褐飞虱EST资源的微卫星信息分析

表达序列标签（expressed sequence tags,ESTs）是开发微卫星标记的一个重要的资源。褐飞虱Nilaparvata lugens （Stål） EST序列的公布为开发EST-SSRs提供了宝贵的数据资源,本研究利用生物信息学对NCBI公共数据库中的37 398条褐飞虱ESTs序列进行EST-SSRs特征分析,得到全长为7 619 324 kb的无冗余EST 9 852条。按照3个不同的查找标准在这些序列中搜索SSR。查找结果显示：褐飞虱EST-SSRs主要重复基元以1～3碱基为主,占总EST-SSR的95％以上。在单碱基重复基元中,A/T是占优势的重复基元,在二相重复类型中,AG/CT重复基元出现的频率最多,而AAG/CTT是三相重复中占绝对优势的重复基元。在褐飞虱EST-SSRs中未查找到GC重复基元。以100 bp为参照,在3种查找标准下含有SSR的EST序列中两端侧翼序列均≥100 bp的序列分别为738,89和42个。通过分析褐飞虱EST-SSRs标记可以为褐飞虱和近缘种的SSR标记的开发提供信息,同时通过分析褐飞虱EST-SSRs的分布频率和分布特征可以为昆虫EST-SSRs的研究提供借鉴和参考。     

微卫星标记的制备策略

微卫星标记作为一类重要的、成熟的分子遗传标记,凭借自身的高变异性、孟德尔遗传模 式、共显性遗传方式等优点,在遗传及其它相关领域发挥了十分重要的作用,而其主要的缺点是 必须知道所研究生物的微卫星序列及其旁侧序列。随着人类及模式生物基因组的深入研究,微 卫星标记的制备经历了从费时、费力、低效的传统法到周期短、效率高的富集法(选择性杂交法和 FIASCO法);从基因组构建文库筛选到公共数据库ESTs发掘;从实验室自制到花钱购买。总之, 随着方法与技术的不断改进,从目标生物中获得微卫星标记变得越来越简单、经济。     

High genetic diversity in a rare and endangered sunflower as compared to a common congener

Determining the genetic structure of isolated or fragmented species is of critical importance when planning a suitable conservation strategy. In this study, we use nuclear and chloroplast SSRs (simple sequence repeats) to investigate the population genetics of an extremely rare sunflower, Helianthus verticillatus Small, which is known from only three locations in North America. We investigated levels of genetic diversity and population structure compared to a more common congener, Helianthus angustifolius L., using both nuclear and chloroplast SSRs. We also investigated its proposed hybrid origin from Helianthus grosseserratus Martens and H. angustifolius. Twenty-two nuclear SSRs originating from the cultivated sunflower (Helianthus annuus L.) expressed sequence tag (EST) database, and known to be transferable to H. verticillatus and its putative parental taxa, were used in this study thereby allowing for statistical control of locus-specific effects in population genetic analyses. Despite its rarity, H. verticillatus possessed significantly higher levels of genetic diversity than H. angustifolius at nuclear loci and equivalent levels of chloroplast diversity. Significant levels of population subdivision were observed in H. verticillatus but of a magnitude comparable to that of H. angustifolius. Inspection of multilocus genotypes also revealed that clonal spread is highly localized. Finally, we conclude that H. verticillatus is not of hybrid origin as it does not exhibit a mixture of parental alleles at nuclear loci, and it does not share a chloroplast DNA haplotype with either of its putative parents.     

EST-SSRs的开发及应用研究进展

综述了EST-SSR标记的开发方法及其在构建遗传学图谱,筛选与定位目的基因,遗传多样性的研究,比较基因组学的研究和品种鉴别等方面的应用。     

茶树EST-SSRs分布特征及引物开发

为了在茶树中开发EST-SSRs功能性标记,利用生物信息学方法对NCBI网上公开的3288奈茶树（Camellia subebsus）ESTs序列进行EST-SSRs特征分析。剔除冗余序列,得到非冗余序列2083条。在非冗余序列中发现含不同重复基元SSRs的EST序列有385条,共486个EST-SSRs,平均相隔2．10kb出现1个SSR。在2～6bp的重复基元中,二核苷酸重复基元的SSRs出现频率最高（51．97％）,其次是三核苷酸（19．55％）。对所有的重复基元类型进行统计分析发现,所占比例最高的是AG／CT（47．74％）,其次分别是AT／TA（4．73％）和AAG／CTT（4．73％）。利用Prime5软件,设计了206对EST-SSRs引物,随机选用72对引物进行SSR扩增,发现31对引物可以扩增出条带,其中29对引物具有多态性,多态性比率为93．5％。这些EST-SSRs将有助于茶树基因组学方面的研究。     

三年桐EST-SSR标记的开发与种质遗传多样性分析

以三年桐品种对年桐发育中的种子为材料,构建c DNA文库,获得3202个原始EST序列,经过去除冗余和低质量序列后,获得1047条非冗余单一序列,利用MISA软件从其中的173个非冗余EST序列中搜索得到212个SSR位点。其中,二核苷酸重复类型为主导(68.39%),其次是三核苷酸重复类型(25.94%),其优势基元为AG/CT(43.87%)、AT/AT(19.34%)和AGC/GCT(5.66%)。针对可设计引物的68个序列进行EST-SSR引物设计,结合PCR扩增和数据分析,鉴定出14对多态性标记,用该14对引物对169份三年桐种质资源进行遗传多样性检测,共得到41个等位基因(Na),平均每对引物扩增出2.93个等位基因,期望杂合度(He)变幅为0.08~0.63,平均值为0.33,多态性信息含量(PIC)变幅为0.08~0.56,平均值为0.3,表明14对EST-SSR标记多态性较高,能较好地反映三年桐种质的遗传多样性。三年桐种质资源按群体进行非加权配对算术平均法(UPGMA)聚类分析,群体间的相似度变幅为0.9604~0.9986,遗传距离变幅为0.0022~0.0404,表明三年桐群体间的遗传多样性相对较低,亲缘关系较近。对169份三年桐种质资源个体进行聚类分析,结果显示不同地理种源的遗传关系缺乏明显的地理结构。     

燕麦EST-SSR标记的开发和利用

为拓展分子标记在燕麦种质资源分析与鉴定中的应用,利用公共数据库中的25376条EST(expressed sequence tags)序列,开展了燕麦EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。25376条EST序列经拼接去冗余后获得了11618条序列,从中筛选出含有不同重复基元的SSR且重复次数较多、长度较长的556条EST序列进行引物设计,开发了50对燕麦EST-SSR引物,通过筛选得到40对有效的EST-SSR引物。选取其中4对引物对5个燕麦种质资源进行了PCR扩增及产物测序,结果表明扩增条带多态性是由SSR差异造成的。利用40对ESTSSR引物对15个六倍体燕麦种质资源进行遗传多样性分析,共扩增出89个等位基因,平均每对引物产生2.23个等位基因;UPGMA聚类分析表明,15个六倍体燕麦种质资源在Dice系数为0.93处聚为3支,基本上是按照不同种进行聚类的,在相同种中又根据地理来源分别聚集成支。利用40对EST-SSR引物对31个遗传背景不清的燕麦种质资源进行基因组倍性鉴定,发现这些种质中可能存在有四倍体和二倍体的燕麦新资源。本研究开发的燕麦EST-SSR功能性标记将在燕麦遗传多样性分析、遗传图谱构建及燕麦属内种间基因组鉴定等方面发挥重要作用。     

小麦EST-SSRs的通用性研究

小麦EST—SSRs是一种从小麦ESTs序列中开发的新型SSR标记。根据小麦ESTs设计的597对EST—SSRs引物在小麦、玉米、水稻和大豆中的有效扩增比率分别为80％、65．8％、62．1％和58．1％。其中,255对EST—SSRs引物(42．7％)在四种作物中都能获得预期产物。序列相似性比较发现,255个通用EST—SSRs标记所对应的基因80％功能已知,其中30％与蛋白质定位相关,其余70％参与细胞代谢、转录调控、细胞发育、防御体系及其他所涉及的生理生化过程。由于不同物种间基因保守性,本研究发掘的EST—SSRs引物对于小麦功能基因组和比较基因组研究都有重要意义。     

白菜EST-SSR标记的通用性

EST-SSR是从表达序列标签(expressedsequencetag,EST)中开发的新型简单序列重复(simplesequencerepeat,SSR)标记。根据白菜EST设计了15对SSR引物,对白菜、油菜、玉米、高粱、水稻和茶树等进行了PCR,研究了白菜的EST-SSR标记在不同物种间的通用性。所设计的引物对不同白菜品种、近缘种油菜和远缘种玉米、高粱、水稻和茶树的扩增成功率分别为100%、93.3%、80%、93.3%、93.3%和86.7%。在15对引物中,有11对在远缘种中都有扩增产物,而且一些引物可显示多态性,多态性引物分别占了可扩增引物的33.3%、28.6%、28.6%和61.5%。这些结果表明,白菜EST-SSR引物具有较高的通用性,这对于比较基因组学研究有重要意义。