2021年中央一號文件提出“打好種業(yè)翻身仗”，再次明確了種業(yè)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性地位，根據(jù)規(guī)劃，到2025年，育種創(chuàng)新將取得重要進展，將培育一批有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心種源和節(jié)水高抗新品種。這推動了指紋圖譜在種質(zhì)資源鑒定和創(chuàng)新中的應(yīng)用。

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圖片來源 百度圖片

指紋圖譜相信大家都不陌生，之所以稱之為指紋，意思是它同人的指紋一樣是每個人所特有的，先秦時就已出現(xiàn)的簽字畫押，如今的指紋打卡和指紋解鎖，都是對指紋圖譜的應(yīng)用。指紋圖譜的開發(fā)可以基于表型，如手指指紋，也可以基于DNA、蛋白質(zhì)或多糖，那么基于DNA開發(fā)的指紋圖譜就是DNA指紋圖譜。

什么是DNA指紋圖譜？

1986 年Jeffreys發(fā)明了DNA指紋圖譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于品種資源多樣性和品種鑒定研究中。近幾十年，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，用于DNA指紋圖譜的標(biāo)記類型也在不斷更新，從傳統(tǒng)的限制性片段長度多態(tài)性(RFLP) 、隨 機 擴 增 多 態(tài) 性 ( RAPD) 、擴增片段長度多態(tài)性 ( AFLP) 標(biāo)記，發(fā)展到簡單重復(fù)序列標(biāo)記 ( SSR) ，應(yīng)用較多的是單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記 ( SNP) 。傳統(tǒng)標(biāo)記具有多態(tài)性低，對變異反應(yīng)較敏感等缺點，SNP 標(biāo)記作為第三代分子標(biāo)記，具有數(shù)量多、分布廣泛、二態(tài)性、很容易進行高通量檢測的優(yōu)點。目前，SNP 標(biāo)記是國際植物新品種權(quán)保護聯(lián)盟分子測試指南中構(gòu)建DNA指紋數(shù)據(jù)庫的推薦標(biāo)記之一［1,2］。

SNP標(biāo)記開發(fā)技術(shù)有重測序技術(shù)，芯片，簡化基因組技術(shù)等，簡化基因組技術(shù)不依賴于參考基因組、不需要定制且能夠檢出新位點，廣泛應(yīng)用于SNP的開發(fā)中，下面我們來看幾個簡化基因組用于DNA指紋圖譜構(gòu)建的案例和思路。

案例1：中國雪茄煙草種質(zhì)資源SNP指紋圖譜數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[3]

研究內(nèi)容

雪茄煙草是一種重要的經(jīng)濟作物，在世界各地廣泛種植。近年來，品種鑒定已成為種質(zhì)保存中常見的問題。這給雪茄種質(zhì)資源的編目和保存、育種親本的選擇以及優(yōu)質(zhì)品種的推廣和利用帶來了很大的不便和不確定性。因此，利用DNA指紋技術(shù)實現(xiàn)品種的快速、準(zhǔn)確鑒定，可以在種質(zhì)鑒定和產(chǎn)權(quán)糾紛中發(fā)揮重要作用。

圖片來源 蜂鳥網(wǎng)

本研究利用簡化基因組GBS技術(shù)對113份雪茄煙草品種進行SNP標(biāo)記。

過濾后得到580,942個高質(zhì)量SNP。利用580,942個SNP位點對113份雪茄煙進行PCA、種群結(jié)構(gòu)分析和進化樹分析。結(jié)果表明，這些雪茄資源的地理來源分類不同，遺傳背景復(fù)雜多樣。作者進一步從這些高質(zhì)量SNP中篩選出163個SNP位點，其中133個位點成功轉(zhuǎn)化為KASP標(biāo)記。最終得到47個核心KASP標(biāo)記和24個候選核心標(biāo)記。利用核心標(biāo)記對216份雪茄種質(zhì)進行了品種鑒定和指紋圖譜分析。

本研究對雪茄煙草種質(zhì)進行SNP指紋圖譜、二維條形碼和遺傳分析，為篩選鑒定優(yōu)質(zhì)雪茄煙草種質(zhì)、挖掘重要基因提供科學(xué)依據(jù)，拓寬雪茄煙草遺傳和后續(xù)育種工作的分子水平。

研究思路

結(jié)果展示

圖注：216種雪茄煙草的指紋。每一行代表一個SNP位點，每一列代表一個樣本。黃色、綠色、藍色和紫色分別代表核苷酸C/C、A/A、T/T和G/G。丟失的數(shù)據(jù)以灰色顯示。雜合位點用白色表示

圖注：雪茄個體的指紋圖譜二維碼

案例2：三種嘎啦蘋果特異性分子標(biāo)記及其篩選方法和應(yīng)用[4]

研究內(nèi)容

在過去的幾十年中，通常根據(jù)形態(tài)、生理和一些農(nóng)藝性狀對果樹品種(系)進行鑒定。然而，傳統(tǒng)的基于形態(tài)性狀的品種鑒定需要廣泛的觀察成熟的植物。而且，在許多情況下，它缺乏準(zhǔn)確的定義和客觀性(Wrigley etal.,1987)。此外，受環(huán)境影響，形態(tài)學(xué)性狀不能作為明確的標(biāo)記。嘎啦系列蘋果中嘎啦、nema嘎啦和新嘎啦是目前嘎啦系列品種的主栽品種，但這三種蘋果在苗期相似度非常高，而我國目前蘋果品種正處在新舊品種更替，矮化密植已經(jīng)是發(fā)展的趨勢，因此提供簡便可靠的方法確保種苗企業(yè)能夠從源頭上對品種控制準(zhǔn)確顯得尤為重要。在過去的20年間，分子標(biāo)記技術(shù)的快速發(fā)展成功的解決了這一難題。品種特異的遺傳標(biāo)記因不受生理或環(huán)境的影響而在品種鑒定工作中呈現(xiàn)獨特的優(yōu)勢。

針對現(xiàn)有技術(shù)中三種嘎啦蘋果苗期不易鑒定的缺陷，本發(fā)明提供一種嘎啦、nema嘎啦和新嘎啦蘋果的特異性分子標(biāo)記的篩選方法，并應(yīng)用該方法鑒定到11個品種特異的SNP標(biāo)記，基于這些標(biāo)記開發(fā)出一種簡便、快速、可靠鑒定三種嘎啦蘋果的方法，為從源頭準(zhǔn)確控制品種奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

研究思路

研究展示

圖注：11個SNP對18份蘋果樣本進行進化樹構(gòu)建

案例3：基于SNP標(biāo)記的菜豆品種真實性和純度鑒定技術(shù)[5]

研究內(nèi)容

采用2b-RAD技術(shù)對200份國內(nèi)外菜豆品種進行全基因組掃描、分析和評價，從中篩選出3302個高分辨率、單拷貝和分布比較均勻的SNP標(biāo)記，可以將除2個近等基因材料以外的198份品種資源區(qū)分開?；诮M合最優(yōu)化算法，利用Haploview4.2軟件獲得了菜豆資源鑒定最少SNP位點組合一套，包含46個Tag-SNP 標(biāo)記，與3302個SNP標(biāo)記區(qū)分結(jié)果相同。本研究可為菜豆真實性和品種純度鑒定技術(shù)體系的建立和指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

研究思路

結(jié)果展示

圖注：鄰接法構(gòu)建200個菜豆品種的系統(tǒng)進化樹

參考文獻：

[1]?魏慶鎮(zhèn)等. "浙茄類型茄子品種DNA指紋圖譜構(gòu)建."?浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報?31.11(2019):8.

[2]?Button, P. (2008). International Union for the protection of New Varieties of ?Plants (UPOV) recommendations on varieties denominations. Acta Hortic. 799, 191–200. doi:10.17660/ActaHortic.2008.799.27

[3]?Wang, Yanyan et al. “Construction of a SNP Fingerprinting Database and Population Genetic Analysis of Cigar Tobacco Germplasm Resources in China.”?Frontiers in plant science?vol. 12 618133. 24 Feb. 2021, doi:10.3389/fpls.2021.618133

[4]?尼秀媚等. "三種嘎啦蘋果特異性分子標(biāo)記及其篩選方法和應(yīng)用.", CN111560463A. 2020.

[5]?顏廷進等. "基于SNP標(biāo)記的菜豆品種真實性和純度鑒定技術(shù)." 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)?51.12(2019):9.

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