTAGACGCTG AGCCAGTATCACAAACAAGTCAT Pst I
NEAU-PBL-0772 CAGTTCGTTTTACAATTTACATATCC GAGTGTATGTGGGTGTGGTATTT Aha III
NEAU-PBL-0785 GTGAAGTCTGAGAAGCAAATTTCGG GGGAAGACCAAAGAAAGTGGAGATG Vsp I
NEAU-PBL-0786 CCAGTTTAACATGGAATCTGAAATAC GCACGAGAAGAGGAGCTAGAA Mlu I
NEAU-PBL-0789 CCACGCATAAAATAAACTATGGCATT ACAAGTCTTTGGTTAAGCTAGGTTTC Aha III
NEAU-PBL-0801 GAAGAAGAGCAAACCTGACTTG AGCTTGAGGAGCAGGTACATTA Aha III
NEAU-PBL-0803 GCTTCTGTGAGTCAACCCTTAC ACAGGGCCTAGGTTGTTTTC Xba I
第 11期 束永俊等: 基于基因重测序信息的大豆基因靶向 CAPS标记开发 2019


(续表 1)
CAPS引物
CAPS primer pair
上游引物
Forward primer
下游引物
Reserve primer
内切酶
Restrict enzyme
NEAU-PBL-0806 ATCGTATTCTAGCTCTGCAGGT TAGCAACCTTGTTACCACTTCC Aha III
NEAU-PBL-0811 TCCCTTTCTCCCTACGTAAACT CATAGTCGTGGTCATTCTTCTG Vsp I
NEAU-PBL-0817 CACCAGAGCCAATCTAAAAGTC GATGAGGGTGTTCTTATCGTTG Vsp I
NEAU-PBL-0850 CTTCTCACGCTGTGTCTTCAAT GTTGAGGGAAGCTTACAAGAAG EcoR V
NEAU-PBL-0853 GGCAGGTATGTCAGTAATGGAT TAGTATTCACAGCAACTGCCAC Pst I
NEAU-PBL-0877 CATCAACAGTCAGGTAGCCATA CCCTGCTTCTCTCATTCTCA Pvu II
NEAU-PBL-0884 GGGTATGTTAGGAAGAAAAGGG ACCAAGATGCATTGAGGTACAC Pst I
NEAU-PBL-0904 AGGTTGTTGCTATCCTTAGCCT GGGTTCACCCTCTTATGTATCA Vsp I
NEAU-PBL-0906 AGTTGTGTCTTGGTGACTGGTT CAGGTTCGATTGTGATAGAGGT Hind III
NEAU-PBL-0907 AGTTGTGTCTTGGTGACTGGTT CAGGTTCGATTGTGATAGAGGT Xba I
NEAU-PBL-0910 TATCCTCCTTGTACTGCATGTG ATCTCCTTGTGCACTCTCAGAC Aha III
NEAU-PBL-0920 CATAACAGGAAGACCACTGGAT GGGCTGGAACATTATCACTACT Aha III
NEAU-PBL-0933 GAAAGCACCCTATGACCCTTAT GCTCTATCACTGCTGTCAATCA Aha III
NEAU-PBL-0941 GCTAAGAATACGTGGGACTTTG CAGCAGTAAGTGTGGGAGTTTT Aha III
NEAU-PBL-0948 CTTCCTGAGGCATGTCACTTAT TAGACTGGCAATTGAGTGCTAC Vsp I
NEAU-PBL-0949 ATAAAGCTGTGTCACCTCCACT TCAGCAGAACTCAACCTCAGTA Aha III
NEAU-PBL-0954 AGGGAGCAAGTAGGATAATTGG CTGAGTCCTCCAAAAACAGAAC Sal I
NEAU-PBL-0961 TTAAGGGCCTCTATGAACTCCT GGTACCCTTCTTCTGTTCTTCA Aha III
NEAU-PBL-0968 ATGGGGAGAGCACTTCATACTA AGACGGTAGAAGGGAGAAAGAT Xba I
NEAU-PBL-0971 AGTCTTCTGAACATAAGCTCGC AAGCAAGATAGGTCCATTCTCC EcoR I
NEAU-PBL-0976 CTTGAGTTTCAGTGCCTTTCTC ACTCAGTTGTGAATACTGGGCT Vsp I
NEAU-PBL-0993 AGGGAGCAAGTAGGATAATTGG CTGAGTCCTCCAAAAACAGAAC Sal I
NEAU-PBL-0996 TATCTGACCTGGCTTCTCTTTC GTTGGGAAAACCCTATAACTCC Aha III
NEAU-PBL-1001 CACACCACATTAGTTATGCACC CCCACTTGATATGTATGTCCCT Vsp I
NEAU-PBL-1009 CTTTTAGGACAAGCTCAGGATG CAGCAAACTAGGACTGAAAAGG Aha III
NEAU-PBL-1011 CTTTTCTCAATAAGCCCTCCTG AAGTGATCTCCCGAGTGTTAGA Aha III
NEAU-PBL-1016 CAAAGGTTGTCCTTGCACTT GCCTCTTCATCTGGTAATCTGA Vsp I
NEAU-PBL-1024 CTTGGGCGAGAGCTTATATTC CAGCAGCACCTTCTAACTCTTT Aha III
NEAU-PBL-1025 GTAGTCGTTCTAGGAGCCACAG GAAACTCAACCCTTACCTGACA Pst I



图 2 CAPS标记靶向基因的分子功能分析
Fig. 2 Molecular functional analysis of the genes containing CAPS markers

2020 作 物 学 报 第 35卷

过程, 如蛋白质合成、蛋白质折叠修饰、对外界刺
激的反应、信号转导、细胞修复和对病毒的防御等
过程, 表明这些 CAPS 标记靶向的基因广泛地影响
着大豆的各种农艺性状的形成。
2.3 大豆品种的进化分析
为了检验 CAPS 标记在大豆品种系统进化方面
的应用, 将 CAPS 位点的纯合显性、纯合隐性和杂
合 3种基因型分别记为 0、2、1, 运用 NTSYS-pc的
UPGMA构建 9个大豆品种的系统进化树(图 3)。当
阈值取 0.55时, 9个品种分为两类, 第一类包含合丰
25 和绥农 14, 它们有直系亲缘关系, 在进化树上距
离也是最近, 说明本研究开发的 CAPS 标记可用于大
豆亲缘进化关系的研究; 第二类是由科丰 1号、Peking
和 PI209332 组成, 它们都是具有很强抗性表型的品
种, 由此可见, 本研究开发的 CAPS 标记可以用于
大豆性状的鉴定和分类。



图 3 9个大豆品种的亲缘关系聚类图
Fig. 3 Clustering of nine soybean varieties with UPGMA based
on CAPS markers
3 讨论
3.1 CAPS标记的开发
随着基因组测序技术的发展, EST序列分析, 测
序芯片技术, 重要基因的重测序, 以及高通量测序
等技术的发展, 使得 SNP标记开发越来越容易, SNP
标记也越来越多, 但是 SNP 标记检测技术复杂, 限
制了它在植物遗传育种领域的应用。近些年也出现
了一些 SNP 多态性新技术, 如焦磷酸测序技术, 飞
行时间质谱(MALDI-TOF)等, 但是由于这些技术需
要昂贵的仪器, 且成本较高, 应用范围并不很大。而
由于 CAPS 标记技术操作简单, 成本低, 大多数植
物遗传育种领域检测 DNA多态性的首选技术。常规
的 CAPS标记开发方法主要是将 PCR产物用一组内
切酶进行酶切筛选, 直到发现具有多态性的酶, 这
需要检测很多内切酶, 所以整个开发过程的成本高,
且工作量大。而本研究所采用的基于大豆基因重测
序数据的 CAPS 标记开发, 直接利用网上公布的基
因重测序信息进行DNA多态性识别, 无需再进行基
因测序工作, 简化了标记开发过程, 大大缩短了标
记的开发时间, 降低了标记开发成本。同时, 通过生
物信息学方法分析基因上 SNP位点的信息、识别酶
切位点、直接选择相应的内切酶, 避免了优化内切
酶种类的工作 , 减少了 CAPS 标记开发的工作量 ,
减少了开发过程的内切酶用量, 明显节省标记的开
发时间和成本。综上所述, 基于基因重测序数据开
发基因靶向 CAPS标记的方法简便快捷、效率高, 节
约成本, 具有显著的优势和广阔的应用前景。
3.2 CAPS标记靶向基因的功能分析
近些年分子生物学研究的重心逐渐从结构基因
组学向功能基因组学转变, 而高等植物的分子标记
也由过去基于基因组 DNA随机开发的、位置不确定
的 DNA 标记, 如 RFLP 和 SSR, 向代表编码区序列
的分子标记以及具有相应功能的功能标记转变, 建
立高效的分子标记系统[19-20]。本研究开发的 CAPS
标记都是由基因上的 SNP 位点转化来的, 保留了
SNP 与目标基因直接连锁的特性, 具有基因靶向功
能 [21-22], 可以通过研究其靶向基因的功能, 推测这
些 CAPS 标记的功能。例如, 标记 NEAU-PBL-516
所在的基因编码一个锌指蛋白[zinc finger (AN1-like)
family protein], 该基因的表达受多种胁迫诱导, 因
而该标记可能与大豆抗逆性相关; 标记 NEAU-PBL-
904 靶向的基因编码一个 40S 核糖体蛋白亚基 S20
蛋白(40S ribosomal protein S20), 该基因是受病菌侵
入诱导表达的 , 说明该标记可能与大豆抗病性有
关。而利用这些 CAPS 标记进行大豆品种鉴定和进
化关系分析时发现, 标记 NEAU-PBL-516和 NEAU-
PBL-904 可以从 9 个大豆品种中鉴定出抗性很强的
品种科丰 1号、Peking和 PI209332(图 3), 初步证明
这两个标记与大豆抗逆性相关, 可以用于抗逆大豆
品种的选育。此外, 通过大豆品种间的进化分析发
现, 合丰 25和绥农 14之间的差异最小, 亲缘关系最
近, 这与育种情况相符, 说明本研究开发的 CAPS
标记可以用于大豆品种间亲缘进化分析。
4 结论
根据大豆基因的重测序数据, 高通量地将大豆
第 11期 束永俊等: 基于基因重测序信息的大豆基因靶向 CAPS标记开发 2021


SNP转化为 CAPS标记, 开发大豆基因靶向的 CAPS
标记 73个。这些 CAPS标记都位于编码基因上, 它
们靶向基因编码的蛋白质参与植物细胞内的各种代
谢和调控过程 , 影响大豆的各种农艺性状的形成 ;
且可区分具有亲缘关系和抗性的大豆品种, 可用于
大豆品种的鉴定和系统进化的研究。
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