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从全国两会之声出发——KASP指纹图谱-种质资源精准鉴定

发布日期:2022-03-16 浏览次数:624


       两会各领导人都提出——作物种质资源鉴定评价和基因挖掘,搭建专业化、智能化种质资源表型鉴定平台,开展作物种质资源基因定位和功能研究。


       种质资源是作物遗传育种的物质基础,是我国农业可持续发展的物质保障。它一般指特定的品种或材料,品种包括推广品种和地方品种等,材料主要是野生资源、重要的遗传材料和新培育的材料等。

我国是农业大国,作物种类多,作物种质资源十分丰富,但由于近些年农作物的亲本利用出现集中化现象,导致一些性状差异不明显的品种产生,传统得品种鉴定方法已经不能满足品种鉴定的需求。因此,寻找一种新的高效且实用性强的技术来进行农作物的真实性鉴定就显得尤为重要。


        随着分子生物学的迅速发展,DNA指纹图谱由于检测方便,标记数量多,多态性高和鉴定精确等特点,已经广泛应用于多种农作物的品种鉴定。其中KASP 技术具有准确性高、位点适应性强、成本低、适合检测大量样本SNP 位点等优势,在作物遗传多样性分析、指纹图谱构建等方面具有很高的应用价值,正越来越广泛地应用于SNP基因分型检测中。国内外研究者已利用 KASP 技术分别构建小麦、玉米、 水稻、棉花、甘蓝、黄瓜等作物的核心标记体系,为相应作物的品种鉴定和品种保护等提供了便利。精选案例带你理解KASP指纹图谱的构建和思路。




案例分析 

        1、西兰花遗传多样性、群体结构和指纹图谱研究

       本研究以372份西兰花种质为基础,提供了中国西兰花种质遗传多样性的综合信息。基于WGS测序在23种具有代表性的花椰菜基因型中发现了全基因组SNPs,并将这些SNPs转化为GBTS和KASP标记,用于对大量西兰花材料进行基因分型。


       通过严格的选择标准,总共选择了1167个SNP来表征遗传多样性和群体结构分析。结果表明,我国广泛分布的西兰花品种普遍存在低到中等的遗传多样性,亲缘关系密切的品种很少。系统发育和PCA分析显示存在两个群体,但没有显示出强分组。群体结构还表明存在两个遗传结构较弱的亚群体。研究发现,种群分化程度较低,表明存在广泛的基因流动。基于高PIC值和高分辨力选用28个KASP标记对西兰花材料进行DNA指纹图谱鉴定。每个西兰花种质的SNP基因型被用来生成一个二维条形码,其中包含中国大量西兰花种质(372份)的指纹信息。


       本研究中开发的KASP标记可用于西兰花品种的种子真实性和纯度评估。



研究结果



       SNP标记在西兰花染色体中的分布。其中黑色标记由GBTS开发,蓝色和红色标记由KASP开发,红色标记为核心KASP标记,用于西兰花材料的指纹图谱。


KASP基因分型实验代表性结果。(A) 已成功开发出多态性良好的KASP标记。(B) 没有多态性的KASP标记应被丢弃。(C) 缺失值超过10%或SNP调用不明确的KASP标记应被丢弃。

 

ZAAS-2西兰花品种的条形码

       

       2、用于葫芦遗传多样性评估、指纹鉴定和核心种质开发的核心SNP标记集的鉴定与验证

       用于葫芦遗传多样性评估、指纹鉴定和核心种质开发的核心SNP标记集的鉴定与验证02种质资源是重要基因挖掘和品种改良不可缺少的资源。为了保存和利用葫芦种质资源,本研究从1100个SNP中鉴定并验证了22个具有丰富多态性的均匀分布的核心SNP,这些SNP是基于对206份葫芦种质收集和一个MAGIC群体的分析而建立的,具有很强的代表性和鉴别能力。利用核心 SNP 标记评估其遗传多样性和群体结构,并对重要材料进行了指纹图谱鉴定,为种子鉴定提供优化程序。此外,利用核心 SNP 标记集,作者开发了一个由150份材料(核心收集的 102 份种质代表了原始集合的遗传多样性。考虑到适宜的数量、地理分布、表型和独特的农艺性状,又收集了48 份种质)组成的可访问核心群体,代表了葫芦 100%的遗传变异。该核心群体将对葫芦种质资源的保存和利用、品种鉴定和标记辅助育种做出重要贡献。

SNP指纹图谱为确定葫芦种子纯度提供了一种精确、快速、方便且具有成本效益的KASP基因分型方法。


【随着育种技术发展、种质数量越来越多,有必要增加 SNP 标记,尤其是与重要农艺性状紧密关联的 SNP 标记,以更准确、高效地检测出品种的真实性、特异性。】


研究结果



KASP基因分型。(A) 扩增不良的KASP标记。(B) 非多态性KASP标记。(C,D)具有高度多态性的强扩增KASP标记。红点表示一个等位基因的纯合样本,蓝点表示第二个等位基因的纯合样本,绿点表示两个等位基因的杂合样本




利用核心SNP标记集(左)和93个优质SNP(右),对206份葫芦种质资源进行了群体结构分析

 

市场上代表性葫芦品种指纹图谱信息



总结筛选SNP位点思路:

        挑选多态性较好、在染色体上均匀分布的SNP位点,并将其转化为KASP标记,利用KASP平台对供试材料进行检测,得到物种不同品种的基因分型数据。根据基因分型数据,筛选出多态性信息含量(PIC)高、无基因型数据缺失且在染色体上均匀分布的标记作为构建指纹图谱的核心标记。

       【对于不同物种,构建指纹图谱的核心标记数量应视物种基因组复杂程度而定。】

        结合分子标记法开展作物的种质资源鉴定与遗传多样性研究,可建立更准确更标准化的品种鉴定技术规程,更系统更准确地对物种种质资源进行遗传多样性和亲缘关系分析,选择遗传差异大的种质作为亲本,充分利用现有资源,提高作物育种的效率,为作物分类、育种、品种鉴定、新品种权保护提供重要的技术支撑和理论依据。种质资源和育种辅助技术双管齐下,提升育种效率,加快培育具有自主知识产权的优异品种,推动我国作物产业健康可持续发展。