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一种基于单核苷酸多态性的小麦分子条形码.pdf

  • 上传人:li****8
  • 文档编号:9093088
  • 上传时间:2021-02-05
  • 格式:PDF
  • 页数:64
  • 大小:15.15MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201510736738.9

    申请日:

    20151103

    公开号:

    CN105256044B

    公开日:

    20190122

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C12Q1/6895,C12N15/11

    主分类号:

    C12Q1/6895,C12N15/11

    申请人:

    中国农业科学院作物科学研究所

    发明人:

    高丽锋,孔秀英,贾继增

    地址:

    100081 北京市海淀区中关村南大街12号重大工程楼501室

    优先权:

    CN201510736738A

    专利代理机构:

    北京纪凯知识产权代理有限公司

    代理人:

    关畅;白艳

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    内容摘要

    本发明公开了一种基于单核苷酸多态性的小麦分子条形码。本发明提供了检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定小麦品种中的应用;本研究拟利用目前高通量SNP芯片,从中筛选出数量最小、分辨率最强的一套SNP标记作为条形码,提高小麦育种和科研对小麦资源的利用效率。

    权利要求书

    1.检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定小麦品种中的应用;或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定小麦品种的试剂盒中的应用;所述43个SNP位点为如下:IWA530、IWA2783、IWA5405、IWA5186、IWA4153、IWA4154、IWA4155、IWA4031、IWA695、IWA4525、IWA4884、IWA2938、IWA2442、IWA4323、IWA2961、IWA5285、IWA5106、IWA2037、IWA8303、IWA662、IWA5618、IWA6279、IWA3710、IWA2124、IWA3835、IWA3011、IWA1691、IWA4854、IWA5375、IWA4805、IWA5326、IWA1755、IWA2698、IWA6526、IWA7177、IWA224、IWA8380、IWA3312、IWA2476、IWA2506、IWA4187、IWA1437和IWA304;所述SNP位点IWA530为序列1第51位核苷酸;所述SNP位点IWA2783为序列2第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5405为序列3第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5186为序列4第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4153为序列5第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4154为序列6第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4155为序列7第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4031为序列8第43位核苷酸;所述SNP位点IWA695为序列9第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4525为序列10第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4884为序列11第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2938为序列12第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2442为序列13第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4323为序列14第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2961为序列15第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5285为序列16第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5106为序列17第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2037为序列18第101位核苷酸;所述SNP位点IWA8303为序列19第26位核苷酸;所述SNP位点IWA662为序列20第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5618为序列21第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6279为序列22第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3710为序列23第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2124为序列24第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3835为序列25第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3011为序列26第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1691为序列27第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4854为序列28第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5375为序列29第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4805为序列30第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5326为序列31第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1755为序列32第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2698为序列33第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6526为序列34第101位核苷酸;所述SNP位点IWA7177为序列35第101位核苷酸;所述SNP位点IWA224为序列36第61位核苷酸;所述SNP位点IWA8380为序列37第51位核苷酸;所述SNP位点IWA3312为序列38第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2476为序列39第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2506为序列40第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4187为序列41第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1437为序列42第101位核苷酸;所述SNP位点IWA304为序列43第61位核苷酸。 2.检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在区分或辅助区分小麦品种中的应用;或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备区分或辅助区分小麦品种产品中的应用;所述43个SNP位点为如下:IWA530、IWA2783、IWA5405、IWA5186、IWA4153、IWA4154、IWA4155、IWA4031、IWA695、IWA4525、IWA4884、IWA2938、IWA2442、IWA4323、IWA2961、IWA5285、IWA5106、IWA2037、IWA8303、IWA662、IWA5618、IWA6279、IWA3710、IWA2124、IWA3835、IWA3011、IWA1691、IWA4854、IWA5375、IWA4805、IWA5326、IWA1755、IWA2698、IWA6526、IWA7177、IWA224、IWA8380、IWA3312、IWA2476、IWA2506、IWA4187、IWA1437和IWA304;所述SNP位点IWA530为序列1第51位核苷酸;所述SNP位点IWA2783为序列2第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5405为序列3第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5186为序列4第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4153为序列5第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4154为序列6第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4155为序列7第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4031为序列8第43位核苷酸;所述SNP位点IWA695为序列9第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4525为序列10第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4884为序列11第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2938为序列12第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2442为序列13第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4323为序列14第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2961为序列15第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5285为序列16第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5106为序列17第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2037为序列18第101位核苷酸;所述SNP位点IWA8303为序列19第26位核苷酸;所述SNP位点IWA662为序列20第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5618为序列21第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6279为序列22第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3710为序列23第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2124为序列24第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3835为序列25第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3011为序列26第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1691为序列27第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4854为序列28第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5375为序列29第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4805为序列30第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5326为序列31第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1755为序列32第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2698为序列33第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6526为序列34第101位核苷酸;所述SNP位点IWA7177为序列35第101位核苷酸;所述SNP位点IWA224为序列36第61位核苷酸;所述SNP位点IWA8380为序列37第51位核苷酸;所述SNP位点IWA3312为序列38第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2476为序列39第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2506为序列40第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4187为序列41第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1437为序列42第101位核苷酸;所述SNP位点IWA304为序列43第61位核苷酸。 3.检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在小麦品种分类中的应用;或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备小麦品种分类产品中的应用;所述43个SNP位点为如下:IWA530、IWA2783、IWA5405、IWA5186、IWA4153、IWA4154、IWA4155、IWA4031、IWA695、IWA4525、IWA4884、IWA2938、IWA2442、IWA4323、IWA2961、IWA5285、IWA5106、IWA2037、IWA8303、IWA662、IWA5618、IWA6279、IWA3710、IWA2124、IWA3835、IWA3011、IWA1691、IWA4854、IWA5375、IWA4805、IWA5326、IWA1755、IWA2698、IWA6526、IWA7177、IWA224、IWA8380、IWA3312、IWA2476、IWA2506、IWA4187、IWA1437和IWA304;所述SNP位点IWA530为序列1第51位核苷酸;所述SNP位点IWA2783为序列2第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5405为序列3第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5186为序列4第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4153为序列5第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4154为序列6第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4155为序列7第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4031为序列8第43位核苷酸;所述SNP位点IWA695为序列9第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4525为序列10第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4884为序列11第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2938为序列12第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2442为序列13第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4323为序列14第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2961为序列15第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5285为序列16第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5106为序列17第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2037为序列18第101位核苷酸;所述SNP位点IWA8303为序列19第26位核苷酸;所述SNP位点IWA662为序列20第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5618为序列21第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6279为序列22第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3710为序列23第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2124为序列24第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3835为序列25第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3011为序列26第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1691为序列27第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4854为序列28第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5375为序列29第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4805为序列30第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5326为序列31第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1755为序列32第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2698为序列33第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6526为序列34第101位核苷酸;所述SNP位点IWA7177为序列35第101位核苷酸;所述SNP位点IWA224为序列36第61位核苷酸;所述SNP位点IWA8380为序列37第51位核苷酸;所述SNP位点IWA3312为序列38第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2476为序列39第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2506为序列40第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4187为序列41第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1437为序列42第101位核苷酸;所述SNP位点IWA304为序列43第61位核苷酸。 4.一种对多个待测小麦进行品种分类的方法,包括如下步骤:分别检测多个待测小麦基因组所述43个SNP位点基因型,根据所述多个待测小麦43个SNP位点基因型是否相同,确定所述多个待测小麦中哪些属于一类;所述43个SNP位点为如下:IWA530、IWA2783、IWA5405、IWA5186、IWA4153、IWA4154、IWA4155、IWA4031、IWA695、IWA4525、IWA4884、IWA2938、IWA2442、IWA4323、IWA2961、IWA5285、IWA5106、IWA2037、IWA8303、IWA662、IWA5618、IWA6279、IWA3710、IWA2124、IWA3835、IWA3011、IWA1691、IWA4854、IWA5375、IWA4805、IWA5326、IWA1755、IWA2698、IWA6526、IWA7177、IWA224、IWA8380、IWA3312、IWA2476、IWA2506、IWA4187、IWA1437和IWA304;所述SNP位点IWA530为序列1第51位核苷酸;所述SNP位点IWA2783为序列2第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5405为序列3第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5186为序列4第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4153为序列5第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4154为序列6第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4155为序列7第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4031为序列8第43位核苷酸;所述SNP位点IWA695为序列9第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4525为序列10第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4884为序列11第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2938为序列12第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2442为序列13第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4323为序列14第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2961为序列15第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5285为序列16第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5106为序列17第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2037为序列18第101位核苷酸;所述SNP位点IWA8303为序列19第26位核苷酸;所述SNP位点IWA662为序列20第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5618为序列21第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6279为序列22第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3710为序列23第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2124为序列24第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3835为序列25第101位核苷酸;所述SNP位点IWA3011为序列26第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1691为序列27第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4854为序列28第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5375为序列29第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4805为序列30第101位核苷酸;所述SNP位点IWA5326为序列31第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1755为序列32第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2698为序列33第101位核苷酸;所述SNP位点IWA6526为序列34第101位核苷酸;所述SNP位点IWA7177为序列35第101位核苷酸;所述SNP位点IWA224为序列36第61位核苷酸;所述SNP位点IWA8380为序列37第51位核苷酸;所述SNP位点IWA3312为序列38第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2476为序列39第101位核苷酸;所述SNP位点IWA2506为序列40第101位核苷酸;所述SNP位点IWA4187为序列41第101位核苷酸;所述SNP位点IWA1437为序列42第101位核苷酸;所述SNP位点IWA304为序列43第61位核苷酸。

    说明书

    技术领域

    本发明涉及生物技术领域,尤其涉及一种基于单核苷酸多态性的小麦分子条形码。

    背景技术

    DNA指纹图谱技术已经被广泛用于作物材料鉴定、分析和品种保护(Wang 2006).作为DNA指纹图谱的分子标记经历了三个阶段:第一代分子标记是限制性片段长度多态性(RFLP),但其操作复杂、多态性低和花费高,利用时间较短(Grover&Sharma 2015);第二代分子标记是简单序列重复(SSR),其操作相对简单、多态性较高和成本较低,因此被广泛应用于作物遗传研究(Wu&Tanksley 1993;Brunel 1994;al.1998);SNP是第三代分子标记,随着下一代测序技术的发展和全基因组测序成本逐步降低,许多重要作物全基因组测序完成,产生了大量的SNP数据并据此开发了SNP芯片(Cavanagh et al.2013;Chen et al.2014;Mondenet al.201;Unterseeret al.2014;Wang et al.2014;Hulse-Kemp et al.2015;Lee et al.2015;)。SNP芯片操作流程标准化,不同实验室间产生的数据具有可比性。理论上讲,芯片上布列的SNP点在染色体或基因组上的位置是唯一的,从而在很大程度上避免了多拷贝数基因SNP带来的分型困扰。这点对于普通小麦这样的多倍体物种尤其重要。近年来,已经陆续有几款小麦SNP芯片产品,如illumina公司推出的9K、90K SNP芯片和Affymetrix公司推出的35K、817K和660K SNP芯片。这些小麦SNP芯片已经用于小麦群体结构、遗传变异、选择进化与全基因组关联分析(Cavanagh et al.2013;Fariset al.2014;Wang et al.2014;Zanke et al.,2015).

    发明内容

    本发明一个目的是提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质的用途。

    本发明提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在鉴定或辅助鉴定小麦品种中的应用;

    或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定小麦品种的试剂盒中的应用;

    所述43个SNP位点为如下:IWA530、IWA2783、IWA5405、IWA5186、IWA4153、IWA4154、IWA4155、IWA4031、IWA695、IWA4525、IWA4884、IWA2938、IWA2442、IWA4323、IWA2961、IWA5285、IWA5106、IWA2037、IWA8303、IWA662、IWA5618、IWA6279、IWA3710、IWA2124、IWA3835、IWA3011、IWA1691、IWA4854、IWA5375、IWA4805、IWA5326、IWA1755、IWA2698、IWA6526、IWA7177、IWA224、IWA8380、IWA3312、IWA2476、IWA2506、IWA4187、IWA1437和IWA304。

    上述应用中,鉴定或辅助鉴定小麦品种为鉴定或辅助鉴定待测小麦是否为表2和/或表3所示某个小麦品种,具体方法包括如下步骤:检测待测小麦品种基因组所述43个SNP位点基因型,将所述待测小麦品种43个SNP位点基因型与表2和/或表3所示每个小麦品种的43个SNP位点基因型进行比较,确定待测小麦是否为表2和/或表3所示某个小麦品种。

    本发明另一个目的是提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质的用途。

    本发明提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在区分或辅助区分小麦品种中的应用;

    或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备区分或辅助区分小麦品种产品中的应用。

    上述应用中,区分或辅助区分小麦品种为区分表2和/或表3所示至少两个品种,具体方法包括如下步骤:检测表2和/或表3所示至少两个品种基因组所述43个SNP位点基因型,比对所述两个品种43个SNP位点基因型,区分表2和/或表3所示至少两个品种。

    本发明第三个目的是提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质的用途。

    本发明提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在小麦品种分类中的应用;

    或检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质在制备小麦品种分类产品中的应用。

    上述应用中,

    所述SNP位点IWA530为序列1第51位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2783为序列2第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5405为序列3第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5186为序列4第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4153为序列5第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4154为序列6第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4155为序列7第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4031为序列8第43位核苷酸;

    所述SNP位点IWA695为序列9第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4525为序列10第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4884为序列11第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2938为序列12第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2442为序列13第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4323为序列14第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2961为序列15第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5285为序列16第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5106为序列17第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2037为序列18第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA8303为序列19第26位核苷酸;

    所述SNP位点IWA662为序列20第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5618为序列21第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA6279为序列22第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA3710为序列23第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2124为序列24第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA3835为序列25第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA3011为序列26第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA1691为序列27第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4854为序列28第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5375为序列29第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4805为序列30第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA5326为序列31第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA1755为序列32第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2698为序列33第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA6526为序列34第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA7177为序列35第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA224为序列36第61位核苷酸;

    所述SNP位点IWA8380为序列37第51位核苷酸;

    所述SNP位点IWA3312为序列38第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2476为序列39第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA2506为序列40第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA4187为序列41第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA1437为序列42第101位核苷酸;

    所述SNP位点IWA304为序列43第61位核苷酸。

    本发明第四个目的是提供一种对多个待测小麦进行品种分类的方法。

    本发明提供的方法,包括如下步骤:分别检测多个待测小麦基因组所述43个SNP位点基因型,根据所述多个待测小麦43个SNP位点基因型是否相同,确定所述多个待测小麦中哪些属于一类。

    上述多个待测小麦为至少2个待测小麦;

    上述待测小麦为表2所示的品种或表3所示的品种中任一个。

    本发明第五个目的是提供检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质。

    本发明提供的物质,为a)-c)中的任一种产品:

    a)鉴定或辅助鉴定小麦品种的产品;

    b)区分或辅助区分小麦品种;

    c)小麦品种分类产品。

    上述检测小麦基因组中43个SNP位点的多态性或基因型的物质包括InfiniumBeadchip平台和扫描Illumina wheat 9K Infinium Assay芯片。

    上述小麦为表2所示的品种或表3所示的品种中任一个。

    本发明的实验证明,本发明发现了43个SNP位点,其可用于鉴定、区分或分类表2和/或表3所示的品种,提高小麦育种和科研对小麦资源的利用效率。

    附图说明

    图1为小麦SNP条形码筛选流程。

    图2为43个SNP条形码在染色体上的分布。

    图3为43个SNP条形码标记连锁不平衡(LD)图谱。

    图4为表2的UPGMA树状图显示43个SNP条形码高分辨率。

    图5为43个SNP条形码分辨普通小麦的二维码。

    具体实施方式

    下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。

    下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。

    实施例1、SNP位点的筛选

    本实施例用的小麦由表2所示的429份普通小麦组成,这些小麦包括地方品种和现代育成品种,从上世纪30年代起广泛种植于我国小麦栽培区域。这些材料携带重要农艺性状基因,例如抗条锈病、纹枯病或赤霉病基因,抗旱、耐湿耐盐碱基因、优质、大粒、大穗、矮秆基因等等优异性状。除此之外,一些材料作为骨干亲本,育成了一批小麦品种。第一套材料用于筛选SNP条形码。

    1、SNP标记筛选

    1)提取DNA

    所有表2所示的供试材料挑选饱满籽粒,于室温发芽,待幼苗生长一周后,用DNA提取试剂盒(CN.DP321北京天根生物技术公司),按照操作说明,提取幼苗DNA。

    2)基因型检测

    DNA样品经过质量检测合格后(1.8<OD260/280<2.0),利用Infinium Beadchip平台,扫描Illumina wheat 9K Infinium iSelect SNP Assay((Illumina,San Diego,CA,Cavanagh et al.2013)芯片,检测这些材料基因型。

    在分析9K SNP芯片时,为了验证基因型分型结果的正确性,对小麦品种偃展1号材料人为设计重复1次。在基因型数据整理时,首先将偃展1号两个重复中基因型不一致的SNP全部被删除。然后,从那些具有典型的AA、AB、BB三种基因型模式的SNP位点中(其中AA、BB为纯合基因型,AB为杂合基因型),只保留典型的二态SNP,因为二态SNP是单核苷酸多态性标记最常见类型并根据Cavanagh等(2013)的方法校正原始数据。经过上述最初过滤后,在第一套材料429份小麦品种中保留了3489个有效SNP位点,这些SNP将被用于SNP条形码筛选。

    基于429份材料的SNP条形码筛选流程见图1。首先,利用PowerMarker软件,分析3489个SNP的特征,将单态或缺失数据超过10%的SNP位点删除,然后计算剩余SNP位点的PIC值,保留50个PIC值最高的SNP位点。然后,利用这50个SNP位点429份材料的基因型,用UPGMA方法构建树状图,以检测这些SNP标记对材料的分辨率。结果显示,虽然选择PIC值最高的SNP标记,但是一些材料还是无法区分开。其中,364份材料(84.8%)可以明显相互区分开。其余15%的材料由于亲缘关系近而无法区分。例如,扬麦5号来自阿夫系选,而良星66和良星99具有共同的亲本供体济91102。

    之后,根据上述UPGMA树状图给出的无法区分的材料,单独将这些材料两两比较,筛选可以区别亲缘关系很近材料的SNP标记,加入之前50个SNP位点中,同时逐步删减非材料甄别特异标记,每次删减SNP位点后都用UPGMA树状图查看保留SNP位点的分辨率。最终,筛选出43个SNP位点(表1),且这43个SNP位点能够表2所示的429份普通小麦完全区分开(表2和图4)。充分表明43个SNP标记的有效性,每份材料都有其唯一的特意的指纹图谱,从而有别于其他材料(图3)。429份小麦材料中,绵麦1403和绵麦23遗传距离最近(0.023),农大311与泰山4号遗传距离最远(1.6818)。UPGMA树状图显示43个SNP条形码高分辨率,而429份材料的指纹图谱显示这些种质蕴含的丰富的遗传多样性。每份材料43个SNP条形码指纹图谱转化成二维码,便于用手机扫描(图5)。

    表1为43SNP条形码信息及其在第一套材料中的多态性

    a SNP编号,染色体位置信息,SNP类型及I型和II型变化来自文献Cavanagh等(2013)和Wang等(2014);

    b PIC,polymorphism information content多态信息含量;MAF,minor allele frequency最小等位基因频率

    二、SNP条形码特征

    筛选出的表1所示的43个SNP条形码位点分布在普通小麦21条染色体上(图2,每条线代表一个SNP位点,根据最小等位基因频率不同而颜色标注不同,染色体长度(CentiMorgan,cM)标尺在图左侧),染色体1B和3B标记相对较多(表1)。分析发现,这些SNP位点间相对独立,平均LD值较低(R2=0.1),但是,染色体1B和3B上各2个SNP位点表现为高度连锁遗传(R2=0.9,图3)。43个SNP位点中,34个SNP为转换类型(A/G或T/C),9个为颠换(A/C或T/G),其中18个SNP位点为同义突变,13个SNP导致编码的氨基酸突变(表1)。

    43个SNP条形码在429份材料中,最小等位基因频率(MAF)为8%到50%,平均为37%;多态性水平(PIC)在0.14至0.38之间,平均为0.34,与原始3489个SNP位点平均多态性相比(PIC=0.29),43个SNP条形码的多态性并未降低,而且升高了17%(表1)。因此,根据MAF和PIC值可以认为,筛选出的43个SNP条形码代表了丰富的变异。

    因此,可以看出,表2所示的43个SNP位点可以用来鉴定或区分表2所示的429份小麦,每个小麦的43个SNP位点均不完全相同,可以作为鉴定小麦的SNP条形码。

    实施例2、43个SNP位点在区分小麦品种中的应用

    第二套材料由第一套材料中随机选择193份普通小麦和96对野生二粒(Triticum dicoccoides)与粗山羊草(Aegilops tauschii)的混合DNA样品组成(表3)。

    1、提取DNA

    所有供试材料挑选饱满籽粒,于室温发芽,待幼苗生长一周(普通小麦和野生二粒小麦)和两周后(粗山羊草),用DNA提取试剂盒(CN.DP321北京天根生物技术公司,),按照操作说明,提取幼苗DNA。

    2、基因型检测

    DNA样品经过质量检测合格后(1.8<OD260/280<2.0),利用Infinium Beadchip平台,扫描Illumina wheat 90K Infinium Assay(Cavanagh et al.2013)芯片,检测这些材料基因型。产生的数据用GenomeStudio v2011.1软件(Illumina)分析。如前所述,尽管理论上每个SNP位点在染色体上位置应该是唯一的,但是普通小麦是异源六倍体,有A、B、D三个基因组,另外由于有些基因是基因家族,序列相似性很高,因此,不可避免地,部分同源基因或直向同源基因会造成SNP位点在染色体上位置不唯一,从而影响材料分型结果的准确性。因此,在GenomeStudio v2011.1软件自动分型的基础上,需要人工调整每个SNP位点的分型模式,以确保结果准确性。

    用Powermarker v3.25(Liu&Muse 2002)软件分析每个SNP位点基因频率(最小等位基因频率,minor allele frequency,MAF)和多态性指数(PIC,polymorphism information content)。为了了解筛选出的SNP条形码相互间关系,利用Powermarker和Tassel 3.0(Bradbury et al.2007)软件估计标记间连锁关系,计算连锁不平衡值.利用筛选出的SNP条形码标记,对所分析材料基于Nei氏(1972)遗传距离方法、采用UPGMA法构建树状图,树状图用Powermarker软件生成,Mega 5(Tamura et al.2011)软件浏览。

    结果如图4和表3所示,43个SNP位点不仅能区分普通小麦,而且可以鉴别不同倍性的小麦材料。普通小麦是六倍体,而野生二粒小麦Triticum dicoccoides为四倍体,粗山羊草Aegilops tauschii为二倍体,后二者为普通小麦祖先种。由图4和表3可以看出,193份普通小麦中的190份完全能与其祖先种区分开,其余3份为美国小麦胜利麦(Triumph,212)、甘肃96(129)和XJ1(新疆小麦,263)。进一步证实了43个SNP条形码不仅可以用作普通小麦新品种保护和鉴别,而且可以用于新材料分类。

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    一种 基于 核苷酸 多态性 小麦 分子 条形码
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