空间搭载紫花苜蓿种子第一代植株表型变异及基因多态性分析

摘要

本研究以经过“神舟三号”卫星搭载的紫花苜蓿种子第一代植株为材料，利用SSR（简单重复序列）分子标记技术，对供试紫花苜蓿的基因多态性进行分析。主要研究结果如下：
　　 1.紫花苜蓿SSR-PCR反应体系的建立：根据正交试验设计原理，设计了探索正交试验和细调正交试验来确定紫花苜蓿SSR-PCR反应体系中各成分的浓度，从dNTP、Taq酶、Primers、Mg2+4种因素对紫花苜蓿SSR-PCR反应体系进行了优化，得到适合紫花苜蓿的SSR-PCR最佳反应体系，即25μl的反应体系中含有dNTP0.2 mmol/L、TaqDNA聚合酶2U、引物0.7μmol/L、Mg2+2.5 mmol/L、以及2.5μl10xbuffer和60ng模板DNA。循环参数为：94℃预变性3min，95℃变性1min，52℃退火1.5min，72℃延伸60s，共循环35次，最后72℃保温8min，4℃保存。
　　 2.SSR引物的筛选与PCR扩增：从17对SSR引物中筛选出6对扩增产物具有稳定多态性的引物。对材料进行检测，共检测到25个等位基因，每对引物检测出2～8个等位基因，平均为4.17个。结合4个突变指标，检测经过筛选的植株的等位基因频率及每个位点的多态性信息量（PIC），PIC变化于0.2216～0.8328之间，平均为0.6366，根据检测结果可以说明航天搭载可导致被搭载的多个紫花苜蓿种子基因组产生变异，有些甚至出现多个等位基因变异。
　　 3.经过基因多样性检测初步筛选出突变单株：在224个SP1植株中，56株（总株数的25％）的基因组DNA可扩增出与地面对照不同的差异带，其中有13株具3个以上多态性等位基因，占总株数的5.81％。这13株分别是：DEFI-04、DEFI-07、DEFI-50、DERBY-15、DERBY-35、Algonguin-01、Algonguin-10、Algonguin-28、Algonguin-35、Algonguin-43、Algonguin-65、Sanditi-21、Sanditi-49。
　　 4.对筛选出的突变单株作进一步的育种展望：用分子标记技术分析了航天搭载后种子长出的第一代植株、后继世代以及选育出的多个稳定突变株系基因组的多态性，跟踪分析突变株系基因组多态性来源，特点及其在世代之间的遗传；对其中具有植株较高、叶色较深、叶片较大、多叶等4个主要变异性状的突变植株进行图谱分析，以了解空间诱变的基因组变化特点和规律，为空间诱变手段在育种中的应用提供一定的依据。