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瓊脂糖與聚丙烯酰胺凝膠電泳在SSR鑒定 雜交油菜種子純度中的比較

2014-11-19 21:46:31
[導(dǎo)讀]​油菜雜種優(yōu)勢強(qiáng),增產(chǎn)效果顯著,優(yōu)良的油菜雜交組合一般可增產(chǎn)20%~30%,甚至更高。中國每年油菜種植面積在670hm2 以上,其中“雙低”雜交油菜普及率達(dá)60%以上。秦優(yōu)33是陜西省雜交油菜研究中心2008年國審的高油雙低化學(xué)殺雄油菜雜交品種

油菜雜種優(yōu)勢強(qiáng),增產(chǎn)效果顯著,優(yōu)良的油菜雜交組合一般可增產(chǎn)20%~30%,甚至更高。中國每年油菜種植面積在670hm2 以上,其中“雙低”雜交油菜普及率達(dá)60%以上。秦優(yōu)33是陜西省雜交油菜研究中心2008年國審的高油雙低化學(xué)殺雄油菜雜交品種,優(yōu)質(zhì)耐病,豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),綜合性狀良好,平均含油量48%左右,在高油產(chǎn)區(qū)含油量達(dá)50%以上。因此,油菜種子質(zhì)量的優(yōu)劣就顯得非常重要。為預(yù)防劣質(zhì)種子進(jìn)入市場給農(nóng)民造成經(jīng)濟(jì)損失,有必要且積極地研究建立準(zhǔn)確、快速及實(shí)用的雜交油菜種子純度檢測方法。通常進(jìn)行雜種純度鑒定的方法有3種:田間形態(tài)綜合標(biāo)記、室內(nèi)生化標(biāo)記及分子標(biāo)記。前兩種方法由于自身?xiàng)l件限制導(dǎo)致應(yīng)用范圍狹窄及能力日漸不足,所以目前各種作物品種純度分析和鑒定技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到分子水平。在各種諸如RFLP、RAPD、AFLP、SSR等DNA分子標(biāo)記中,SSR標(biāo)記應(yīng)用于雜交品種的鑒定和種子純度檢測有其很大的優(yōu)越性。SSR (Micro-satellite DNA 或Short?。簦幔睿洌澹怼。颍澹穑澹幔簦┦怯蓭讉€(gè)核苷酸(2~5個(gè))為重復(fù)單位組成的長達(dá)幾十個(gè)核苷酸的重復(fù)序列,分布于整個(gè)基因組的不同位置上,由于重復(fù)次數(shù)的不同及重復(fù)程度的不完全造成每個(gè)位點(diǎn)多態(tài)性。SSR標(biāo)記利用雜交種雙親在其一些位點(diǎn)上的差異,可以將雜交種與其雙親、甚至一些異源花粉造成的雜交種區(qū)分開。SSR 相比其他分子標(biāo)記優(yōu)勢如下:(1)數(shù)量較為豐富,覆蓋整個(gè)染色體組;(2)具有多等位基因特性,信息含量高;(3)以孟德爾方式遺傳,呈共顯性;(4)易于利用PCR技術(shù)分析,對DNA 數(shù)量及純度要求不高,結(jié)果重復(fù)性好;(5)每個(gè)位點(diǎn)由引物序列順序決定,便于交換。如在小麥、水稻、玉米、大豆、油菜及大麥等中SSR 標(biāo)記都得到廣泛的應(yīng)用。

目前,安全、有效檢測SSR標(biāo)記的方法通常為瓊脂糖凝膠電泳及聚丙烯酰胺凝膠電泳。瓊脂糖凝膠電泳(agarose?。纾澹臁。澹欤澹悖簦颍铮穑瑁铮颍澹螅椋?,AGE)和聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyaerylamide?。纾澹臁。澹欤澹悖簦颍铮穑瑁铮颍澹螅椋螅校粒牵牛┦亲畛S玫姆蛛x純化和鑒定核酸的方法。瓊脂糖凝膠電泳的有效分離范圍是0.2~20kb,聚丙烯酰胺分離小片段DNA(5~500bp)效果最好,分辨力極高,測序的聚丙烯酰胺凝膠可分離相差1bp的DNA片段。筆者在查看以前資料以及本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的純度鑒定工作后,發(fā)現(xiàn)純度鑒定結(jié)果檢測大部分都是用單一的凝膠電泳檢測,沒有進(jìn)行兩種電泳檢測比較,這樣無形中減少引物篩選的數(shù)量及降低試驗(yàn)效率,所以本試驗(yàn)對油菜種子SSR標(biāo)記結(jié)果分別進(jìn)行瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測,進(jìn)而對其檢測結(jié)果進(jìn)行比較分析,以期找到不同引物的SSR分子標(biāo)記的合適檢測方法,提高鑒定工作效率。

1 材料與方法

1.1 材料

甘藍(lán)型化學(xué)殺雄雜交品種秦優(yōu)33(Hybrid,簡稱H)及其母本Y133(Female,簡記作F)、父本Y76(Male,簡稱M)(以下同)。以上材料均由陜西省雜交油菜研究中心提供。

1.2 方法

1.2.1?。模危?的提取 參照王灝等和王愛娜等的方法對油菜DNA的提取進(jìn)行改進(jìn)。步驟如下:取發(fā)芽1周齡的單株油菜幼芽置1.5mL離心管中,加300μL?。模危?提取液(50mmol/LTris-HCl,50 mmol/L?。牛模粒?,500 mmol/LNaCl,10g/L?。校郑校眨剑保?β-巰基乙醇,20g/LSDS,pH?。福埃┘埃担唉蹋搪确?,用組織勻漿儀粉碎混勻后置65 ℃水浴鍋水浴30min,加入75μL5mol/L?。耍粒茫。常?min 終止反應(yīng),12?。埃埃埃颍恚椋铍x心15min,取上清液,加入1mL-20℃ 預(yù)冷的無水乙醇及75 μL?。?mol/LNH4Ac沉淀DNA 30 min,12?。埃埃埃颍恚椋铍x心5min,棄上清液,用φ=70% 乙醇洗滌DNA 沉淀1次,12?。埃埃埃颍恚椋铍x心5min,沉淀DNA 經(jīng)干燥后,備用。

1.2.2?。樱樱?分析 候選引物SSR 來自ThePlant Biotechnology?。茫澹睿簦颍?,由上海Sangon公司合成。

3對候選引物如下:SR85F5′-GGTCG?。牵茫粒茫痢。粒粒粒粒浴。牵裕裕茫浴。裕场?,R 5′-TCGTCAATCC?。茫牵粒裕痢。裕茫粒茫粒场?;SR332 F 5′-GAAGA?。裕裕茫牵痢。茫裕茫裕浴。裕茫牵牵场?,R?。怠洌茫牵裕裕浴。茫粒牵粒痢。裕茫粒裕痢。裕裕牵裕痢。裕裕裕裕牵茫裕场洌唬樱遥矗埃罚疲怠洌牵茫粒粒痢。牵粒裕茫恰。牵茫牵粒粒牵粒粒牵粒场?, R 5′-TGCAG?。粒茫粒茫痢。裕裕茫牵粒粒茫粒粒?

?。茫粒场洹?

SSR反應(yīng)體系:10μL 的反應(yīng)體系中含有1.0μL?。保啊粒裕幔瘛。猓酰妫妫澹颉。鳎椋簦?(NH4)2SO4,0.8μL 25mmol/L?。停纾茫欤?,0.5μL?。保埃恚恚铮欤蹋洌危裕?,0.5UTaq DNA聚合酶,25μmol/L?。樱樱易笥乙锔鳎埃郸蹋蹋玻担睿缒0澹模危?。

PCR?。樱樱?反應(yīng)程序:94 ℃ 模板預(yù)變性4min,1個(gè)循環(huán);94℃模板預(yù)變性50s,64℃退火,引物與模板靶位點(diǎn)結(jié)合50s;72℃引物沿模板延伸90s。循環(huán)共圈,每一圈退火溫度遞減1℃;94℃模板預(yù)變性50s;56℃退火,引物與模板靶位點(diǎn)結(jié)合50s;72℃引物沿模板延伸70s。共25個(gè)循環(huán)。72℃引物沿模板繼續(xù)延伸10min。

1.2.3 電泳檢測 瓊脂糖凝膠電泳檢測:?。保唉蹋獭。樱樱覕U(kuò)增產(chǎn)物,加1/2體積的上樣緩沖液,在30g/L的瓊脂糖凝膠電泳上120V恒壓電泳1.5h左右。電泳完成后,瓊脂糖凝膠經(jīng)10g/mLEB染色后用凝膠成像儀照相記錄分析。

聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測:?。保唉蹋獭。樱樱?擴(kuò)增產(chǎn)物,加1/2體積的變性上樣緩沖液,95℃變性5min后立即置冰水混合物中快速冷卻,然后在60g/L的變性聚丙烯酰胺凝膠上300V恒壓電泳1.5h左右。電泳完成后,變性凝膠經(jīng)純水漂洗3~5min后用1.5g/L的硝酸銀溶液染色10~15min,再次經(jīng)純水漂洗變性凝膠15s后用15g/L的NaOH和φ=0.4%甲醛溶液顯色到條帶清晰顯現(xiàn),純水漂洗、風(fēng)干,數(shù)碼相機(jī)照相記錄。

1.2.4 兩種電泳標(biāo)準(zhǔn)譜帶對比 將混勻充分的秦優(yōu)33雜交種及其父母親本種子在培養(yǎng)皿中發(fā)芽,在1周左右分別選取雜交種及父母親本各120株單株提?。模危?,提取方法參考“1.2.1”。

用提取的秦優(yōu)33雜交種及父母親本的單株DNA各120株混合樣對候選引物進(jìn)行擴(kuò)增,擴(kuò)增結(jié)果分別用瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行分離,建立DNA標(biāo)準(zhǔn)圖譜。

1.2.5 兩種電泳驗(yàn)證候選SSR引物在雜種純度分析中一致性和可靠性對比 將“1.2.1”提取的高純雜種及其父母親本各120單株的DNA,用候選引物進(jìn)行擴(kuò)增,擴(kuò)增結(jié)果分別用瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行分離,將各自擴(kuò)增的DNA圖譜與其標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對比。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種電泳分離候選引物擴(kuò)增結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)圖譜

種子純度鑒定目的就是利用篩選的候選引物將雜交種與其父母親本區(qū)別開來。從前人文獻(xiàn)及本研究積累總結(jié)出一般雜交種與父母親本間的帶型表現(xiàn)大部分出現(xiàn)以下5種類型:偏母型、偏父型、互補(bǔ)型、同有型和雜種型。在這5種類型中雜種與父母親本間帶型互補(bǔ)型是雜交種的帶型為父母親本特征帶型的互補(bǔ),雜交種、父本及母本三者帶型表現(xiàn)完全不同,所以此類型是進(jìn)行雜種純度鑒別的理想類型。本試驗(yàn)用3 對候選引物SR85、SR332和SR407對高純的秦優(yōu)33雜種及兩親本的單株DNA 各120株混合樣進(jìn)行擴(kuò)增,擴(kuò)增結(jié)果見圖1。

?。硨蜻x引物在瓊脂糖凝膠電泳上所擴(kuò)增的SSR-DNA片段最多的為引物SR407,雜交種擴(kuò)增出3條帶,父母兩親本分別擴(kuò)增出兩條帶,3個(gè)條帶中最小的帶為父母親本及雜交種的共有帶。

引物SR85及SR332父母親本都擴(kuò)增出一條帶,雜交種為兩者互補(bǔ)帶。從圖1-A 可以看出,引物SR85、SR332和SR407所擴(kuò)增的條帶都表現(xiàn)為雜種條帶為父母本條帶的互補(bǔ)帶型,但是引物SR85和SR407所獲互補(bǔ)片段大小較近,雜種條帶間易于粘連,鑒定品種純度容易將雜種、父母本混淆,引起結(jié)果偏差。而引物SR332所獲的兩條互補(bǔ)條帶的遷移率相差很大,小條帶小于100bp,大條帶大于250bp,所以品種鑒定中,在瓊脂糖凝膠電泳水平上利用SR332引物鑒定秦優(yōu)33雜種純度完全可準(zhǔn)確清晰地實(shí)現(xiàn)甄別,不僅比聚丙烯酰胺凝膠電泳縮短半小時(shí)以上的時(shí)間,而且省去繁瑣的銀染過程及其相關(guān)藥品的消耗,既節(jié)約成本,又提高效率。

但在區(qū)別片段差異小于50bp甚至10bp以下時(shí),瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果常常會(huì)出現(xiàn)諸如SR85和SR407引物分析結(jié)果那樣,不易或不能分辨差別,難以實(shí)現(xiàn)差異鑒別。而聚丙烯酰胺凝膠電泳分離的片段差異理論上可達(dá)1bp,分辨力明顯提高,很多在瓊脂糖上顯示只有1條DNA片段的,被聚丙烯酰胺凝膠電泳分離成兩條,甚至更多。從圖1-B可以看出,3對候選引物擴(kuò)增的SSRDNA片段在聚丙烯酰胺凝膠電泳分離的條帶數(shù)目比瓊脂糖凝膠電泳分離的多。其中引物SR85利用兩種電泳分離的條帶數(shù)目一樣,而且標(biāo)準(zhǔn)圖譜都表現(xiàn)為雜交種條帶為父母親本條帶的互補(bǔ)。

其中引物SR332有5個(gè)條帶,父本和雜種的帶型一致,5個(gè)條帶皆有,而母本只有4個(gè)條帶,所以此引物擴(kuò)增的SSR-DNA片段在聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果中只能區(qū)別母本和雜交種及父本,而不能將雜種與父本區(qū)分。引物SR407 所擴(kuò)增的SSR-DNA片段在聚丙烯酰胺凝膠電泳分離顯示的條帶數(shù)目要比瓊脂糖凝膠電泳分離的條帶多10個(gè)。如圖1-B,雜交種的條帶表現(xiàn)為父母本的互補(bǔ)帶型,其中a、b、c條帶為雜種互補(bǔ)條帶中母本的特征條帶,f、g、h條帶為雜種互補(bǔ)條帶中父本的特征條帶,d、e條帶為雜交種獨(dú)有的雜種帶,i條帶為父本的特征帶,但不是雜交種的互補(bǔ)帶,其他條帶均為雜交種及父母本的共有帶。從圖1-B可見,SR85及SR407條帶清晰,條帶之間分離清楚,可以利用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離方法進(jìn)行雜交種純度鑒定。

2.2 兩種電泳驗(yàn)證目標(biāo)SSR引物在雜種純度分析中的一致性和可靠性由“2.1”可知,3對候選引物在瓊脂糖凝膠電泳下的標(biāo)準(zhǔn)譜帶表現(xiàn)其雜種帶型皆是雙親互補(bǔ)帶型,在聚丙烯酰胺凝膠電泳下兩引物SR85和SR407的標(biāo)準(zhǔn)譜帶表現(xiàn)其雜種帶型也是雙親互補(bǔ)帶型,但引物SR332上的雜種帶型表現(xiàn)卻是偏父帶型。所以,用引物SR85和SR407分析,無論選用瓊脂糖凝膠還是聚丙烯酰胺凝膠,皆可有效進(jìn)行純度鑒別,而引物SR332只可用瓊脂糖凝膠電泳分析。

  利用SSR 進(jìn)行種子純度鑒別,雖然穩(wěn)定性好,可靠性高,操作簡便,但SSR標(biāo)記分布在整個(gè)基因組,多態(tài)性異常豐富,因此,即使是同一品種(系)的不同單株之間也可能存在多態(tài)。為了避免一些候選引物在目標(biāo)樣品單株分析過程出現(xiàn)較多甚至超出顯著水平的不一致性,需將候選引物在親本和雜交種的大量單株間進(jìn)行一致性和穩(wěn)定性驗(yàn)證。為此本試驗(yàn)用候選引物對雜種及其雙親的大量單株在瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠兩種介質(zhì)進(jìn)行電泳分析和驗(yàn)證,比較其一致性和穩(wěn)定性。圖2和圖3顯示,3對候選引物在雜種和雙親中的各個(gè)高純單株中的帶型表現(xiàn)無論瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果還是聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)帶型皆完全一致。同樣瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果在SR85和SR407兩引物的分析結(jié)果尤其雜種帶型顯示中,因帶條距離接近而使結(jié)果的判斷認(rèn)定比較費(fèi)力,而引物SR332在瓊脂糖凝膠水平的表現(xiàn)無疑最佳。同時(shí)在聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果上,SR332不能將父母雙親和雜種三者一次區(qū)分開,而達(dá)不到分析目標(biāo),但SR85和SR407兩引物在聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果上的顯示效果非常理想,條帶清晰穩(wěn)定,差異分明顯著,結(jié)果準(zhǔn)確可靠,表明不同的引物應(yīng)選用合適的電泳介質(zhì),才能達(dá)到理想的鑒定效果。

3 討論

在種子生產(chǎn)利用中,面對當(dāng)年收獲當(dāng)年用種的要求,一般種子純度的室內(nèi)檢測應(yīng)具備技術(shù)穩(wěn)定、測定快捷、結(jié)果準(zhǔn)確及重演性強(qiáng)、成本在一個(gè)可承受的范圍,并在不影響結(jié)果的前提下,越低越好。本試驗(yàn)同時(shí)在瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠兩種電泳分離介質(zhì)上對油菜雜交種秦優(yōu)33進(jìn)行雜種純度分析檢測效果比較,結(jié)果表明兩種介質(zhì)都是用SSR技術(shù)進(jìn)行種子純度分析的有效方法。

但因兩種介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、交聯(lián)狀況及其濃度大小變化形成的分子篩孔徑不同,兩者的分離范圍和分離精度存在較大差異,瓊脂糖凝膠的質(zhì)量濃度一般在40g/L 以下,形成的凝膠孔徑相對較大,其片段的分離精細(xì)度一般較低,只有達(dá)到幾十個(gè)bp以上較大長度差別時(shí),分辨才會(huì)很清晰,但其區(qū)分的片斷長度范圍大,從幾萬個(gè)bp到幾十bp都可有效實(shí)現(xiàn)電泳分離。而聚丙烯酰胺凝膠一般使用質(zhì)量濃度為50~80g/L,其分子交聯(lián)度高、分離篩孔小,甄別的精細(xì)度高,小到1bp的堿基差異都可以區(qū)分,分辨力強(qiáng),但片段分離范圍較窄,一般在500bp以下。兩種介質(zhì)依據(jù)分離目標(biāo)片段的大小和差異長短,配制成不同質(zhì)量濃度的凝膠對應(yīng)進(jìn)行分離分析。所以,不同的介質(zhì)即使對同一擴(kuò)增產(chǎn)物,其分離后的帶型結(jié)果表現(xiàn)可能不盡一致,一些結(jié)果帶型可能基本一樣,如本研究中的SA85,雙親及其雜種在兩介質(zhì)上皆總共獲得兩條共顯性標(biāo)記條帶,只是聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果區(qū)別更清晰。另外一些結(jié)果則完全不同,如SA332和SA407,在瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果中,SA332有兩條差異顯著的共顯性標(biāo)記表現(xiàn),能使父母及雜種三者皆可清晰鑒別,而在聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果中條帶數(shù)雖增加至5條,但卻只有一個(gè)差異位點(diǎn),所以無法甄別3個(gè)材料,不能用于純度分析;SA407在瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果中3個(gè)材料共顯示3條帶,有兩個(gè)差異帶位,但因差異帶條相距太近,易于粘連混淆,給判定增加困難,用于鑒別稍顯欠缺,而SA407在聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果上有13條帶,有8個(gè)差異帶位,可清楚鑒別三者關(guān)系。所以在SSR用于雜種純度分析過程,所用引物不同選用的對應(yīng)介質(zhì)也應(yīng)不同,一些引物分析結(jié)果可能適合瓊脂糖凝膠電泳分離,一些則可能更適合聚丙烯酰胺凝膠電泳,一些可能兩者皆適合,需要在兩介質(zhì)上分別對應(yīng)篩選,通過比較驗(yàn)證進(jìn)而獲得最佳分析途徑。

與此同時(shí),雖然兩介質(zhì)皆是進(jìn)行雜種純度分析的有效途徑,但在可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的前提下,從成本和效率角度出發(fā),無疑瓊脂糖凝膠電泳是首選,因?yàn)榄傊悄z電泳操作簡單,制膠便捷、分析樣品不需事先處理、電泳速度快,電泳過程和結(jié)果可直接用紫外光燈檢測及定量測定,電泳后區(qū)帶染色直接,比聚丙烯酰胺凝膠電泳后續(xù)繁瑣的銀染過程優(yōu)勢顯著,尤其是聚丙烯酰胺凝膠電泳所用聚丙烯酰胺凝膠是一次性的,不能重復(fù)利用,而筆者課題組在瓊脂糖凝膠進(jìn)行純度檢測時(shí)有效解決瓊脂糖凝膠的重復(fù)利用問題,可回收利用多次,加上所節(jié)約的較為昂貴的銀染花費(fèi),無疑使分析成本得到顯著節(jié)約。

但從引物篩選效率或從備選引物庫里獲得可用于鑒別的引物機(jī)率上,聚丙烯酰胺凝膠更有優(yōu)勢,因?yàn)槠浞直媪Ω?,針對SSR片段總長幾百堿基以下,差異一般在幾個(gè)到幾十個(gè)堿基之間。本課題組從秦優(yōu)7號(hào)、秦雜油1號(hào)、秦雜油3號(hào)和秦雜油19等各個(gè)品種的目標(biāo)引物篩選過程中也充分驗(yàn)證了這一結(jié)果。


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