基于SSLP分子标记验证遗传学三大定律的教学实践探索与体会

文章对“水稻SSLP分子标记的遗传分析”作为遗传学实验教学案例的实施过程及其效果进行了探讨。利用位于水稻两条染色体上的3个SSLP标记,对两亲本及其杂交构建的F₂代群体进行单株SSLP标记基因型检测,利用检测所得到的基因型结果验证分离定律、独立分配定律及连锁交换定律等遗传学三大定律。实践证明这不仅有利于加深学生对遗传学三大定律的认识,而且在提高学生实验操作技能和综合分析能力的基础上,还有助于培养学生的科研兴趣和创新意识。同时,对该实验的适用范围以及尚需完善之处做了讨论。此综合性实验也是科研成果转化为本科实验教学的一个有益探索。     

送春与多花兰种间杂交后代的ISSR分析

该文使用简单重复序列间( ISSR)分子标记,对送春与多花兰种间杂交后代进行了研究。结果表明：从80个ISSR引物中筛选出14个扩增效果稳定的ISSR引物,对两亲本和59个F1代个体进行了ISSR扩增,得到107个扩增位点,扩增的片段大小位于90~2100 bp之间,平均每个引物扩增7.64条条带,得到11种类型的带。 ISSR标记在送春×多花兰的F1代中表现出一定的多态性,分离频率为44.86％,分离位点有83.33％符合孟德尔1︰1或3︰1的分离规律,产生偏孟德尔分离的位点占12.50％,余下的4.17％属于特殊分离带型。可能导致后代变异的位点为偏孟德尔分离的6条带、缺失的8条带或新生成的2条带。聚类图中父本和母本与F1代个体间的遗传距离较远,59个杂交后代先聚集成一组,再同母本相聚为一组,最后才同父本聚在一起,59个杂种均偏母本型。送春与多花兰的杂交后代在植株形态、染色体、遗传物质方面都具备双亲特点,61个个体间的ISSR分子量标记结果和植株形态学特征都说明,59个F1代杂种包含送春和多花兰的遗传特性是真杂种;F1代杂种既有双亲的互补特征带,又有双亲的重组片断即产生新的特异带,这说明送春与多花兰的杂交后代具有遗传变异的特点。该研究结果可以有效地对杂交后代进行定向选择,为兰花的杂交育种提供了分子依据。     

用SSR标记鉴定大豆杂交组合F1的方法研究

为建立鉴定大豆杂种的方法,采用亲本间有多态性的3对SSR引物,对148个耐盐与盐敏感大豆品种正反交F1植株进行分子鉴定,结果表明,有81．8％的F1为真杂种,且3对多态性SSR引物检测结果一致;在亲本基因型纯合的情况下,采用1对在亲本间有多态性的SSR引物即可对F1真伪进行准确判断;亲本间分子量差异大的SSR位点可用高浓度琼脂糖电泳进行快速鉴定。利用该方法对2007年参加国家大豆区试的大豆杂交种品系H02—286的50粒种子进行纯度鉴定,进一步验证了SSR标记检测杂种真伪的可行性。     

亚洲棉种内群体异常偏分离的分子标记检测

利用3个形态标记、20个SSR和11个SRAP多态性标记,研究它们在“如东鸡脚桠果”与“美国中棉971”杂交的F2群体中的分离情况。结果表明,77.42%的分子标记表现为偏分离,所有的偏分离标记都偏向母本“如东鸡角桠果”;如此高的偏分离比例以及偏分离标记都偏向一个亲本,这种现象在棉花中是比较罕见的。3种类型的SSR标记和非物种特异性的SRAP标记都表现偏分离,而形态标记则表现为正常分离,这表明该异常偏分离现象是由材料本身的遗传特性所决定的。通过分析偏分离的共显性标记的等位基因频率(p=q)以及各种基因型频率(p2:2pq:q2)的F2分布,发现大多数标记的等位基因频率差异显著而F2基因型频率分布正常,表明这些标记产生偏分离可能是配子体选择的结果。     

EST—CAPS标记在尾叶桉×细叶桉F1中分离的研究

对7个EST-CAPS标记在尾叶桉×细叶桉F1中分离的研究表明：5个EST-CAPS标记呈1∶1的分离,但其中1个偏离孟德尔分离（α=0.05）;另外2个EST-CAPS标记呈1∶1∶1∶1的分离,且均符合孟德尔分离。孟德尔正态分离的EST-CAPS标记比例达85.7%,偏分离标记比例为14.3%,表明EST-CAPS标记是一种可靠的遗传标记,可用于桉属树种遗传图谱构建和相关研究。另外,探讨了偏分离的可能原因。     

EST-CAPS标记在尾叶桉×细叶桉F_1中分离的研究

对7个EST-CAPS标记在尾叶桉×细叶桉F1中分离的研究表明:5个EST-CAPS标记呈1∶1的分离,但其中1个偏离孟德尔分离(α=0.05);另外2个EST-CAPS标记呈1∶1∶1∶1的分离,且均符合孟德尔分离。孟德尔正态分离的EST-CAPS标记比例达85.7%,偏分离标记比例为14.3%,表明EST-CAPS标记是一种可靠的遗传标记,可用于桉属树种遗传图谱构建和相关研究。另外,探讨了偏分离的可能原因。     

利用SSR分子标记解析遗传学三大规律

分离规律、自由组合规律和连锁规律被称为遗传学三大规律,是认识生物遗传和变异的基础。一般教学中,主要通过对分离世代性状的表型分离特性进行观察和统计分析,是一种基于表型的分析,而利用位于同一染色体和不同染色体上的微卫星(Simple sequence repeats,SSR)分子标记,在分离世代的基因型数据及PCR扩增产物带型的分析,可以从核酸水平上比较直观地解释遗传规律,提高教学效果,加深学生对遗传规律的认识。     

早世代稳定水稻的ISSR标记

2个早世代稳定亲本与4个普通水稻杂交,F2代出现了8个早世代稳定株系。遗传分析表明,稳定株系出现时杂交F1群体分离,同一组合的F2群体中既出现农艺性状整齐一致的稳定株系,又出现按孟德尔分离的株系。利用26个ISSR引物对F2稳定株系进行分子标记,结果表明稳定株系出现4种类型的标记带型：母本带型出现,父本带消失;父本带型出现,母本带消失;由双亲的部分标记带组合而成;双亲标记带型消失,而出现新的标记带型。没有出现由双亲标记带组合而成标记带型。ISSR引物900标记的2000bp标记带可以将稳定株系与普通水稻材料划分为两类群。     

水稻早世代稳定相关的SSR标记

以具有早世代稳定特性的9个水稻品系和7个栽培稻进行杂交得到130个杂交组合。发现在同一个组合的F2群体中除出现孟德尔式分离株系外还出现性状整齐一致的稳定株系,在F2群体中出现了32个不同农艺性状的稳定株系。SSR标记结果表明：稳定株系F2与其F1单株的标记一致,都是纯合的,且双亲的标记在后代都有出现,双亲的标记位点在后代的染色体上同时出现,说明稳定株系为真杂种;分离株系F2与其F1单株SSR标记均为杂合;大部分稳定株系在RM276、RM258、RM248、RM1这4个标记位点都较高频率地出现非父母带型。推测出现变异的配子激活杂种合子体细胞减数分裂,合子经过减数分裂后,4个单倍体细胞经过胚胎发育选择,其中一个细胞染色体加倍而发育为纯合的二倍体植株。     

微卫星DNA标记技术及其在植物研究中的应用

微卫星DNA(或简单重复序列,simplesequencerepeats,SSR)是继RFLP、RAPD等分子标记后出现的第二代分子标记技术。随着分子生物学的发展,微卫星标记技术在植物基因组中的应用越来越广泛。由于SSR具有多态性高,呈共显性遗传,遵守孟德尔式分离,在数量上没有生物学的限制,实验操作简单,对样品质量要求不高等特点,因此被广泛用于植物遗传图谱的构建、基因定位、构建指纹图谱、遗传多样性及物种进化与亲缘关系的研究等方面。     

多效性基因Ghd7调控水稻剑叶面积

光合作用是植物的唯一能量来源,剑叶是水稻开花后进行光合作用的主要部位。Ghd7是一个多效性产量基因,能显著提高水稻产量。为了研究Ghd7对水稻剑叶形态的遗传效应,文章利用一个包含190个家系的BC2F2群体对水稻剑叶长度(FLL)、剑叶宽(FLW)和剑叶面积(FLA)进行QTL定位分析。在BC2F2群体,FLL、FLW和FLA性状表型值均显示为双峰分布,符合孟德尔单基因分离比,并均与每穗实粒数呈现显著正相关。在第7染色体上RM3859和C39分子标记间定位到FLL、FLW和FLA的QTL,分别解释变异的73.3%、62.3%和71.8%,均与Ghd7共分离。以珍汕97为轮回亲本,特青和明恢63分别为供体亲本,获得两个Ghd7近等基因系NIL(MH63)和NIL(TQ),FLL、FLW和FLA表型值均比珍汕97显著提高。另外,超表达Ghd7的合江19转基因植株的FLL、FLW和FLA表型值分别比合江19增加了8.9 cm、0.5 cm和17.8 cm2。这些结果表明Ghd7对调控剑叶面积起重要作用。     

利用RFLP标记分析一对水稻籼粳交双单倍体的基因型

对一对籼(Oryza sativa ssp.indica)粳(O.sativa ssp.japonica)(“圭630”/“02428”)杂种进行花药培养获得81个双单倍体(DH),构建了有233个RFLP标记的水稻遗传连锁图谱。对各DH系的“圭630”等位基因组频率及图示基因型进行了分析。结果表明,该DH群体的平均基因组频率为49％,各DH系分布在29.3％～78.6％之间,集中分布在44％～49％之间;有130个RFLP标记出现显著的偏分离,偏父本与偏母本分离的标记数基本相等;同向偏分离的标记常集中在一些染色体或染色体的某些区段;各染色体的平均基因组频率分布在29％～65％之间,出现明显的偏父或偏母分离;一些DH中出现其特征完全来于某一亲本的染色体,可能与这些染色体在减数分裂期的同源配对和交换有关。     

水稻日本晴与广陆矮4号杂交F2群体SSR标记偏分离原因探析

以全基因组测序已经完成的材料粳稻日本晴和完成了第4染色体全序列测序的籼稻广陆矮4号的杂交F2作为构图群体,共90个单株,构建了一张含148个微卫星标记的水稻分子遗传图谱。该F2群体显著偏分离非常高,发现有49个分子标记表现偏分离（P〈0．05）,占总标记数的33．11％,这些偏分离标记中有36个偏向广陆4号,13个偏向杂合体,没有偏向日本晴的偏分离标记。讨论了配子体基因和孢子体基因导致偏分离的原因,通过已经定位的配子体基因和杂种不育基因分布在偏分离集中的区域来进一步说明配子体基因和杂种不育基因确实是导致偏分离形成的原因,而且还通过未定位的标记分析了偏分离的原因。     

水稻ILP标记遗传图谱的构建

内含子长度多态性(ILP)是一种基于PCR的新型分子标记, 具有许多突出的优点。我们先前利用已公布的籼稻品种93-11和粳稻品种日本晴的基因组序列数据, 已开发了172个水稻ILP标记。为了检验这些ILP标记的可靠性及其在遗传作图中的可用性, 利用一个BC1F1(日本晴/93-11//日本晴)群体, 构建了一张含172个ILP标记座位和13个SSR标记座位的水稻遗传图谱, 总长度为1 905.7 cM。比较显示, 图谱上所有标记的顺序与其物理顺序完全一致, 证明了利用ILP标记进行遗传作图的可行性和有效性。文中还对标记偏分离现象进行了分析, 发现在第6号染色体短臂上存在一个严重偏分离的区域。     

水稻籼粳亚种间杂种低温花粉不育的QTL分析

为探明籼粳杂种低温花粉不育的遗传基础,以籼稻品种3037和粳型广亲和品种02428的F2分离群体进行了低温花粉不育的遗传分析。推迟播种后,F2群体各单株孕穗期的日平均温度为21～23℃,调查了F2群体各单株的花粉育性。利用108对SSR引物构建了包含157个F2单株,覆盖12条染色体的分子标记连锁图谱。该连锁图的总长度为1857．8cM,标记间平均距离为16．26cM,标记较均匀地分布在12条染色体上。采用区间作图法对F2群体花粉不育进行QTL分析,共检测到2个低温花粉不育QTLS,即qLTSPS2和qLTSPS5,分别位于第2、5染色体,其加性效应分别为0．021、0．045,显性效应分别为-0．246、-0．251,显性度分别为11．7和4．8,具有超显性效应．超显性是QTL作用的主要方式,这2个位点杂合基因型在低温环境下具有降低花粉育性的作用,分别解释表型变异的15．6％、11．9％。另外,两因素的方差分析表明这两个QTL之间不存在互作。     

荞麦属植物多年生种间杂种的鉴定

探讨SSR分子标记用于荞麦种间F1杂种的真假性鉴定的可行性,为今后荞麦杂交育种研究及高产优质新品种选育提供一定的指导。利用235对SSR引物对小米荞、大苦1号、红心金荞、大野荞、巨荞5个亲本进行PCR扩增,以获得多态性较高的引物,在此基础上对大苦1号×红心金荞、巨荞×红心金荞、小米荞×红心金荞、巨荞×小米荞、巨荞×小米荞B、巨荞×大野荞6个杂交组合杂种进行SSR分子标记分析,同时对真杂种形态表现进行观察记录并计算其杂种优势。结果获得2对多态性较高引物(SSR2159/58和SSR6790/89),鉴定出3个真杂种:大苦1号×红心金荞、小米荞×红心金荞、巨荞×红心金荞。本研究结果说明SSR分子标记可以用于荞麦种间杂种鉴定,真杂种大苦1号×红心金荞表现出超亲优势且正常可育,可用于新品种选育。     

甘蓝型油菜分子标记连锁图谱的构建及显性细胞核雄性不育基因的图谱定位

在显性细胞核雄性不育系Rs1046A和双低油菜品种Samourai构建的回交分离群体中,运用AFLP和SSR两种标记技术构建了一个甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的分子标记遗传连锁图谱。该图谱共包含138个AFL．P标记、83个SSR标记和1个形态标记,分布于18个主要连锁群、2个三联体和1个连锁对上,图谱总长度为2646cM,偏分离标记的比例为11．7％。显性细胞核雄性不育基因Ms被定位到第10连锁群(LG10)上。同时,偏分离标记聚集于第8连锁群(LG8)和第16连锁群(LGl6)的末端,形成了十分明显的偏分离标记密集区域。研究结果对于油菜核不育两型系的分子标记辅助选择育种具有重要意义,同时也为克隆和分离核不育基因以及研究核不育的分子机理打下了良好的基础。     

利用向日葵重组自交系构建遗传图谱

以向日葵自选系K55为母本、K58为父本杂交组合,通过单粒传得到的187个F_5：6代重组自交系群体为作图材料,联合应用SSR和AFLP标记构建遗传连锁图谱。经过78对SSR引物和48对AFLP引物组合选择性扩增,分别得到341和1119条带,共1460条,分别获得多态性条带184条和393条,共577条多态性条带,占所有条带的39.52%。SSR和AFLP标记各有84个和108个多态性标记偏离孟德尔分离比例(P=0.05),共192个偏分离标记。采用JoinMap4.0软件进行连锁分析,构建了1张总长度为2759.4 cM、包含17个连锁群、连锁495个多态性标记的遗传图谱,其中偏分离标记170个,标记间的平均图距为5.57 cM。每个连锁群上分布有5~72个标记,长68.88~250.17 cM。本图谱为向日葵永久性图谱,为向日葵重要性状QTL定位和基因克隆奠定基础。     

水稻籽粒锌含量的QTL 定位

锌元素的营养失衡已成为影响人类健康的最重要因素之一, 籽粒锌含量的QTL(quantitative trait loci)定位对研究富锌水稻的遗传育种具有重要的意义。以水稻(Oryza sativa L.)亲本奉新红米和明恢100杂交的145个株系的F2群体为实验材料, 利用92个SSR(simple sequence repeat)标记对水稻籽粒锌含量进行了QTL定位, 共检测到3个QTLs , 分别定位于第3、6和11染色体上, 对表型变异的贡献率分别为4.97%、12.75%和7.74%。其中位于第3染色体上的分子标记RM186和RM168之间的QZN3对表型变异的贡献率最大, 其增效等位基因来自亲本明恢100, 表现为部分显性。3个QTLs 的联合贡献率为25.46%, 具有基因累加效应。该研究结果有利于深入理解水稻锌含量的遗传基础, 为锌含量的QTL精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择提供依据。     

水稻籽粒锌含量的QTL定位

锌元素的营养失衡已成为影响人类健康的最重要因素之一,籽粒锌含量的QTL（quantitative trait loci）定位对研究富锌水稻的遗传育种具有重要的意义。以水稻（Oryzasativa L．）亲本奉新红米和明恢100杂交的145个株系的F2群体为实验材料,利用92个SSR（simple sequence repeat）标记对水稻籽粒锌含量进行了QTL定位,共检测到3个QTLs,分别定位于第3、6和11染色体上,对表型变异的贡献率分别为4．97％、12．75％和7．74％。其中位于第3染色体上的分子标记RM186和RM168之间的QZN3对表型变异的贡献率最大,其增效等位基因来自亲本明恢100,表现为部分显性。3个QTLs的联合贡献率为25．46％。具有基因累加效应。该研究结果有利于深入理解水稻锌含量的遗传基础,为锌含量的QTL精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择提供依据。