核桃RAPD擴增產物的不同電泳檢測及其序列特點

摘要：1.3％瓊脂糖凝膠和5％聚丙烯酰胺凝膠電泳對核桃RAPD擴增產物檢測的結果表明。5％聚丙烯酰胺凝膠對RAPD擴增產物的分離效果較1.3％瓊脂糖凝膠好。根據兩者的電泳結果構建了樹狀聚類圖，聚類結果大致相同，兩種電泳方法都能正確地反映出品種間的遺傳關系。通過挑選20個片段進行克隆，發現20條序列都來自核桃基因組。其中，編碼蛋白基因的序列為5條，占所克隆片段的25％。

關鍵詞：核桃；RAPD；瓊脂糖凝膠電泳；聚丙烯酰胺凝膠電泳；序列特點

中圖分類號：Q503 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942(2010)10-0001-06

核桃(Juglans regia L)屬于胡桃科核桃屬，是我國栽培歷史悠久、分布廣泛的重要速生林業用材和可食性堅果樹種，其種仁除含脂肪、蛋白質、碳水化合物外，還含鈣、磷、鐵、胡蘿卜素、硫胺素、核黃索和尼克酸等多種成分，具有很高的營養價值、藥用價值和經濟價值，有“21世紀超級食品”的美譽。我國是核桃屬的分布中心區，也是核桃的原產地，核桃種質資源豐富，品種繁多，共記載品種有860多種，具有重要的生物學意義和經濟價值。核桃種質資源遺傳多樣性研究是核桃種質資源學研究的重要內容和核桃新品種選育的理論基礎。利用分子標記技術對核桃資源進行遺傳多樣性分析，可為資源的保護和利用提供可靠有效的理論依據，還可以搞清楚核桃種質資源內的物種關系，為核桃遺傳育種及遺傳規律的研究奠定基礎。另外，與其它大多數林木樹種相比，核桃通常作為果樹進行栽培，生產中對其品種純度的要求和果樹一樣高，理論上。相同品種的遺傳背景完全一致，因此核桃品種的鑒定對于苗木純度分析以及品種產權保護具有重要意義。建立簡便、快速、高效的核桃品種鑒定的技術體系具有必要性。

RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)，即隨機擴增多態性DNA，是分子標記的一種，具有模板DNA量少(15-25ng)、無或少污染、費用較低、實驗設備相對簡單、技術簡便等優點，且無需預先了解DNA模板的序列，在對遺傳背景所知甚少的物種遺傳分析方面具有特殊優勢。目前已經有RAPD用于核桃遺傳多樣性分析方面的文章報道，但是對于RAPD擴增產物的繼續深入分析，除了轉化為SCAR標記外，對于其性質目前還缺乏充分的認識。而聚丙烯酰胺凝膠(polyacrylamide gel，PAG)電泳比瓊脂糖凝膠電泳具有上樣量少、分辨率高、顯示信息完全等優點，有利于擴增產物的后續分析。迄今，將聚丙烯酰胺凝膠電泳應用于核桃RAPD中的研究還未見報道。本研究建立在已有的核桃RAPD反應體系的基礎上，利用16份重要的核桃品種進行RAPD擴增產物的瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠電泳比較，為RAPD技術在核桃中的科學與合理利用提供依據。同時，我們對20個隨機擴增片段的序列進行了測序分析，為更好地認識RAPD技術的實質以及該技術在核桃品種鑒定和遺傳分析等方面的合理利用提供理論依據。

1、材料與方法

1.1 材料

試驗材料來自山東省果樹研究所試驗五分場的國家核桃資源圃內，共16個樣本。編號及名稱見，表1。

1.2 DNA提取

采用張虎平等的改良CTAB法從核桃幼葉中提取基因組DNA，利用0.8％瓊脂糖凝膠電泳檢測，Eppendoff公司生產的Bio-Photometer核酸檢測儀檢測DNA溶液濃度與純度，最終將濃度稀釋至30ng/μl。

1.3 引物篩選

采用上海英駿生物技術公司生產的11個堿基的隨機引物，利用德國Eppendorf公司生產的Mastercycler ep gradient普通梯度PCR儀連續兩次PCR梯度篩選，可產生清晰且擴增穩定的引物。

反應體系為15μl，包括ddH₂O 8.3μl，10×Buffer 1.5μl，25 mmol/L Mg²⁺1.2μl，2.5 mmol/LdNTPs1.8μl，10 pmol/μl引物1.2山，30 ng/μl模板DNA lμl，5 U/μlDNA polymerase 0. 08μl。反應程序為：94℃預變性5 min；然后94℃變性50 s，35-45℃復性1min 20s，72℃延伸2min，共43個循環；最后72℃延伸10min，結束后保存在4℃條件下。擴增產物在1.3％瓊脂糖凝膠中電泳30-40min，溴化乙錠染色，紫外燈下觀察拍照。選擇擴增條帶清晰不彌散且穩定的溫度作為PCR擴增的最適退火溫度。

1.4 PCR擴增

反應體系和反應程序同引物篩選部分，不同引物根據表2中所列的退火溫度依次更改。

1.5 擴增產物電泳

瓊脂糖凝膠電泳同引物篩選部分所述，聚丙烯酰胺凝膠電泳采用5％非變性聚丙烯酰胺凝膠在北京六一儀器廠生產的DYY-Ⅱ型垂直板電泳儀及DYC-30型電泳槽中進行。上樣完畢后在200V、100mA電流條件下電泳90min。電泳結束后進行銀染，參考霍金龍等的方法。

1.6 片段回收克隆

從PAGE膠中割取目標片段，放入1.5ml離心管中，加100μl雙蒸水洗滌兩次，離心并吸去雙蒸水，加入1×PCR Buffer 100μl和25 mmol/LMg²⁺8μl，并用吸頭尖將凝膠碾碎，37℃下水浴5h。水浴結束后離心，然后吸取1μl上清液作為模板，并加入ddH₂O 8.3μl，10×Buffer1.5μl，25mmol/L Mg²⁺1.2μl，2.5 mmol/L dNTPs 1.8μl，10 pmol/μl引物1.2μl，5U/μl DNA polymerase0.08μl進行PCR檢測，反應程序同原引物的擴增程序。擴增產物進行瓊脂糖凝膠電泳以鑒定擴增條帶的特異性。

回收檢測后，將瓊脂糖上的特異片段割下，利用Axygen公司生產的AxyPrep DNA凝膠回收試劑盒回收特異片段，回收方法參照說明書。

回收后進行克隆，參照Sambrook等的步驟進行?？寺『笥赡暇┙鹚固毓具M行測序。

本研究中，考慮到測序效率，主要對長度為0.3-1.0kb的電泳片段進行回收與克隆。

1.7 數據處理

統計9個能產生多態位點的引物在16個DNA樣品中擴增的電泳帶總數與多態帶的數目(見表2)。在電泳圖譜的同一RAPD位點上有電泳帶記錄為1，無電泳帶記錄為0。作(0，1)矩陣圖輸入計算機。采用Popgene和treeview軟件，計算遺傳距離(GD)和Nei’s遺傳相似性系數(GS)，根據UPGMA方法構建聚類樹狀圖。

測序后的結果使用BioXM軟件去除載體序列部分，在NCBI(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov)上利用Blast(http：//blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)進行比對分析。

2、結果與分析

2.1 電泳結果比較

理論上，電泳系統對PCR擴增產物的分辨能力越高，展示越充分，就越能真實地反映出檢測物種的遺傳信息。我們采用聚丙烯酰胺凝膠電泳和瓊脂糖凝膠電泳兩種方式對核桃RAPD擴增產物進行了檢測，發現盡管兩種電泳系統都能獲得清晰的條帶(圖1、圖2)，但得到的譜帶數卻不盡相同。

統計瓊脂糖凝膠電泳結果(表2)顯示，9條引物在16個核桃品種中共擴增出56條清晰的條帶，其中多態性條帶為38條，多態性比例為67.7％，平均每條引物擴增出6.2條條帶，其中多態性條帶4.2條。擴增片段長度為240-2000bp。統計聚丙烯酰胺凝膠電泳結果(表2)顯示，共擴增出122條清晰的條帶，其中多態性條帶為99條，多態性比例為80.9％；平均每條引物擴增出13.6條帶，其中多態性條帶11條。擴增片段長度為200-2000bp。引物Y17通過瓊脂糖凝膠共擴增出10條帶，多態性條帶為9條，多態性比例為90％，而在聚丙烯酰胺凝膠則分別為17、17、100％。

從兩種電泳的統計結果可以發現，瓊脂糖凝膠電泳的RAPD譜帶平均包含約2條PCR擴增產物，說明瓊脂糖凝膠上的一條帶很可能是因為幾條帶在瓊脂糖凝膠上發生共遷移現象而形成的共有帶，共遷移現象明顯。

2.2 品種遺傳關系結果比較

圖3、4為根據遺傳距離，利用UPGMA方法構建的瓊脂糖凝膠聚類圖和聚丙烯酰胺凝膠聚類圖，16個品種都得到了很好的區分，兩者均能對所有品種進行正確的聚類。兩者的聚類結果基本相似，所有的品種均被分為兩個大群，第一個大群為意大利、元豐、魯核l號、遼核2號、岱香、N12-6、S1-19、S13-7、S11-8、魯光、魯香，其余為第二大群。在第一大群中，除了意大利以外，其余品種都屬于新疆早實群體；而第二大群的品種則屬于晚實品種以及麻核桃類。但是第二大群中麻核桃品種(磨盤、野雞心)與晚實核桃(禮品2號、晉龍1號、西洛2號)在聚丙烯酰胺凝膠聚類圖中得到了很好的區分，而在瓊脂糖凝膠聚類圖中沒有很好地區分開。

兩種電泳方式的比較說明，PAGE膠比瓊脂糖膠聚類的精準度更高，所反映出的核桃品種的遺傳相似性水平更為科學，這與其分離能力高有著直接的關系，但是瓊脂糖凝膠電泳具備操作簡單與便于觀察等方面的特點。因此應該針對不同的試驗要求選擇不同的電泳方式。

2.3 RAPD的PCR產物特點

從PAGE膠中隨機割取20個片段，進行回收、克隆測序后發現：在克隆片段序列的兩端都發現相應的引物序列，說明20個片段都來自于核桃基因組，證明了RAPD的PCR擴增的特異性與準確性。不同品種相同片段的序列分析表明，它們是不同品種基因組上相同位點的序列，表明PAGE電泳不存在或少有共遷移性現象。

將20條序列在NCBI網站上進行BLAST比對后(表3)發現：其中有1條序列編碼多藥耐藥蛋白。該序列全長為437bp，兩端均存在引物序列(5ˊ-AGCGTCCTCCG-3ˊ)，其堿基比例為A+T=55.15％，C+G=44.85％(圖5)?？梢酝茢嘣撈尉哂芯幋a多藥耐藥蛋白基因的部分序列。另外，有4條序列能編碼假定蛋白，剩余15條序列比對結果顯示同源性結果較低，可能是非編碼序列或者是核桃上尚未發現的新基因。所有序列的比對結果說明了RAPD不僅擴增非編碼基因序列，而且也擴增編碼蛋白的基因片段。

3、結論與討論

由于近年來核桃產業的不斷發展壯大，核桃無性系品種的推廣和深入，以及資源環境的破壞，核桃品種有朝單一性方面發展的趨勢，種質資源研究的重要性也引起越來越多人的重視。分子標記可以為種質資源的研究提供幾乎無限的多態性證據，通過分子標記進行資源鑒別，也可以避免資源保存中經常發生的資源混淆，為種質資源保存提供科學依據，有效地解決品種單一性發展的問題。AFLP、RAPD、SSR等DNA分子標記也常常被用于果樹品種鑒定以及遺傳多樣性研究。而RAPD具有技術簡便、費用較低、所需試驗設備相對簡單等特點。已見報道的利用RAPD分子標記來研究核桃遺傳多樣性的文章中，都是采用瓊脂糖凝膠進行電泳，而用聚丙烯酰胺凝膠電泳的卻未見報道。

本研究采用瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠兩種不同的電泳方式，通過對16個核桃品種的電泳分析發現，兩種不同的電泳方式都能對16個核桃品種進行準確區分，但在同等條件下，PAGE膠的分離能力明顯強于瓊脂糖凝膠，而瓊脂糖凝膠上的一條帶很有可能是幾條尚未跑開的條帶重合在一起，存在著共遷移現象。PAGE膠雖然分辨能力高，但是與瓊脂糖凝膠相比，存在著制膠不簡便、處理步驟多、時間長等缺點，因此，考慮到實驗要求和效率等方面的因素，我們建議在對核桃種質資源進行遺傳分析以及鑒別大量品種或親緣關系較近品種時優先選用PAGE-RAPD，從而達到更真實反映種質資源問的遺傳基礎以及高效、有效鑒定品種的目的。不過，瓊脂糖凝膠電泳的RAPD技術體系更方便與簡易，仍是品種快速鑒定的好方法，在鑒別大量品種時，可以通過增加引物數量來增加多態性譜帶的數量而達到鑒別效果。

本研究同時對20個隨機選取的聚丙烯酰胺凝膠電泳片段進行回收、克隆并測序，發現20個隨機產物都是從核桃基因組上隨機擴增得到的，其中有5條序列能編碼蛋白。進一步驗證了RAPD技術用于遺傳多樣性研究的準確性與可靠性。

因此，根據不同的實驗目的，有選擇性地采用合適的電泳方式，對于快速、準確地實現實驗目標具有重要的意義。

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