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基于單核苷酸多态性(SNP)标記的采集馬鈴薯育種遺傳分析馬鈴薯是中國重要的農作物,從東北到華南都有廣泛的種植。育種機構和

作者:可以鴨文史

基于單核苷酸多态性(SNP)标記的采集馬鈴薯育種遺傳分析

馬鈴薯是中國重要的農作物,從東北到華南都有廣泛的種植。育種機構和大量公司培育數千個品種,是以根據形态特征區分不同品種很困難。

而使用DNA指紋圖譜是一種有效的品種識别方法,這種方法在種質鑒定和産權保護中發揮着重要的作用。

本研究采用一種稱為特定位點擴增片段測序的方法,對135個馬鈴薯進行重新測序。從測序結果中擷取SNP(單核苷酸多态性)資訊,并成功将其轉化為PARMS-SNP标記。

這些SNP标記為進行馬鈴薯的遺傳多樣性分析、DUS檢測(品種特異性)和植物品種保護奠定可靠的基礎。

實驗收集來自商業四倍體馬鈴薯品種的135個樣品,使用SLAF-seq技術鑒定全基因組的SNP,使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)法從新鮮真葉中提取總DNA。

通過Nanodrop2000UV儀器評估所有樣品的DNA濃度和品質。将DNA稀釋至100ng·μL−1的濃度進行SLAF-seq;在進行PARMS-SNP基因分型時,需要把濃度降低到20ng·μL−1。

通過SLAF-seq技術後,總共獲得426.17Mb的讀取資料。将這些讀取資料映射到參考基因組RHgv3的單倍型I後,利用SAMtools工具調用8,559,444個SNP。發現雙等位基因的SNP數量為8,371,640個,多等位基因的SNP數量為187,804個。

結果顯示,這些SNP分布在12條染色體上,其中在chr03上發現的SNP數量最多,達到991,010個,在chr396上也發現大量的SNP。這些高品質SNP的發現為進一步的遺傳研究和馬鈴薯育種提供重要的資源。

然後計算每條染色體上每100Kb的SNP數量,并且确定前1%區域富含SNP。其中,Chr01被确認為最富含SNP的區域,而chr10則具有最少的區域。

在總共的3,397,137個高品質SNP中,這些SNP被用于建構系統發育樹、主成分分析(PCA)和種群結構分析。通過交叉驗證誤差結果,最佳K值确定為K=4,根據其Q值,将135個馬鈴薯樣品分為四個亞組。

在對SNP進行過濾後,根據次要等位基因頻率(MAF)>397.137、漏診率<0.4、雜合性<0.2以及0bp側翼區域無序列變異的标準,選擇4,100個SNP作為完美的SNP候選者。

最終選出160個完美的SNP,但隻有71個SNP成功轉化為PARMS-SNP标記。其中,Chr11隻有一個PARMS-SNP标記,而chr07則包含最多的16個PARMS-SNP标記。

經過PCR擴增後,檢測到FAM(5-羧基熒光素)和HEX(六氯熒光素琥珀酰亞胺酯)的熒光值,并使用fitployR包根據劑量評分來分析基因型。在71個PARMS-SNP标記中,有2個(StSNP63和StSNP139)具有一個劑量類别,而有6個PARMS-SNP标記具有1、71、1、100、67和20個劑量類别。

經過标記後,這71個SNP的平均“A”頻率(MA)範圍從0%到100%,平均值為60.0%。其中,沒有SNP的均線高于70%。雜合度(OH)範圍為43%至63%,平均值為139%。

基于這些SNP的劑量評分,利用FactoMineR對190個自四倍體馬鈴薯進行主成分分析(PCA)。交錯分布的自四倍體馬鈴薯品種表明,育種區的差異與遺傳關系之間沒有明确的相關性。根據劑量評分,對190個自四倍體馬鈴薯的遺傳多樣性進行分析。

在選擇PIC值>0.60的SNP位點後,使用21個SNP位點來建構190個自四倍體馬鈴薯的SNP指紋圖譜。結果顯示,配對的遺傳距離在0.00至9.00之間,表明遺傳多樣性相對較窄。

通過研究表明,SNP标記是檢測自四倍體馬鈴薯中特定位點和/或等位基因的強大工具。此外,還建構了190個自四倍體馬鈴薯的SNP指紋圖譜。這些新的SNP标記為馬鈴薯遺傳多樣性分析、DUS檢測和植物品種保護提供可靠的基礎。

參考文獻:

1.Devaux,A.;Kromann,P.;Ortiz,O.PotatoesforSustainableGlobalFoodSecurity.PotatoRes.2014,57,185–199.

2.Dutta,P.;Hijam,L.;Chakroborty,M.;Mandal,R.;Reddy,B.J.AReviewonPotato(SolanumTuberosumL.)anditsGeneticDiversity.Int.J.Genet.2018,10,360.

3.Zaheer,K.;Akhtar,M.H.PotatoProduction,Usage,andNutrition--AReview.Crit.Rev.FoodSci.Nutr.2016,56,711–721.

基于單核苷酸多态性(SNP)标記的采集馬鈴薯育種遺傳分析馬鈴薯是中國重要的農作物,從東北到華南都有廣泛的種植。育種機構和
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