產(chǎn)品分類
Products
目前分子標記技術(shù)主要有RFLP、RAPD、ISSR、 AFLP、 SSR、SCAR和單核苷酸多態(tài)性 (SNP)、表達序列標簽 (EST)等。由于PCR技術(shù)的優(yōu)點,基于PCR的標記體系類型多樣,應(yīng)用廣泛,但各自的復(fù)雜性、可靠性與遺傳信息不同。如RAPD方法簡單、成本低,但重復(fù)性較差、檢測位點不多;SSR多為共顯性、重復(fù)性好,但位點較少、引物開發(fā)成本高;AFLP譜帶多,但分析程序復(fù)雜、成本高,有時要用到同位素,而且甲基化敏感的限制酶由于基因組DNA的甲基化可導(dǎo)致“假多態(tài)性”產(chǎn)生,識別AATT位點的MseI酶常會引起一些物種基因組中標記分布不均衡;多數(shù)情況下,RAPD與AFLP標記測序需要克隆,增加了工作量。
引物設(shè)計是SRAP分析的核心。SRAP標記分析共有兩套引物。在一組正向SRAP引物中使用“CCGG”序列,其目的是使之特異結(jié)合可譯框(ORFs)區(qū)域中的外顯子。研究表明外顯子一般處于富含GC區(qū)域,如擬南芥2和4號染色體的全序列中,外顯子CG比例分別為46.5%和44.08%,而內(nèi)含子中則為 32.1%和33.08 %;而且除著絲粒區(qū)域有較低基因密度外,基因幾乎平均分布在這兩個染色體上。從GenBank中隨機選擇20個BAC序列,發(fā)現(xiàn)約66%的CCGG序列位于這些克隆中的外顯子內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計,擬南芥約1/3基因組外顯子位于2、4號染色體上。運用CCGG序列就可特異擴增出包含這些組分的序列。
當然,由于外顯子序列在不同個體中通常是保守的,這種低水平多態(tài)性限制了將它們做為標記的來源。由于內(nèi)含子、啟動子和間隔序列在不同物種甚至不同個體間變異很大,富含AT的區(qū)域序列通常見于啟動子和內(nèi)含子中,SRAP中使用的反向引物的3′ 端含有核心AATT,以特異結(jié)合富含AT區(qū),這就使得有可能擴增出基于內(nèi)含子與外顯子的SRAP多態(tài)性標記。
引物大小和引物組合是成功進行SRAP分析的關(guān)鍵。SRAP-PCR反應(yīng)體系中使用兩個引物:17堿基正向引物(F-primer)和18堿基反向引物(R-primer);早期反向引物在3’端選擇性核苷前多一個C(19個);使用同位素檢測時引物可用33P-ATP標記。正向引物含有一段14堿基的核心序列(core sequence):5′端*個堿基為“填充”序列(filler sequence),無任何特異組成,接著為CCGG序列;隨后為3′ 端的3個選擇性堿基,選擇性堿基的變化與相同核心序列組合成一套正向引物。反向引物的組成與正向引物類似,但“填充”序列后連接的為AATT;AATT序列后為3個選擇性可變堿基,位于引物3′ 端。當然,構(gòu)建正向與反向引物的總體要求是它們不形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)及其他二級結(jié)構(gòu),且CG含量為40%-50%,且兩者“填充”序列在組成上必須不同,長度為10或11個堿基。
目前文獻中報道的部分標準引物序列如下:
正向引物Forward primer 反向引物Reverse primer
me1:5′TGAGTCCAAACCGGATA-3′ em1:5′GACTGCGTACGAATTAAT-3′
me2:5′TGAGTCCAAACCGGAGC-3′ em2: 5′GACTGCGTACGAATTTGC-3′
me3:5′TGAGTCCAAACCGGAAT-3′ em3: 5′GACTGCGTACGAATTGAC-3′
me4:5′TGAGTCCAAACCGGACC-3′ em4: 5′GACTGCGTACGAATTTGA-3′
me5:5′TGAGTCCAAACCGGAAG-3′ em5: 5′GACTGCGTACGAATTAAC-3′
me6:5′TGAGTCCAAACCGGTAA-3′ em6: 5′GACTGCGTACGAATTGCA-3′
me7:5′TGAGTCCAAACCGGTCC-3′ em7: 5′GACTGCGTACGAATTCAA-3′
me8:5′TGAGTCCAAACCGGTGC-3′ em8: 5′GACTGCGTACGAATTCTG-3′
em9: 5′GACTGCGTACGAATTCGA-3′
em10: 5′GACTGCGTACGAATTCAG-3′
em11: 5′GACTGCGTACGAATTCCA-3′
實驗表明,用單引物擴增只能擴增幾條大約0.5~1kb的片段;使用較短引物,10堿基RAPD引物,以及含有SRAP引物核心序列的14-15堿基大小的引物,這些引物組合可得到多種擴增片段,但是擴增產(chǎn)物不穩(wěn)定,特異性不強;20-22堿基引物放射自顯影的結(jié)果背景太強;合適的引物大小在17-18堿基。
反應(yīng)模板多數(shù)是基因組DNA,也可以是cDNA。在一個標準PCR反應(yīng)體系中,0.2mmol/L dNTPs,1.5mmol/L Mgcl2,0.3µmol/L引物,1U Taq酶。SRAP-PCR反應(yīng)采用復(fù)性變溫法:開始94℃變性5min;反應(yīng)前5個循環(huán)在94℃ 1min,35℃ 1 min,72℃ 1-2 min條件下運行;之后30-35個循環(huán)復(fù)性溫度提高到50℃,zui后延伸5~7 min。
前5個循環(huán)復(fù)性溫度設(shè)為35℃ ,主要是考慮到低的復(fù)性溫度能確保兩個引物與靶DNA部分配對;隨后循環(huán)中復(fù)性溫度升到50℃,可保證前5個循環(huán)的擴增產(chǎn)物可在余下循環(huán)中進行指數(shù)式擴增;如果復(fù)性溫度在40個循環(huán)中都保持在35℃,擴增片段重復(fù)性將很低。
擴增產(chǎn)物在變性聚丙烯酰胺凝膠上分離,通常膠板35 cm×43cm,厚度0.8mm,每孔加樣 8-20 微升,以保證單條帶足夠量回收??墒褂猛凰?,也可采用銀染技術(shù);用2.0%的瓊脂糖凝膠也可分析多態(tài)性,但分辨的條帶較少。
對標記測序有可能獲得更多的遺傳信息。由于多數(shù)SRAP產(chǎn)生高強帶,很少有重疊,而且引物較長,故比AFLP易測序。獲得的SRAP標記差異片段,從膠上割下、回收后,用相應(yīng)引物直接測序,必要時可采用克隆測序。
由于在設(shè)計引物時正反引物分別是針對序列相對保守的編碼區(qū)與變異大的內(nèi)含子、啟動子和間隔序列,因此,多數(shù)SRAP標記在基因組中分布是均勻的,通過利用RIL系構(gòu)建的遺傳連鎖圖也說明了這一點。同時發(fā)現(xiàn)在130個SRAP標記中,約20%為共顯性,這種高頻率的共顯性則明顯優(yōu)于AFLP標記。
利用同一引物組合,從甘藍類不同作物中(包括花椰菜、青花菜等)可獲得多個SRAP標記。單個組合在每個個體中可檢測到至少10條多態(tài)性譜帶,其中一些為作物特異的;在不同的實驗中多態(tài)性條帶重復(fù)性*。 SRAP標記測序顯示多數(shù)標記為外顯子區(qū)域。25條多態(tài)性帶中16條(64%)序列GC含量超過35%,表明可能是外顯子部分;Blast搜索表明60%條帶與已知基因序列高度一致,這就確認了SRAP產(chǎn)生的多數(shù)標記包含了可譯框中的外顯子。測序還表明SRAP多態(tài)性產(chǎn)生于兩個方面:由于小的插入與缺失導(dǎo)致片段大小改變,而產(chǎn)生共顯性標記;核苷酸改變影響引物的結(jié)合位點,導(dǎo)致顯性標記產(chǎn)生。
靶位區(qū)域擴增多態(tài)性 (target region amplified polymorphism,TRAP)也是一種新型的基于PCR標記,由美國農(nóng)部北方作物科學(xué)實驗室Hu與Vick于2003年提出。與SRAP、RAPD和AFLP等標記技術(shù)無須任何序列信息即可直接PCR擴增不同,TRAP技術(shù)是基于已知的cDNA 或EST序列信息。目前已獲得許多物種基因組序列的豐富信息,包括人類、擬南芥,以及重要作物水稻和多種微生物的基因組序列草圖繪制成功,有大量的EST序列可供使用,從而使得可以利用生物信息學(xué)工具和EST數(shù)據(jù)庫信息產(chǎn)生出許多靶基因序列的TRAP多態(tài)性標記,而且極易將性狀與標記相關(guān)聯(lián)。
TRAP技術(shù)是從SRAP技術(shù)改進而來的。SRAP使用兩個任意引物;而TRAP是使用長度為16~20核苷的固定引物(fixed primer)與任意引物(arbitrary prime),固定引物以公用數(shù)據(jù)庫中的靶EST序列設(shè)計而來;任意引物與SRAP所用的一樣,為一段以富含AT或GC為核心、可與內(nèi)含子或外顯子區(qū)配對的隨機序列。固定引物的設(shè)計步驟為:從EST數(shù)據(jù)庫中鑒別所需序列,再采用有關(guān)引物設(shè)計軟件(如Primer3等) 設(shè)定核苷酸序列合理長度(18堿基)與zui適、zui大和zui小Tm值(53、55、50℃),zui后選定zui適的引物; 任意引物設(shè)計*同SRAP技術(shù)。TRAP-PCR反應(yīng)條件與SRAP-PCR*一致。每次TRAP-PCR反應(yīng)在6.5%聚丙烯酰胺測序膠可產(chǎn)生50-900bp的片段30-50 個。
SRAP分子標記系統(tǒng)zui早是在蕓薹屬作物開發(fā)出來。目前已在其他作物如馬鈴薯、水稻、生菜、油菜、大蒜、蘋果、櫻桃、柑橘與芹菜中也成功擴增。TRAP技術(shù)是在向日葵中開發(fā)的,目前已成功應(yīng)用于其他作物如水稻、菜豆、大麥、小麥、甜菜。主要用于種質(zhì)資源的鑒定評價、遺傳圖譜的構(gòu)建、重要性狀基因標記、gDNA與cDNA指紋分析乃至圖位克隆等方面。
由于在不同物種、不同個體間具有一定的多態(tài)性,SRAP技術(shù)也成功應(yīng)用于種質(zhì)鑒定與評價工作中。Ferriol等(2003)對甜瓜(Cucurbita pepo)的2個變種69份類型代表性材料遺傳多樣性進行了SRAP、AFLP標記與形態(tài)學(xué)分析,結(jié)果表明,與形態(tài)學(xué)變異及類型的進化歷史一致性方面,SRAP標記提供的信息比AFLP標記更優(yōu)良;11個SRAP引物組合獲得88條可重復(fù)的條帶,平均8條,其中64條(72.7%)為多態(tài),大小在154-653bp 之間;測序發(fā)現(xiàn)多個標記序列與已知cDNA或EST高度同源。另外還利用SRAP標記對筍瓜(C.maxima)19 份種質(zhì)及8份南瓜屬材料遺傳多樣性進行分析,24個引物組合產(chǎn)生的114個標記中多態(tài)性占33%,雖然低于RAPD比例,但聚類分析與主坐標分析表明,SRAP標記分析可將材料按照使用類型(食用、飼用、觀賞用)來分組。因此,在對育種目標性狀的評價方面,明顯優(yōu)于RAPD標記。
野牛草(Buffalograss)生長緩慢、耐旱、耐瘠、抗蟲,倍性多樣,遺傳基礎(chǔ)廣泛。Budak等利用SRAP標記分析了buffalograss的43個基因型遺傳多樣性,結(jié)果也表明SRAP是一個評價遺傳多樣性、品種鑒定和系統(tǒng)發(fā)生的有效工具。
向日葵屬野生種在栽培品種遺傳改良方面很有價值,對于重要病害,尤其是霜霉病是很好的抗源,但大部分野生種是多年生,從野生種中鑒定基因非常困難。Hu等設(shè)計了與向日葵EST數(shù)據(jù)庫中編碼富含亮氨酸重復(fù)(LRR)類似蛋白序列配對的固定引物,利用TRAP標記分析,對向日葵屬16個野生種及其2個雜交種的遺傳變異性進行評估。結(jié)果表明TRAP標記可用于評估向日葵的遺傳多樣性,材料的聚類結(jié)果與經(jīng)典分類相一致;其中一個TRAP引物結(jié)合到與抗病性有關(guān)的基因序列。表明TRAP技術(shù)將在種質(zhì)基因型鑒別和重要目的農(nóng)藝性狀的基因標記方面存在廣泛的應(yīng)用前景。
利用collard × cauliflower形成的RIL86個群體,構(gòu)建了由130個SRAP、120個AFLP標記組成的遺傳圖譜。類似AFLP標記,SRAP均勻分布平衡在9個重要連鎖群上。高頻率共顯性與在基因組中均勻分布的特性將使其優(yōu)于AFLP標記而成為一個構(gòu)建遺傳圖譜的良好標記體系。
轉(zhuǎn)錄圖譜(transcriptome map)是進行比較基因組學(xué)研究極為有效手段。利用基于PCR的cDNA-SRAP分析來檢測編碼區(qū)的多態(tài)性將簡便、、快捷。利用花椰菜DH植株與青花菜雜交產(chǎn)生的F2群體88個單株,使用48引物組合,從88個cDNA中檢測到281個多態(tài)性cDNA -SRAP標記,平均每個引物對產(chǎn)生6個,21.1%為共顯性;構(gòu)建了由247個標記組成的轉(zhuǎn)錄圖譜。利用這個圖譜,成功進行了甘藍類蔬菜作物與擬南芥基因組的基因排列與組成分析,發(fā)現(xiàn)這兩類基因組的廣泛同一性,在190個多態(tài)性cDNA-SRAP標記中,共有169個相似序列;這種同一性集中在某些染色體片段而非整個染色體上;甘藍中大多數(shù)重復(fù)區(qū)段集中對應(yīng)于擬南芥1號與5號染色體,而不是2號與4號染色體。
重要農(nóng)藝性狀基因緊密連鎖標記的獲得,將可進行性狀分子標記輔助選擇,提高育種的選擇效率與預(yù)見性,加快新品種的選育進程。常用的標記作圖群體有F2、BC1、DH、RIL等,標記策略有BSA、NIL以及GRA等。BoGLS-ALK基因是十字花科中調(diào)節(jié)脂肪族芥子油糖苷脫飽和基因。利用RIL群體,采用SRAP技術(shù),將該基因定位到連鎖群L1,距顯性標記SRAP133 1.4cM。
Li等于2003年在大白菜中也發(fā)現(xiàn)了一個與雄性不育基因有關(guān)的SRAP標記,在油菜中篩選到一個與Rf連鎖的SRAP標記,在芹菜中獲得一個與病毒抗性基因緊密連鎖的SRAP標記。