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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于玉米全基因組序列的SSR標(biāo)記開發(fā)及驗(yàn)證
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 目前可利用的玉米SSR標(biāo)記僅2000余對(duì)，難以滿足當(dāng)前研究需要，隨著基因測(cè)序技術(shù)和計(jì)算生物學(xué)的發(fā)展，使利用生物信息學(xué)的方法大規(guī)模開發(fā)玉米SSR標(biāo)記成為可能。本文采用MISA軟件掃描玉米B73全基因組序列，Blastn軟件比對(duì)分析篩選單一SSR位點(diǎn)，在B73和Mo17中進(jìn)行e-PCR,得到具多態(tài)性SSR位點(diǎn)。結(jié)果表明我們開發(fā)了一套高密度和高多態(tài)性的玉米SSR標(biāo)記。
- 詳細(xì)介紹：
- 玉米是全球重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，近年來我國的糧食問題日趨明顯，迫切需求培育高產(chǎn)、抗逆、品質(zhì)優(yōu)良的玉米新品種。常規(guī)育種在玉米遺傳改良方面取得了顯著成就，然而其培育的新品種數(shù)量仍有限，難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要，分子標(biāo)記輔助育種是一種新的高效的育種手段。SSR標(biāo)記這一較為理想的分子標(biāo)記具備多態(tài)性豐富、重復(fù)性好、易于使用、可檢測(cè)位點(diǎn)多、技術(shù)要求低、成本低廉、共顯性且均勻覆蓋整個(gè)基因組等優(yōu)點(diǎn)，已成為遺傳和育種研究中的有效工具，也是目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)記。但是傳統(tǒng)方法開發(fā)SSR標(biāo)記涉及文庫構(gòu)建、探針雜交，工作量大、效率低。致使目前可利用的玉米SSR標(biāo)記僅2000余對(duì)，難以滿足研究需要。 隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，測(cè)序成本降低、速度加快，計(jì)算生物學(xué)家近年來也開發(fā)了大量的SSR掃描軟件，二者的有機(jī)結(jié)合使得利用生物信息學(xué)的方法大規(guī)模開發(fā)玉米SSR標(biāo)記成為可能。 本研究利用MISA掃描軟件掃描玉米B73全基因組序列，得到全基因組的SSR位點(diǎn)（143935個(gè)），分析了玉米基因組SSR位點(diǎn)的組成及分布。通過Blastn軟件比對(duì)篩選出單一SSR位點(diǎn)（73970個(gè)，51.40%），對(duì)單一位點(diǎn)SSR設(shè)計(jì)特異引物，在玉米模式自交系B73和Mo17中進(jìn)行e-PCR模擬擴(kuò)增，得到具多態(tài)性SSR標(biāo)記24296個(gè)，占總SSR位點(diǎn)的16.88%，占總單一SSR位點(diǎn)的32.85%。實(shí)驗(yàn)還合成了1119對(duì)SSR引物對(duì)11玉米材料進(jìn)行多態(tài)性驗(yàn)證，具有多態(tài)性的SSR位點(diǎn)778個(gè)（69.5%），平均多態(tài)性為0.589，其中在B73和Mo17間具有多態(tài)性的SSR位點(diǎn)437個(gè)（39.05%）,平均多態(tài)性為0.655。本研究開發(fā)的這套高密度和高多態(tài)性的SSR標(biāo)記，有望對(duì)提高玉米遺傳和分子標(biāo)記輔助選擇等研究的效率有所幫助。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 玉米是全球重要的糧食作物，隨著糧食問題加劇，迫切需求培育高產(chǎn)、抗逆、品優(yōu)的新品種。SSR標(biāo)記是分子標(biāo)記輔助育種的有效工具，但傳統(tǒng)方法開發(fā)SSR標(biāo)記工作量大、效率低，致使玉米SSR標(biāo)記僅2000余對(duì)，難以滿足研究需要。本實(shí)驗(yàn)采用MISA掃描玉米B73全基因組，得到SSR位點(diǎn)。通過Blastn比對(duì)篩選單一SSR位點(diǎn)，對(duì)其設(shè)計(jì)特異引物，采用e-PCR對(duì)B73和Mo17模擬擴(kuò)增，得到具多態(tài)性SSR標(biāo)記。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 隨著測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步和一系列SSR掃描軟件的開發(fā)（如MISA、SSRLocator），使得利用生物信息學(xué)的方法大規(guī)模開發(fā)SSR標(biāo)記成為可能。本實(shí)驗(yàn)利用Perl語言和MISA軟件首次對(duì)玉米全基因組序列進(jìn)行SSR標(biāo)記開發(fā)，通過Blastn比對(duì)分析、e-PCR模擬擴(kuò)增，得到具多態(tài)性SSR標(biāo)記，并采用1119對(duì)SSR引物和11個(gè)玉米材料進(jìn)行了多態(tài)性驗(yàn)證，獲得了一套高密度和高多態(tài)性的玉米SSR標(biāo)記。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本研究在玉米10條染色體上共搜索到143935個(gè)SSR位點(diǎn)，平均長度17.77bp，其中單一SSR位點(diǎn)73970個(gè)，在玉米模式自交系B73和Mo17中具多態(tài)性的SSR位點(diǎn)24296個(gè)。這一套高密度和高多態(tài)性的SSR標(biāo)記開發(fā)將為玉米遺傳和育種研究提供幫助，可將其運(yùn)用于高密度遺傳連鎖圖譜構(gòu)建、基因精細(xì)定位、關(guān)聯(lián)分析和分子標(biāo)記輔助育種等。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 簡單序列重復(fù)（SSR）是1-6個(gè)核苷酸的串聯(lián)重復(fù)，在真核和原核基因組中廣泛存在。分子標(biāo)記在玉米遺傳和育種研究中發(fā)揮了重要作用，隨著基因組測(cè)序和生物信息學(xué)的發(fā)展，使采用生物信息學(xué)方法進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)SSR標(biāo)記成為可能。本文采用MISA軟件掃描玉米B73全基因組序列，共得到143935個(gè)SSR位點(diǎn)，平均14.35Kb出現(xiàn)一個(gè)SSR。通過Blastn軟件比對(duì)分析，篩選出單一SSR位點(diǎn)(UniqueSSR)73970（51.40%）個(gè)，這些單一SSR位點(diǎn)在玉米模式自交系B73和Mo17中具有多態(tài)性的有24296個(gè)，占總SSR位點(diǎn)的16.88%，占總單一SSR位點(diǎn)的32.85%。實(shí)驗(yàn)選取1119個(gè)均勻分布在基因組上的SSR位點(diǎn)，對(duì)11個(gè)玉米骨干自交系進(jìn)行多態(tài)性驗(yàn)證，具有多態(tài)性的SSR位點(diǎn)778個(gè)（69.5%），平均多態(tài)性信息量為0.589，其中在B73和Mo17間具有多態(tài)性的SSR位點(diǎn)437個(gè)（39.05%）,平均多態(tài)性信息量為0.655。本實(shí)驗(yàn)開發(fā)了一套高密度和高多態(tài)性的玉米SSR標(biāo)記，以期為玉米遺傳和分子標(biāo)記輔助研究提供幫助。
獲獎(jiǎng)情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 共獲得SSR標(biāo)記143935個(gè)，單一位點(diǎn)SSR標(biāo)記73970個(gè)（51.40%）、具多態(tài)性SSR標(biāo)記24296個(gè)（16.88%，32.8%），分析了這些SSR標(biāo)記的組成及分布，并進(jìn)行了多態(tài)性驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)
- van de Wiel C, Arens P, et al. Microsatellite retrieval in lettuce (Lactuca sativa L.). Genome, 1999. 42(1): 139-149. Schnable PS, Doreen Ware, et al. The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics. science, 2009. 326(5956): 1112-1115. Zhang Z, Y Deng, et al. A genome-wide microsatellite polymorphism database for the indica and japonica rice. DNA research, 2007. 14(1): 37-45. Yonemaru J，T Ando, et al. Development of genome-wide simple sequence repeat markers using whole-genome shotgun sequences of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). DNA research, 2009. 16(3): 187-193. Lawson MJ, L Zhang, et al. Distinct patterns of SSR distribution in the Arabidopsis thaliana and rice genomes. Genome Biology, 2006. 7(2) : R14. Jan Mrázek, Xiangxue Guo, et al. Simple sequence repeats in prokaryotic genomes. PNAS, 2007.104(20): 8472-8477.
同類課題研究水平概述
- 玉米是全球最重要的禾谷類作物之一，在世界上很多國家被廣泛種植。目前玉米生產(chǎn)不僅面臨持續(xù)增產(chǎn)和提高品質(zhì)的壓力，還面臨病蟲害加劇、自然條件愈加惡劣的情況,迫切需要深入研究玉米分子遺傳機(jī)理和提高玉米育種效率。分子標(biāo)記是繼形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記和生化標(biāo)記之后發(fā)展起來的一種新的遺傳標(biāo)記形式。近30年來分子標(biāo)記對(duì)作物遺傳和育種研究的發(fā)展起到了革命性的作用，其應(yīng)用涉及到遺傳圖譜的構(gòu)建、重要性狀基因或QTL的定位、圖位克隆、分子標(biāo)記輔助選擇等多個(gè)領(lǐng)域。自1980年Botstein等首次提出用RFLP作為遺傳標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜以來，分子標(biāo)記技術(shù)及其應(yīng)用研究日新月異，相繼出現(xiàn)了RFLP、SSR、SNP等20多種DNA分子標(biāo)記。 SSR(simple sequence repeats,)標(biāo)記又稱微衛(wèi)星標(biāo)記，是由1～6個(gè)核苷酸組成的簡單重復(fù)序列，廣泛分布于真核生物基因組中。SSR標(biāo)記是較為理想的分子標(biāo)記,具備多態(tài)性豐富、重復(fù)性好、可檢測(cè)位點(diǎn)多、技術(shù)要求低、共顯性且均勻覆蓋整個(gè)基因組等特點(diǎn)，已成為遺傳和育種研究的有效工具，也是目前應(yīng)用最廣泛的分子標(biāo)記，即使SNP標(biāo)記出現(xiàn)，SSR標(biāo)記依然不可被替代。傳統(tǒng)的SSR標(biāo)記開發(fā)方法涉及文庫構(gòu)建、探針雜交，工作量大、效率低。目前已公布玉米SSR標(biāo)記僅2000余對(duì)，難以滿足當(dāng)前研究的需要。研究者嘗試采用生物信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，進(jìn)行SSR標(biāo)記開發(fā)，如趙美瓊在2008年利用了玉米EST數(shù)據(jù)進(jìn)行SSR標(biāo)記開發(fā)，但是有限的數(shù)據(jù)限制了標(biāo)記的開發(fā)。繼水稻基因組測(cè)序計(jì)劃的完成，2009年玉米B73基因組測(cè)序工作結(jié)束，玉米成為第二個(gè)完成全基因組測(cè)序的主要作物。隨著測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步，測(cè)序的成本降低、速度加快，越來越多的玉米骨干自交系被重測(cè)序，如Mo17、Ye478等。隨著生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前計(jì)算生物學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)了一系列進(jìn)行SSR掃描的軟件，如SSRIT、MISA、SSRLocator，這些軟件的開發(fā)提高了標(biāo)記開發(fā)的效率。Zhang等在2007年利用秈稻和粳稻基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行了全基因組范圍內(nèi)的SSR標(biāo)記的開發(fā)，Yonemaru等在2009年利用高粱基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行了全基因組范圍內(nèi)的SSR標(biāo)記的開發(fā)，獲得了大量的SSR標(biāo)記。
