基本信息
- 项目名称：
- 基于玉米全基因组序列的SSR标记开发及验证
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 目前可利用的玉米SSR标记仅2000余对，难以满足当前研究需要，随着基因测序技术和计算生物学的发展，使利用生物信息学的方法大规模开发玉米SSR标记成为可能。本文采用MISA软件扫描玉米B73全基因组序列，Blastn软件比对分析筛选单一SSR位点，在B73和Mo17中进行e-PCR,得到具多态性SSR位点。结果表明我们开发了一套高密度和高多态性的玉米SSR标记。
- 详细介绍：
- 玉米是全球重要的粮食和经济作物，近年来我国的粮食问题日趋明显，迫切需求培育高产、抗逆、品质优良的玉米新品种。常规育种在玉米遗传改良方面取得了显著成就，然而其培育的新品种数量仍有限，难以满足当前生产需要，分子标记辅助育种是一种新的高效的育种手段。SSR标记这一较为理想的分子标记具备多态性丰富、重复性好、易于使用、可检测位点多、技术要求低、成本低廉、共显性且均匀覆盖整个基因组等优点，已成为遗传和育种研究中的有效工具，也是目前应用最广泛的标记。但是传统方法开发SSR标记涉及文库构建、探针杂交，工作量大、效率低。致使目前可利用的玉米SSR标记仅2000余对，难以满足研究需要。 随着测序技术的发展，测序成本降低、速度加快，计算生物学家近年来也开发了大量的SSR扫描软件，二者的有机结合使得利用生物信息学的方法大规模开发玉米SSR标记成为可能。 本研究利用MISA扫描软件扫描玉米B73全基因组序列，得到全基因组的SSR位点（143935个），分析了玉米基因组SSR位点的组成及分布。通过Blastn软件比对筛选出单一SSR位点（73970个，51.40%），对单一位点SSR设计特异引物，在玉米模式自交系B73和Mo17中进行e-PCR模拟扩增，得到具多态性SSR标记24296个，占总SSR位点的16.88%，占总单一SSR位点的32.85%。实验还合成了1119对SSR引物对11玉米材料进行多态性验证，具有多态性的SSR位点778个（69.5%），平均多态性为0.589，其中在B73和Mo17间具有多态性的SSR位点437个（39.05%）,平均多态性为0.655。本研究开发的这套高密度和高多态性的SSR标记，有望对提高玉米遗传和分子标记辅助选择等研究的效率有所帮助。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 玉米是全球重要的粮食作物，随着粮食问题加剧，迫切需求培育高产、抗逆、品优的新品种。SSR标记是分子标记辅助育种的有效工具，但传统方法开发SSR标记工作量大、效率低，致使玉米SSR标记仅2000余对，难以满足研究需要。本实验采用MISA扫描玉米B73全基因组，得到SSR位点。通过Blastn比对筛选单一SSR位点，对其设计特异引物，采用e-PCR对B73和Mo17模拟扩增，得到具多态性SSR标记。
科学性、先进性及独特之处
- 随着测序技术的进步和一系列SSR扫描软件的开发（如MISA、SSRLocator），使得利用生物信息学的方法大规模开发SSR标记成为可能。本实验利用Perl语言和MISA软件首次对玉米全基因组序列进行SSR标记开发，通过Blastn比对分析、e-PCR模拟扩增，得到具多态性SSR标记，并采用1119对SSR引物和11个玉米材料进行了多态性验证，获得了一套高密度和高多态性的玉米SSR标记。
应用价值和现实意义
- 本研究在玉米10条染色体上共搜索到143935个SSR位点，平均长度17.77bp，其中单一SSR位点73970个，在玉米模式自交系B73和Mo17中具多态性的SSR位点24296个。这一套高密度和高多态性的SSR标记开发将为玉米遗传和育种研究提供帮助，可将其运用于高密度遗传连锁图谱构建、基因精细定位、关联分析和分子标记辅助育种等。
学术论文摘要
- 简单序列重复（SSR）是1-6个核苷酸的串联重复，在真核和原核基因组中广泛存在。分子标记在玉米遗传和育种研究中发挥了重要作用，随着基因组测序和生物信息学的发展，使采用生物信息学方法进行大规模开发SSR标记成为可能。本文采用MISA软件扫描玉米B73全基因组序列，共得到143935个SSR位点，平均14.35Kb出现一个SSR。通过Blastn软件比对分析，筛选出单一SSR位点(UniqueSSR)73970（51.40%）个，这些单一SSR位点在玉米模式自交系B73和Mo17中具有多态性的有24296个，占总SSR位点的16.88%，占总单一SSR位点的32.85%。实验选取1119个均匀分布在基因组上的SSR位点，对11个玉米骨干自交系进行多态性验证，具有多态性的SSR位点778个（69.5%），平均多态性信息量为0.589，其中在B73和Mo17间具有多态性的SSR位点437个（39.05%）,平均多态性信息量为0.655。本实验开发了一套高密度和高多态性的玉米SSR标记，以期为玉米遗传和分子标记辅助研究提供帮助。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 共获得SSR标记143935个，单一位点SSR标记73970个（51.40%）、具多态性SSR标记24296个（16.88%，32.8%），分析了这些SSR标记的组成及分布，并进行了多态性验证。
参考文献
- van de Wiel C, Arens P, et al. Microsatellite retrieval in lettuce (Lactuca sativa L.). Genome, 1999. 42(1): 139-149. Schnable PS, Doreen Ware, et al. The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics. science, 2009. 326(5956): 1112-1115. Zhang Z, Y Deng, et al. A genome-wide microsatellite polymorphism database for the indica and japonica rice. DNA research, 2007. 14(1): 37-45. Yonemaru J，T Ando, et al. Development of genome-wide simple sequence repeat markers using whole-genome shotgun sequences of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). DNA research, 2009. 16(3): 187-193. Lawson MJ, L Zhang, et al. Distinct patterns of SSR distribution in the Arabidopsis thaliana and rice genomes. Genome Biology, 2006. 7(2) : R14. Jan Mrázek, Xiangxue Guo, et al. Simple sequence repeats in prokaryotic genomes. PNAS, 2007.104(20): 8472-8477.
同类课题研究水平概述
- 玉米是全球最重要的禾谷类作物之一，在世界上很多国家被广泛种植。目前玉米生产不仅面临持续增产和提高品质的压力，还面临病虫害加剧、自然条件愈加恶劣的情况,迫切需要深入研究玉米分子遗传机理和提高玉米育种效率。分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的一种新的遗传标记形式。近30年来分子标记对作物遗传和育种研究的发展起到了革命性的作用，其应用涉及到遗传图谱的构建、重要性状基因或QTL的定位、图位克隆、分子标记辅助选择等多个领域。自1980年Botstein等首次提出用RFLP作为遗传标记构建遗传连锁图谱以来，分子标记技术及其应用研究日新月异，相继出现了RFLP、SSR、SNP等20多种DNA分子标记。 SSR(simple sequence repeats,)标记又称微卫星标记，是由1～6个核苷酸组成的简单重复序列，广泛分布于真核生物基因组中。SSR标记是较为理想的分子标记,具备多态性丰富、重复性好、可检测位点多、技术要求低、共显性且均匀覆盖整个基因组等特点，已成为遗传和育种研究的有效工具，也是目前应用最广泛的分子标记，即使SNP标记出现，SSR标记依然不可被替代。传统的SSR标记开发方法涉及文库构建、探针杂交，工作量大、效率低。目前已公布玉米SSR标记仅2000余对，难以满足当前研究的需要。研究者尝试采用生物信息数据库的数据，进行SSR标记开发，如赵美琼在2008年利用了玉米EST数据进行SSR标记开发，但是有限的数据限制了标记的开发。继水稻基因组测序计划的完成，2009年玉米B73基因组测序工作结束，玉米成为第二个完成全基因组测序的主要作物。随着测序技术的不断进步，测序的成本降低、速度加快，越来越多的玉米骨干自交系被重测序，如Mo17、Ye478等。随着生物信息学技术的发展，目前计算生物学家们已经开发了一系列进行SSR扫描的软件，如SSRIT、MISA、SSRLocator，这些软件的开发提高了标记开发的效率。Zhang等在2007年利用籼稻和粳稻基因组数据进行了全基因组范围内的SSR标记的开发，Yonemaru等在2009年利用高粱基因组数据进行了全基因组范围内的SSR标记的开发，获得了大量的SSR标记。
