简化基因组助力DNA指纹图谱研究

2022-06-30 19:47:32, 星标关注上海欧易生物医学科技有限公司

2021年中央一号文件提出“打好种业翻身仗”，再次明确了种业的基础性、战略性地位，根据规划，到2025年，育种创新将取得重要进展，将培育一批有自主知识产权的核心种源和节水高抗新品种。这推动了指纹图谱在种质资源鉴定和创新中的应用。

图片来源百度图片

指纹图谱相信大家都不陌生，之所以称之为指纹，意思是它同人的指纹一样是每个人所特有的，先秦时就已出现的签字画押，如今的指纹打卡和指纹解锁，都是对指纹图谱的应用。指纹图谱的开发可以基于表型，如手指指纹，也可以基于DNA、蛋白质或多糖，那么基于DNA开发的指纹图谱就是DNA指纹图谱。

什么是DNA指纹图谱？

1986 年Jeffreys发明了DNA指纹图谱技术广泛应用于品种资源多样性和品种鉴定研究中。近几十年，随着分子生物学的发展，用于DNA指纹图谱的标记类型也在不断更新，从传统的限制性片段长度多态性(RFLP) 、随机扩增多态性 ( RAPD) 、扩增片段长度多态性 ( AFLP) 标记，发展到简单重复序列标记 ( SSR) ，最新应用较多的是单核苷酸多态性标记 ( SNP) 。传统标记具有多态性低，对变异反应较敏感等缺点，SNP 标记作为第三代分子标记，具有数量多、分布广泛、二态性、很容易进行高通量检测的优点。目前，SNP 标记是国际植物新品种权保护联盟分子测试指南中构建DNA指纹数据库的推荐标记之一^［1,2］。

SNP标记开发技术有重测序技术，芯片，简化基因组技术等，简化基因组技术不依赖于参考基因组、不需要定制且能够检出新位点，广泛应用于SNP的开发中，下面我们来看几个简化基因组用于DNA指纹图谱构建的案例和思路。

案例1：中国雪茄烟草种质资源SNP指纹图谱数据库构建^[3]

研究内容

雪茄烟草是一种重要的经济作物，在世界各地广泛种植。近年来，品种鉴定已成为种质保存中常见的问题。这给雪茄种质资源的编目和保存、育种亲本的选择以及优质品种的推广和利用带来了很大的不便和不确定性。因此，利用DNA指纹技术实现品种的快速、准确鉴定，可以在种质鉴定和产权纠纷中发挥重要作用。

图片来源蜂鸟网

本研究利用简化基因组GBS技术对113份雪茄烟草品种进行SNP标记。

过滤后得到580,942个高质量SNP。利用580,942个SNP位点对113份雪茄烟进行PCA、种群结构分析和进化树分析。结果表明，这些雪茄资源的地理来源分类不同，遗传背景复杂多样。作者进一步从这些高质量SNP中筛选出163个SNP位点，其中133个位点成功转化为KASP标记。最终得到47个核心KASP标记和24个候选核心标记。利用核心标记对216份雪茄种质进行了品种鉴定和指纹图谱分析。

本研究对雪茄烟草种质进行SNP指纹图谱、二维条形码和遗传分析，为筛选鉴定优质雪茄烟草种质、挖掘重要基因提供科学依据，拓宽雪茄烟草遗传和后续育种工作的分子水平。

研究思路

结果展示

图注：216种雪茄烟草的指纹。每一行代表一个SNP位点，每一列代表一个样本。黄色、绿色、蓝色和紫色分别代表核苷酸C/C、A/A、T/T和G/G。丢失的数据以灰色显示。杂合位点用白色表示

图注：雪茄个体的指纹图谱二维码

案例2：三种嘎啦苹果特异性分子标记及其筛选方法和应用^[4]

研究内容

在过去的几十年中，通常根据形态、生理和一些农艺性状对果树品种(系)进行鉴定。然而，传统的基于形态性状的品种鉴定需要广泛的观察成熟的植物。而且，在许多情况下，它缺乏准确的定义和客观性(Wrigley etal.,1987)。此外，受环境影响，形态学性状不能作为明确的标记。嘎啦系列苹果中嘎啦、nema嘎啦和新嘎啦是目前嘎啦系列品种的主栽品种，但这三种苹果在苗期相似度非常高，而我国目前苹果品种正处在新旧品种更替，矮化密植已经是发展的趋势，因此提供简便可靠的方法确保种苗企业能够从源头上对品种控制准确显得尤为重要。在过去的20年间，分子标记技术的快速发展成功的解决了这一难题。品种特异的遗传标记因不受生理或环境的影响而在品种鉴定工作中呈现独特的优势。

针对现有技术中三种嘎啦苹果苗期不易鉴定的缺陷，本发明提供一种嘎啦、nema嘎啦和新嘎啦苹果的特异性分子标记的筛选方法，并应用该方法鉴定到11个品种特异的SNP标记，基于这些标记开发出一种简便、快速、可靠鉴定三种嘎啦苹果的方法，为从源头准确控制品种奠定技术基础。

研究思路

研究展示

图注：11个SNP对18份苹果样本进行进化树构建

案例3：基于SNP标记的菜豆品种真实性和纯度鉴定技术^[5]

研究内容

采用2b-RAD技术对200份国内外菜豆品种进行全基因组扫描、分析和评价，从中筛选出3302个高分辨率、单拷贝和分布比较均匀的SNP标记，可以将除2个近等基因材料以外的198份品种资源区分开。基于组合最优化算法，利用Haploview4.2软件获得了菜豆资源鉴定最少SNP位点组合一套，包含46个Tag-SNP 标记，与3302个SNP标记区分结果相同。本研究可为菜豆真实性和品种纯度鉴定技术体系的建立和指纹数据库的构建奠定基础。

研究思路

结果展示

图注：邻接法构建200个菜豆品种的系统进化树

参考文献：

[1] 魏庆镇等. "浙茄类型茄子品种DNA指纹图谱构建." 浙江农业学报 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. "三种嘎啦苹果特异性分子标记及其筛选方法和应用.", CN111560463A. 2020.

[5] 颜廷进等. "基于SNP标记的菜豆品种真实性和纯度鉴定技术." 山东农业科学 51.12(2019):9.

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