法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-10-22
授权
授权
2013-10-16
实质审查的生效 IPC(主分类):C12Q1/68 申请日:20130623
实质审查的生效
2013-09-11
公开
公开
技术领域
本发明涉及一个水稻杂种劣势基因Hwc3(t)分子鉴定的方法,属于农业生 物技术领域,更具体地说属于植物育种领域。
背景技术
水稻(Oryza sativa L.)是世界主要粮食作物之一,中国60%以上的人口以稻 米为主食。我国水稻年播种面积占粮食作物播种面积的近30%,而水稻总产量占 粮食总产量的42%左右,单位面积产量比粮食作物平均单产高45%,其中一个 重要因素,就是水稻杂种优势的利用。杂交水稻研究的成功与发展,否定了自花授 粉作物没有杂种优势的传统理论观点,大大丰富了作物遗传育种的理论和实践, 具有很高的学术价值;而这项重大科技成果的应用,给中国水稻生产带来了一次 飞跃,为粮食生产的发展做出了巨大贡献。
在杂交育种实践中也常常发现杂种劣势(hybrid weakness)现象。理论上看, 杂交亲本间亲缘关系越远,杂种F1表现强优势的可能性越大。然而,随着亲本间 亲缘关系的远离,双亲之间出现的生殖障碍往往也越明显。亚洲栽培稻中无论是 亚种内杂交还是亚种间杂交,其F1群体往往都会出现不同程度的生殖障碍或杂种 劣势的现象。水稻的杂种劣势主要是指具有不同性状的亲本(籼粳亚种内或两亚 种间)进行杂交而产生的杂种,在生活力、繁殖力、适应性、产量、品质以及对 不良环境因素的抗性等方面有多个性状至全部性状都不及双亲,甚至明显比亲本 弱的现象。迄今为止,杂种劣势现象已经在拟南芥和菜豆等很多种植物中发现。 杂种劣势现象可能是杂合子基因表达调控的一种外在表现形式,基因表达调控处 于动态变化过程中,在不同生长条件、不同发育阶段、各种生物和非生物协迫下 基因表达存在显著差异。杂种F1基因来源于两个亲本,但是其在许多表型上不同 于两个亲本,这可能与亲本基因在杂种F1中表达调控发生了变化有密切相关。
关于杂种优势的遗传机理,国内外学者提出了多种假说:显性假说、超显性 假说、上位性效应等一系列假说。随着分子生物学技术的不断进步,育种家开始 从分子遗传学等方面研究产生杂种优势的原因,但是至今仍未有确凿的结论,因 此有必要通过研究杂种劣势从反方向来阐述杂种优势理论。水稻杂种劣势的研究 有利于探讨籼粳品种进化及杂交不亲和性等机制,为亚种间杂种优势的利用,建 立新的杂种优势利用模式等具有重要的理论及实践意义。研究表明,水稻杂种劣 势通常是由于两个显性基因的互补所致。目前,已发现分布于不同染色体上的10 多个显性或隠性基因位点与杂种劣势现象有关,已精确定位的水稻杂种劣势基因 有Hwa1、Hwa2、Hwc1、Hwc2、hwd1、hwd2等,分布在第1、4、7、10、 11号染色体上。但是,对水稻劣势基因的克隆还未见报道,产生杂种劣势的分子 机制也不明确。杂种劣势亲本韩国粳稻品种Shinseonchalbyeo为杂种劣势研究的 理想材料,通过研究发现Shinseonchalbyeo携带的劣势基因是一个新的杂种劣势 显性基因Hwc3(t),位于水稻第4号染色体上,该位点区域的1775bp碱基缺失导 致其ORF功能发生改变,与其它劣势基因共同作用导致F1出现杂种劣势。目前对 杂种劣势基因检测只有通过杂交,对F1进行形态学观察得以验证,这种检测方法 首先需将材料进行常规杂交,将F1种植下去,分蘖期后进行农艺性状考察才能确 定,有时间周期长,方法繁琐等缺点,并且对于仅含有单个劣势基因、生长势正 常的植株,无法通过表型来鉴定,对杂交育种的效率有一定的影响。目前还没有 一种技术完善、快速有效选择鉴定杂种劣势基因Hwc3(t)的方法。
发明内容
本发明克服目前没有杂种劣势基因Hwc3(t)鉴定方法的不足,提供一种准 确、快速、高效的水稻杂种劣势基因Hwc3(t)的分子鉴定方法。
本发明所述的水稻杂种劣势基因Hwc3(t)的分子鉴定方法,包括以下步骤:
(1)提取待鉴定水稻材料叶片总DNA;
(2)用杂种劣势基因Hwc3(t)的特异性引物WF1、WR1进行PCR扩增反应; 所述的引物WF1的碱基序列如SEQ ID NO:1所示,所述的引物WR1的碱基序列如 SEQ ID NO:2所示;
(3)PCR反应完毕后加入5μl的loading buffer,用1%琼脂糖凝胶、120V 电泳40min;
(4)在紫外透射仪上检测PCR扩增产物及电泳结果;
(5)依据电泳结果鉴定待鉴定水稻材料基因型,野生型材料(hwc3(t)/hwc3 (t))的PCR产物分子量2928bp;突变型材料(Hwc3(t)/Hwc3(t))的PCR 产物分子量为1153bp;PCR扩增产物分子量为1153bp的水稻基因型为(Hwc3(t) /Hwc3(t))是含有劣势基因Hwc3(t)的材料。
步骤(2)所述的PCR扩增反应的反应液组成:总反应体积25.00μl,其中 ddH2O19.7μl,10X PCR La bufferⅡ2.50μl,2.5mM dNTP mixture2.00μl,50pmol 引物WF10.20μl,50pmol引物WR10.20μl,5U/μl Takara La Taq0.20μl,100ng/μl 模板DNA0.20μl;扩增程序为:预变性94℃5min;变性94℃30s、退火54℃ 30s、延伸72℃3min,35个循环;延伸72℃5min。
本发明的有益效果是Shinseonchalbyeo为本课题组发现的一个新的水稻杂 种劣势基因突变体,其自身生长正常。该材料第4号染色体1775bp缺失导致ORF 功能发生改变。
基于水稻杂种劣势野生型及突变体Hwc3(t)基因的序列差异,设计Hwc3 (t)的特异性引物WF1、WR1,为快速准确鉴别水稻Hwc3(t)基因提供了有力 的工具。具体表现为:(1)用Hwc3(t)的特异性引物WF1、WR1作引物鉴别水 稻材料时,鉴别准确率为100%,而且用时不超过3天,鉴别材料提取DNA,PCR 反应及电泳即可;(2)由于鉴别方法简单易行,鉴别不受季节及材料数量的限制, 避免了田间农艺性状鉴定的繁琐程序,鉴别方法简单经济,鉴定一个材料或个体 仅需人民币约5-10元。
附图说明
图1是用WF1、WR1作引物,经PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳所得到的电泳图 谱,其中泳道M为Marker10kb,1,2,3,4泳道分别为野生型材料Nipponbare, 93-11,Aranghyangchalbyeo,Sanghaehyangheolua扩增产物,5泳道为突变体 Shinseonchalbyeo扩增产物。
具体实施方式
具体实施方式为构建不同的遗传分离群体,对几个群体单株分别用形态学观 察及分子鉴定法鉴定材料基因型,比较几种方法鉴别结果,考察本发明分子鉴别 法的可靠性。实施例所用的所有水稻材料均为现有的常规材料,这些水稻材料及 实施例中所用的各种试剂均可从商业渠道购买到。实施例中无特殊说明的均为常 规方法。
实施例1
来源于Sanghaehyangheolu/Shinseonchalbyeo(Sanghaehyangheolu含有劣 势基因Hwc1,杂种F1表现劣势,F2群体中劣势植株与正常植株的理想分离比为9: 7)杂交F2代群体,共200个单株。对200单株分别用形态学观察及分子鉴定法 鉴定材料的基因型,比较两种方法鉴别结果,考察分子鉴别法的可靠性。
表型鉴定时,对F2群体进行观察,主要是对其地上部的农艺性状考察:在 分蘖盛期对亲本、F2整体植株进行株高、分蘖综合分析,判断劣势植株和正常植 株。
本发明分子鉴定时,提取待鉴定水稻材料叶片总DNA;用Hwc3(t)的特异 性引物WF1、WR1进行PCR扩增,所述的引物WF1的碱基序列如SEQ ID NO:1所 示,所述的引物WR1的碱基序列如SEQ ID NO:2所示;PCR扩增反应完毕后加入 5μl的loading buffer,用1%琼脂糖凝胶、120V电泳40min;紫外透射仪上检 测,依据电泳结果鉴定材料基因型。野生型材料(hwc3(t)/hwc3(t))的PCR 产物分子量2928bp;突变型材料(Hwc3(t)/Hwc3(t))的PCR产物分子量为 1153bp,突变型含有劣势基因Hwc3(t)的材料。
PCR扩增反应的反应液组成及扩增程序如下:
反应液组成:
扩增程序:预变性94℃5min;
变性94℃30s、退火54℃30s、延伸72℃3min,35个循环;
延伸72℃5min。
表1Sanghaehyangheolua/Shinseonchalbyeo杂交F2群体的表型及基因型
由表1可看出,来源于Sanghaehyangheolua/Shinseonchalbyeo杂交F2群 体的200个单株中,形态学观察发现其中劣势株114株,经分子鉴定其基因型为 显性纯合或显性杂合,且F2群体中有150单株经该分子标记鉴定含有劣势基因 (显性纯合或显性杂合)。结果表明本发明分子鉴定方法准确率为100%,且分子 鉴定能区分出含有劣势基因Hwc3(t)的正常型植株。
实施例2
各种水稻籼粳品种资源50份(详见表4),50份材料均生长正常,用本发明 分子鉴定法鉴定材料的基因型,考察分子鉴别法的可靠性。
杂交验证时,将这50份材料播种,开花后分别与Hwc1携带者 Sanghaehyangheolua进行人工杂交、套袋、收种。收种后播种杂种F1,到分蘖 期考察农艺性状。
本发明分子鉴定时,提取待鉴定水稻材料叶片总DNA;用Hwc3(t)的特异 性引物WF1、WR1进行PCR扩增,所述的引物WF1的碱基序列如SEQ ID NO:1所 示,所述的引物WR1的碱基序列如SEQ ID NO:2所示;PCR扩增反应完毕后加入 5μl的loading buffer,用1%琼脂糖凝胶、120V电泳40min;紫外透射仪上检 测,依据电泳结果鉴定材料基因型。野生型材料(hwc3(t)/hwc3(t))的PCR 产物分子量2928bp;突变型材料(Hwc3(t)/Hwc3(t))的PCR产物分子量为 1153bp,突变型含有劣势基因Hwc3(t)的材料。
所述PCR扩增反应的反应液组成及扩增程序如下:
反应液组成:
扩增程序:预变性94℃5min;
变性94℃30s、退火54℃30s、延伸72℃3min,35个循环;
延伸72℃5min。
结果见表2,在50份材料中,有两份材料(Shinseonchalbyeo、 Hwaseonchalbyeo)与材料Sanghaehyangheolua杂交F1出现杂种劣势,这两份 材料经本发明分子鉴定其带型为1153bp,基因型为突变型(Hwc3(t)/Hwc3(t))。 其余材料与材料Sanghaehyangheolua杂交F1均生长正常,经分子鉴定其带型为 2928bp(hwc3(t)/hwc3(t)),基因型为野生型。表明本发明分子鉴定准确率 为100%。
表250份水稻籼粳品种Hwc3(t)位点基因型鉴定结果
表3杂种劣势不同鉴定方法的比较
由表1~表3可看出,使用本发明特异性引物WF1、WR1鉴别杂种劣势基因 Hwc3(t)时,准确率为100%,且使用该分子鉴定成本低,所需时间短,可明 显缩短选种进程。
表4实施例2所用的50份籼、粳水稻品种目录
序列表
<110> 云南农业大学
<120> 水稻杂种劣势基因Hwc3(t)的分子鉴定方法
<130> /
<160> 2
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 22
<212> DNA
<213> 水稻(Oryza sativa L.)
<400> 1
gcgatttgca cctgtcgtgt ct 22
<210> 2
<211> 23
<212> DNA
<213> 水稻(Oryza sativa L.)
<400> 2
acaacttcaa cgcatgagcg agc 23
机译: 核酸分子,多肽,嵌合基因,植物细胞,植物,植物部分或种子,生产谷类植物或植物细胞或其种子或增强小麦的g型细胞质雄性不育恢复能力的方法将非恢复性谷物植物转变为小麦g型细胞质雄性不育的恢复性植物,或增强小麦g型细胞质雄性不育的恢复性能力,以选择或生产谷物植物并产生种子杂种,以恢复子代的育性或产生可育的子代植物,鉴定和/或选择谷类植物,确定功能性恢复基因等位基因的存在与否或合子状态,以及酸性核酸,至少一种标记物和一种植物的用途
机译: 一种新的鉴定方法,用于鉴定水稻黄斑驳病毒,该基因负责鉴定genortes genklasse,另一种鉴定方法用于抗稻黄斑驳病毒的重要基因及其应用
机译: 等基因系鉴定法的水稻产地鉴定方法及水稻鉴定技术