SSR分子标记技术及其在构建玉米DNA指纹库上的应用(一)

1、SSR分子标记技术及其在构建玉米DNA 指纹库上的应用 (一)摘要 SSR分子标记技术是在PCR基础上发展起来的一种DNA 多态性检测技术 ,已广泛应用于植物基因组研究的各个领域。概述了SSR标记的原理、类型、功能及其引物的来源,利用 SSR构建玉米 DNA 指纹库的进展,玉米 DNA 指纹库在品种鉴定、品种保护及品种监测等方面的应用等,以为玉米品种的研究提供参考。关键词SSR分子标记;玉米;DNA指纹库;应用AbstractSimplesequencerepeat(SSR)markersonthebasisofPCRasatechnologyofdetectionDNApolymorphis

2、mhavebeenwidelyusedinthestudiesofplantgenomeresearchinsomefields.Inthepaper,thetheories,types,functionsandsourcesofprimersbySSRmarkerwereclarified.ThentheprocessesofmaizeDNAfingerprintingpoolconstructionbySSRwereelaborated.FinallytheapplicationofmaizeDNAfingerprintingpooloncultivaridentification,cul

3、tivarprotection,cultivardetectionetalwaspointedtotakereferencesformaizevarietiesresearch.KeywordsSSRmolecularmarker;maize;DNAfingerprintingdatabase;application玉米是一种重要的饲用、粮用和工业加工作物,在国民经济中占有重要的地位。玉米育种方法的改进对农业发展具有重要意义。长期以来,育种家们大多数是借助易于鉴别的形态学和同工酶等遗传标记来辅助育种,并取得了很大成功。但这类标记的最大不足之处在于其数量有限,要找到与目标性状密切相关的标记往往很

4、困难,难以应用于育种实践。因此 ,育种家们一直希望能够找到一类数量丰富、选择效应高的标记,以提高育种效率和育种过程的预见性。随着分子生物学的发展,开发了基于 DNA 变异的分子标记。应用最广泛的主要有RFLP、RAPD、SSR、AFLP等 1,其中 SSR标记是一种共显性标记 ,重复性好 ,可靠性高 ,分析简便,易于实现自动化 ,而且灵敏度高 ,检测遗传变异的能力强 2-4。近年来,SSR标记在玉米育种中得到了广泛的应用。1SSR标记1.1SSR标记的原理简 单 重 复 序 列 (Simplesequencerepeat,SSR),又 称 为 微 卫 星DNA(MicrosatelliteDN

5、A)。微卫星通常是指以 24 个核苷酸为单位多次串联重复的 DNA序列 ,也有少数以 16 个核苷酸为串联重复单位。 微卫星在基因组中的分布是随机的,它可以存在于内含子、外显子及染色体的其他任何区域。在不同植物中,微卫星重复单位的碱基组成及拷贝数随物种的不同而有所差异 ,但人们发现微卫星两端的序列是保守的。因此 ,可以设计出与微卫星两端保守序列互补的引物,通过 PCR扩增重复序列本身并通过凝胶电泳检测其多态性。SSR序列多态性的出现是由于同一物种中不同基因型的寡核苷酸重复次数不同以及重复序列在染色体复制时的滑动或染色单体的不等交换造成的。因此 ,微卫星可用作分子标记。由于玉米中存在转座子 ,微

6、卫星的多态性表现得极为丰富 ,所以 ,通过特异性引物进行 PCR扩增反应、琼脂糖凝胶电泳 (或聚丙烯酰胺凝胶电泳)、放射自显影 (或银染 )和 GeneScan技术等 ,就可以检测到在简单重复序列重复单位数不同的DNA 区域的多态性 ,这也是 SSR技术较其他几种分子标记技术更适合于玉米研究的原因之一。SSR技术推动了玉米研究的发展。1.2SSR标记的类型按照重复单位的碱基数可将微卫星分为一至六核苷酸重复类型,其中二核苷 酸重复有4 种类型 :(AT)n/(TA)n、 (AG)n/(TC)n、 (AC)n/(GT)n、(GC)n/(CG)n;三核苷酸重复有10 种类型 :(AAT)n/(TAT

7、)n、(AAG)n/(TCT)n、(AAC)n/(TGT)n、 (ATG)n/(TCA)n、 (AGT)n/(TAC)n、 (AGG)n/(TCC)n、(AGC)n/(TGC)n、(ACG)n/(TCG)n、(ACC)n/(TGG)n、(GGC)n/(CGC)n;四核苷酸重复类型有 32 种(Jurke,1995)。所有类型的微卫星中以单核苷酸重复和二核苷酸重复的微卫星在基因组中出现的频率最高。同一重复类型中不同的碱基重复多态性也不一致。另外 ,Weber(1990)按照微卫星核心序列结构的不同将微卫星标记分为3种类型 : 完全型 (perfect),指核心序列以不间断的重复方式构成的微卫星;

8、 不完全型 (imperfect), 指在微卫星的核心序列之间有几个非重复碱基 , 但其两端的连续重复的核心序列重复次数大于3; 复合型(compound),指 2 种或 2 种以上的串联核心序列由几个连续的非重复碱基分隔开 ,但各种连续性的核心序列重复次数不少于5 若少于 5 次,则不能称之为复合型。1.3SSR的功能SSR在真核生物基因组中的功能一直存在争议。在植物基因组中,大多数串联重复序列是非编码的,所以长期以来人们一直认为SSR 是一类“垃圾 ” DNA,是转录哑区 ,没有明确的生理功能。随着研究的深入,有关SSR功能的资料在不断积累。 总的来说 ,SSR的功能主要有以下几个方面:有些 SSR(通常为 47个碱基重复型 )存在于结构基因的转录区,并且编码氨基酸 ;染色体末端的 SSR有保护 DNA完整性 ,避免降解、融合及丢失的功能 ;位于DNA 调控区的SSR有提高或降低临近基因转录速率的作用;SSR区可能是基因重组的热