摘要:【目的】建立一套快速、準(zhǔn)確、高效的茄子雜交種純度鑒定方法,為其制種過程中除偽存真及大面積推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。【方法】挑選已公布的48對(duì)SSR引物對(duì)2個(gè)茄子雜交種15-16和1-7的親本進(jìn)行多態(tài)性標(biāo)記篩選,選取有效引物對(duì)茄子雜交種進(jìn)行純度鑒定,并結(jié)合田間植株純度鑒定,驗(yàn)證SSR分子標(biāo)記純度鑒定的有效性。【結(jié)果】在48對(duì)SSR引物中,有12對(duì)引物在雜交種15-16親本材料中存在多態(tài)性,其多態(tài)性引物帶型呈互補(bǔ)帶型的有8對(duì)(SM14、SM15、SM17、SM20、SM29、SM30、SM34和SM45);有5對(duì)引物在雜交種1-7親本材料中存在多態(tài)性,其多態(tài)性引物帶型呈互補(bǔ)帶型的有4對(duì)(SM15、SM20、SM24和SM29)。分別選取2對(duì)呈互補(bǔ)帶型的SSR引物進(jìn)行雜交種純度鑒定,結(jié)果顯示雜交種15-16和1-7的純度分別為99%和100%,與田間種植鑒定結(jié)果一致。【結(jié)論】采用SSR分子標(biāo)記檢測(cè)茄子雜交種純度具有準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn),可為茄子雜交制種過程中真假雜種鑒定提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞: 茄子;雜交種;純度鑒定;SSR分子標(biāo)記
中圖分類號(hào): S641.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-1191(2017)07-1148-07
0 引言
【研究意義】茄子(Solanum melongena L.)屬茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)一年生草本植物,是世界上重要的蔬菜作物之一(Gramazio et al.,2016),原產(chǎn)于亞洲熱帶地區(qū),在我國各地均有種植。生產(chǎn)上,利用茄子雜種優(yōu)勢(shì)的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)效果顯著。目前,茄子雜交制種主要采用人工授粉的方法,加上生物混雜和機(jī)械混雜等因素干擾,獲得的雜交種種子質(zhì)量無法保證,因此要保證茄子雜交種質(zhì)量,就必須對(duì)其進(jìn)行純度鑒定(張敏等,2013),即雜交育種過程中的種子純度鑒定是保證作物產(chǎn)量和品種質(zhì)量的關(guān)鍵。【前人研究進(jìn)展】現(xiàn)階段茄子種子純度鑒定主要依靠田間種植方法,不僅周期較長,鑒定成本高,還易受環(huán)境因素和人為因素影響(李懷志等,2011;潛宗偉等,2014)。如何準(zhǔn)確、高效地鑒定茄子種子純度已成為育種生產(chǎn)亟待解決的首要問題。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展,DNA分子標(biāo)記已涉及到各研究領(lǐng)域,尤其在農(nóng)作物種子純度鑒定方面呈現(xiàn)出替代傳統(tǒng)田間種植鑒定的趨勢(shì)(李進(jìn)波等,2005;王同華等,2012;劉國棟等,2013;陰云伙等,2015)。SSR簡(jiǎn)單重復(fù)序列又稱為微衛(wèi)星DNA,廣泛分布于基因組的不同位置,其高度多態(tài)性主要來源于串聯(lián)數(shù)目的不同,根據(jù)兩端序列的高度保守性可設(shè)計(jì)引物對(duì)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,以揭示其多態(tài)性。SSR分子標(biāo)記具有分布數(shù)量豐富、多態(tài)性高、共顯遺傳、擴(kuò)增穩(wěn)定和易檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),目前已成功應(yīng)用于多種農(nóng)作物的遺傳多樣性分析、遺傳圖譜構(gòu)建、重要性狀標(biāo)記及相關(guān)基因克隆等領(lǐng)域(李根英等,2006;常瑋等,2009;陸徐忠等,2014;李淑斌等,2015;倪先林等,2015;葉春秀等,2015;Kumar et al.,2016;孫萍等,2017)。在茄子雜交種鑒定方面,王利英等(2012)從236對(duì)SSR分子標(biāo)記篩選出15個(gè)多態(tài)性標(biāo)記,對(duì)3個(gè)茄子品種進(jìn)行鑒定,結(jié)果表明,應(yīng)用SSR分子標(biāo)記進(jìn)行茄子品種純度鑒定與田間檢測(cè)結(jié)果一致;潛宗偉等(2014)從152對(duì)SSR引物中篩選出2對(duì)有效引物,并利用這2對(duì)引物對(duì)京茄218雜交種進(jìn)行純度鑒定,結(jié)果證實(shí),與傳統(tǒng)田間鑒定相比,SSR分子標(biāo)記是一種更準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、高效的茄子種子純度鑒定方法。【本研究切入點(diǎn)】不同雜交種鑒別所需SSR分子標(biāo)記也不同,且茄子雜交種從制種到大面積生產(chǎn)播種周期較長,傳統(tǒng)田間種植鑒定耗時(shí)費(fèi)工,因此急需建立一套快速、準(zhǔn)確、高效且適合當(dāng)?shù)靥囟ㄇ炎悠贩N的雜交種純度鑒定方法。【擬解決的關(guān)鍵問題】以茄子雜交品種15-16和1-7及其親本為供試材料,篩選出特異性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的SSR分子標(biāo)記引物,旨在建立一套快速、準(zhǔn)確、高效的茄子雜交種純度鑒定方法,為其制種過程中除偽存真及大面積推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。
1 材料與方法
1. 1 試驗(yàn)材料
茄子15-16和1-7均為雜交種,其親本為武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院蔬菜科學(xué)研究所選育獲得的高代自交系。雜交種15-16(紫茄)表現(xiàn)為長條形,早中熟,耐熱性較強(qiáng),果萼片、果面呈黑紫色,果長約35.0 cm,果徑約3.5 cm,適宜在長江流域及以南地區(qū)露地栽培。雜交種1-7(綠茄)表現(xiàn)為粗棒形,耐低溫能力強(qiáng),果萼片呈亮綠、果面呈黑紫色,果長約32.0 cm,果徑約6.0 cm,適合保護(hù)地越冬栽培。雜交種及其親本材料采用穴盤法育苗,在幼苗出現(xiàn)3~4片真葉時(shí)定植溫室大棚,雜交種群體按順序進(jìn)行編號(hào)。
1. 2 試驗(yàn)方法
1. 2. 1 茄子基因組DNA提取 茄子基因組DNA提取參考沈進(jìn)娟等(2016)的方法,采集幼葉進(jìn)行基因組DNA提取,純合親本各取10株混樣提取基因組DNA,雜交種分單株對(duì)應(yīng)編號(hào)分別提取100株基因組DNA。提取方法:剪去幼苗嫩葉置于研缽中,加入800 μL 2×CTAB提取液(含1% β-巰基乙醇)進(jìn)行研磨,勻漿后轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管中;加入等體積的氯仿/異戊醇(24∶1),混勻,室溫下12000 r/min離心10 min,取上清液重復(fù)抽提1次;上清液用等體積的異丙醇在-20 ℃下沉淀1 h,然后4 ℃下12000 r/min離心10 min,沉淀用75%乙醇洗滌2次,晾干后,加入適量含RNase A的雙蒸水溶解,DNA存儲(chǔ)管編號(hào)和田間編號(hào)順序一致。
1. 2. 2 SSR擴(kuò)增反應(yīng)及電泳檢測(cè) 參考Nunome等(2003a,2003b)開發(fā)的茄子SSR分子標(biāo)記引物,挑選其中48對(duì)引物由武漢擎科生物技術(shù)有限公司合成。SSR-PCR反應(yīng)體系12.0 μL,包含6.0 μL PCR Mix(2×),3.0 μL ddH2O,1.0 μL模板DNA(50 ng/μL),正、反方向引物各1.0 μL(2.5 μmol/L)。擴(kuò)增程序:94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃ 30 s,56 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,進(jìn)行30個(gè)循環(huán);72 ℃延伸5 min;12 ℃終止反應(yīng)。退火溫度統(tǒng)一設(shè)定為56 ℃。擴(kuò)增產(chǎn)物加入2.0 μL 6×DNA變性Buffer,95 ℃變性5 min后立即冰上預(yù)冷,再以6%變性聚丙烯酰胺凝膠(PAGE)電泳進(jìn)行檢測(cè)(45 W,80 min)。PAGE凝膠經(jīng)0.5%硝酸銀染色后,以2%氫氧化鈉和0.5%甲醛顯色。
1. 2. 3 多態(tài)性引物篩選 將備用的48對(duì)SSR引物用于4個(gè)親本的特異帶譜篩選,篩選出條帶清晰、多態(tài)性較好的共顯性標(biāo)記,用于后續(xù)雜交種純度鑒定。
1. 2. 4 種子純度鑒定 分別挑選2對(duì)多態(tài)性好的共顯性標(biāo)記引物用于2個(gè)雜交種群體純度鑒定,觀察雜種是否為親本雜合帶型,對(duì)PAGE凝膠結(jié)果進(jìn)行拍照記錄。
1. 2. 5 田間種植純度鑒定 雜交種15-16和1-7分別按行株距45 cm×40 cm進(jìn)行種植,各種植100株,依次進(jìn)行編號(hào),觀察統(tǒng)計(jì)各植株的農(nóng)藝性狀。根據(jù)父、母本與雜交種的葉色、株型、花色和果型等進(jìn)行田間純度鑒定,并與SSR分子標(biāo)記鑒定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證SSR分子標(biāo)記純度鑒定的有效性。
2 結(jié)果與分析
2. 1 多態(tài)性引物篩選結(jié)果
利用48對(duì)SSR引物在雜交種15-16和1-7親本材料中進(jìn)行初篩及重復(fù)性驗(yàn)證,最終確定有14對(duì)多態(tài)性引物(圖1),多態(tài)性引物比例為29.17%。其中,12對(duì)SSR引物在雜交種15-16親本材料中存在多態(tài)性,5對(duì)SSR引物在雜交種1-7親本中存在多態(tài)性,特異性SSR引物信息詳見表1。在雜交種15-16中,多態(tài)性引物帶型偏親本一方的引物有4對(duì)(SM2、SM4、SM42和SM47),呈互補(bǔ)帶型的有8對(duì)(SM14、SM15、SM17、SM20、SM29、SM30、SM34和SM45);在雜交種1-7中,多態(tài)性引物帶型偏親本一方的引物有1對(duì)(SM41),呈互補(bǔ)帶型的有4對(duì)(SM15、SM20、SM24和SM29)。值得注意的是,引物對(duì)SM20和SM29能分別擴(kuò)增出3種不同帶型(母本帶型、父本帶型和其他帶型),引物對(duì)SM4能擴(kuò)增出兩套親本的差異帶型,因此這3對(duì)引物可用于鑒別其他雜株的混入。
2. 2 茄子雜交種種子純度鑒定結(jié)果
選取多態(tài)性引物SM17和SM30對(duì)茄子雜交種15-16單株材料進(jìn)行純度鑒定,另取多態(tài)性引物SM15和SM29對(duì)雜交種1-7單株材料進(jìn)行純度鑒定,結(jié)果顯示,引物SM17和SM30鑒定出茄子雜交種15-16的純度均為99%,對(duì)應(yīng)雜交種編號(hào)為70號(hào),相應(yīng)編號(hào)在兩對(duì)引物對(duì)中均表現(xiàn)為母本帶型(圖2和圖3),說明70號(hào)單株很有可能為母本混雜,無父本和其他雜交種混入。引物SM15和SM29鑒定出茄子雜交種1-7的純度為100%(圖4和圖5),無父母本和其他雜交種混雜。
通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在雜交種15-16和1-7兩個(gè)群體中所選取SSR引物對(duì)100株雜交種的純度鑒定結(jié)果非常準(zhǔn)確。在雜交種15-16群體中,70號(hào)單株在兩對(duì)SSR引物上均呈母本帶型,其他單株則表現(xiàn)為父母親本雜合帶型;在雜交種1-7群體中,所有單株在兩對(duì)SSR引物上均表現(xiàn)為父母親本雜合帶型。說明這些SSR引物均可用于茄子雜交種15-16和1-7的純度鑒定。
2. 3 田間種植鑒定結(jié)果
于始花期根據(jù)茄子株形、花色和萼片顏色等對(duì)兩個(gè)雜交種群體進(jìn)行田間表現(xiàn)調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)雜交種群體的群內(nèi)長勢(shì)較一致。在雜交種15-16的100株群體中,70號(hào)單株與32號(hào)對(duì)照單株(CK)明顯不同,其株系較矮、葉色較淺(圖6),但與母本表型基本相似,確定其群體純度為99%。在雜交種1-7的100株群體中,所有單株表型均表現(xiàn)一致,未發(fā)現(xiàn)親本或其他雜交種污染。即田間種植調(diào)查結(jié)果與SSR分子標(biāo)記純度鑒定結(jié)果一致。
3 討論
茄子存在遠(yuǎn)緣雜交不親和,因此其商業(yè)品種幾乎全部來自栽培茄自交系配組(莊勇和王述彬,2007)。茄子栽培種親緣關(guān)系較近,要找到親本間多態(tài)性呈共顯性表達(dá)的SSR分子標(biāo)記通常比較困難。此外,不同茄子品種間的多態(tài)性標(biāo)記也各不相同,需重新篩選適合的多態(tài)性分子標(biāo)記。SSR分子標(biāo)記具有穩(wěn)定性強(qiáng)、共顯性高等優(yōu)點(diǎn),非常適合應(yīng)用于種子純度鑒定,目前該技術(shù)已在水稻、玉米、小麥、大豆和番茄等農(nóng)作物中得到廣泛應(yīng)用(李根英等,2006;常瑋等,2009;陸徐忠等,2014;王鳳格等,2014;趙海艷等,2015)。SSR分子標(biāo)記在茄子中的應(yīng)用雖已有報(bào)道,但篩選出的多態(tài)性引物相對(duì)較少,且尚未形成統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
本研究采用SSR分子標(biāo)記對(duì)2個(gè)茄子雜交種15-16和1-7的親本材料進(jìn)行SSR引物多態(tài)性篩選,結(jié)果表明,針對(duì)雜交種15-16的有效(互補(bǔ)型)引物有8對(duì)(SM14、SM15、SM17、SM20、SM29、SM30、SM34和SM45),針對(duì)雜交種1-7的有效(互補(bǔ)型)引物有4對(duì)(SM15、SM20、SM24和SM29)。選取引物對(duì)SM17和SM30用于雜交種15-16的種子純度鑒定,發(fā)現(xiàn)兩對(duì)引物鑒定的雜交種純度均為99%,且混雜單株的編號(hào)與田間種植鑒定的植株編號(hào)一致,說明這兩對(duì)引物可用于雜交種15-16群體材料種子純度的SSR分子標(biāo)記鑒定。該套茄子雜交種群體存在的母本污染可能是由于母本去雄不徹底或人為操作誤差所致。此外,選取引物對(duì)SM15和SM29用于雜交種1-7的種子純度鑒定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)所檢測(cè)材料的帶型圖譜均呈父母親本雜合帶型,判定其純度為100%,與田間種植鑒定結(jié)果吻合,說明此套材料生產(chǎn)制種較嚴(yán)格,同時(shí)證實(shí)這兩對(duì)引物可用于雜交種1-7群體材料種子純度的SSR分子標(biāo)記鑒定。綜上所述,采用SSR分子標(biāo)記檢測(cè)茄子雜交種種子純度具有準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn),可為茄子雜交制種中真假雜種鑒定提供技術(shù)支持。
4 結(jié)論
采用SSR分子標(biāo)記檢測(cè)茄子雜交種純度具有準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn),可為茄子雜交制種過程中真假雜種鑒定提供技術(shù)支持。
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(責(zé)任編輯 蘭宗寶)