叶绿体基因组微卫星标记(cpSSR)研究进展

随着测序技术的发展,叶绿体基因组微卫星标记(cpSSRs)的开发和应用越来越普遍。该研究介绍了叶绿体基因组分子标记的特点、用途、开发方法以及已开发的cpSSRs所具有的特点。随着cpSSRs开发成本的降低及研究技术的成熟,新的cpSSRs不断开发,将会有越来越多的叶绿体基因组SSR分子标记应用于群体遗传学、生物地理学和杂交育种的研究。其在野生植物进化过程研究中所具备的潜力在不久的将来将被充分认识和利用。

黄瓜叶绿体基因组全序列微卫星分布特征与标记开发

对黄瓜叶绿体基因组(chloroplast genomic DNA,cpDNA)全序列中微卫星(chloroplast simple sequence repeat,cpSSR)的分布特征进行了全面分析。结果发现,cpSSR主要分布在25～40kb和100～130kb两个区域,主要以完全重复和间隔重复为主。单碱基重复最多,占总数的79.3%,二碱基重复占10.1%,三碱基和三碱基以上重复仅占10.6%。单碱基重复主要以(A)n和(T)n为主,二者共占总数的78.8%,二碱基重复主要是(AT)n,占总数的9.3%。在重复次数分布上,完全重复的(A)n和(T)n均以最低重复次数为主,而间隔重复的(A)n和(T)n以14次或15次为多。设计了6对引物,对7份黄瓜自交系cpDNA进行扩增。结果发现,6对引物均有扩增产物,每对引物平均能检测到2.2个等位基因。几乎所有引物都能在甜瓜、西瓜、葫芦和栝楼中通用,5对引物在1～4种远缘种中有扩增产物。上述结果表明,从黄瓜cpDNA中发掘cpSSR标记是一条可行的途径。

珍稀濒危飘带兜兰叶绿体全基因组种内变异研究

飘带兜兰(Paphiopedilum parishii)分布范围狭窄,仅在中国、缅甸、泰国以及老挝有少量分布。近年来,因生境破坏和人为滥采而导致飘带兜兰野生种群极度缩减。为开发种内多态性的分子标记用于保护生物学研究,该研究对飘带兜兰4个野生个体经测序、组装、注释获得的叶绿体基因组序列,与已公布的飘带兜兰2个个体的叶绿体全基因组序列进行比对,分析飘带兜兰叶绿体基因组的种内差异。结果表明:(1)飘带兜兰叶绿体基因组具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构,基因组长度为154 403~154 809 bp,共编码129个基因,包括78个蛋白质编码基因、39个tRNA基因、8个rRNA基因,以及4个假基因。(2)在飘带兜兰6个个体叶绿体基因组中检测到103~107个简单重复序列(simple sequence repeats, SSRs)位点,其中21个SSR位点具有多态性。此外,在6个个体叶绿体基因组中还检测到60个长序列重复,包括17~21个正向重复、18~29个反向重复、9~16个回文重复、4~9个互补重复。(3)通过比较6个个体叶绿体基因组序列的核苷酸多样性,共发现70处变异,包括10个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNPs)、60个插入缺失(InDels)。其中,有3个SNP位点发生了非同义替换,导致编码功能基因的氨基酸发生改变;19个插入缺失多态性较高,具有开发为分子标记的潜力。(4)通过计算核苷酸多样性值(Pi)共发现8个有变异的区域,Pi值为0~0.006 32,其中变异度较大的是rps3-rpl22、trnL-UAC-rpl32、rpoB-trnC-GCA以及ycf4,这些高变区可开发为分子标记用于评估飘带兜兰遗传多样性。(5)系统发生分析结果表明,飘带兜兰6个个体叶绿体基因组序列聚在一起,与长瓣兜兰互为姐妹群。综上表明,飘带兜兰叶绿体基因组的SSRs、长序列重复、SNPs、InDels以及核苷酸序列呈现了足够的种内多样性,可开发成分子标记用于该种的系统演化及保护生物学研究。

蒙古莸叶绿体基因组微卫星位点分析及引物筛选

本研究旨在为蒙古莸在分子水平上提供理论依据,以便对濒危稀有种制定科学的保护策略。本研究下载GenBank数据库公布的蒙古莸叶绿体基因组信息,利用生物信息学对蒙古莸叶绿体基因组进行cpSSR分析。利用MISA软件全面搜索蒙古莸叶绿体基因组SSR分子标记,并对其分析;运用Primer Premier 3.0设计并筛选多态性较好的引物用于后续研究。在全长151 707 bp的蒙古莸叶绿体基因组中,共鉴定出31个cpSSR位点,位点间平均分布距离为4 893.77 bp,其中以单核苷酸重复为主,且主要分布于LSC区,占SSR位点总数的74.19%;其次是四核苷酸重复,分布于LSC及SSC两区,占SSR位点总数的19.35%,分布最少为三核苷酸,仅占总位点数的3.23%。将所有31个位点合成31对叶绿体微卫星引物,通过毛细管电泳检测,最终筛选出8对多态性引物。此外,挑选多态性好的马鞭草EST-SSR引物,扩增结果产生非特异性条带,且与马鞭草扩增片段范围相差较大。基于软件的参数设置,单核苷酸重复数量占比最多,三核苷酸重复占比最少;从31对引物筛选出8对多态性引物,扩增率达100%,多态率为26%;此外,马鞭草与蒙古莸的扩增条带范围相差较大,说明二者有较大差异的遗传背景。在此基础上,本研究为后续蒙古莸的种质鉴定、系统发育、群体遗传进化分析提供理论依据。

田葛缕子叶绿体基因组微卫星特征分析

以田葛缕子幼嫩叶片为试材,采用CTAB法提取叶绿体DNA,测定并分析田葛缕子叶绿体全基因组序列(153697 bp),旨在研究田葛缕子叶绿体基因组微卫星(cpSSR)特征,为田葛缕子资源分子鉴定及遗传多样性研究提供参考依据。结果表明:MISA软件在田葛缕子叶绿体基因组序列中共识别出183个SSR位点,位点间平均分布距离为839.90 bp。其中109个cpSSR(占SSR位点总数的59.60%)主要集中于大单拷贝区(LSC),57.69%的SSR位点的重复序列主要以单碱基重复序列为主,且主要由A、T碱基组成。cpSSR长度主要为8~15 bp(占78.69%),大于15 bp的cpSSR共有31个,田葛缕子叶绿体基因组上的cpSSR位点具有多态性潜能。

叶绿体SSR标记:柑橘体细胞杂种胞质遗传分析的一种新方法(英文)

从水稻(Oryza sativa L.)、烟草(Nicotiana tabacum L.)和黑松(Pinus thunbergii Parl.)等植物的22对叶绿体SSR引物中筛选出5对能用于柑橘叶绿体SSR分析的引物,应用这5对引物对9个组合的柑橘体细胞杂种的叶绿体遗传进行了分析。结果表明:这些组合再生的杂种中叶绿体都呈现随机分离,该现象与以前报道的RFLP分析结果一致,而且其可靠性已被CAPS分析所证实。表明柑橘叶绿体SSR同RFLP及CAPS一样可靠,并且更简单高效、易于操作,特别适合对柑橘等植物体细胞杂种进行早期胞质遗传组成分析。

山茶属叶绿体全基因组微卫星特征分析及标记开发

以山茶属9个组9个物种的叶绿体基因组(chloroplast genome DNA, cpDNA)全序列为研究对象,统计分析其简单重复序列(chloroplast simple sequence repeat, cpSSR)或称微卫星分布特征。结果表明山茶属各物种cpSSR数量及组成相对一致,不同微卫星重复基序中以三核苷酸基序为主,平均约占70%,随后是单核苷酸及二核苷酸基序。各物种单核苷酸和三核苷酸重复碱基类型较为一致,分别为A/T和AAG/TTC。比较叶绿体基因组的不同结构位置,各物种总的表现规律为小单拷贝区(small single copy, SSC) cpSSR分布比例最高,而反向重复区(inverted repeat, IR)最低;同时比较叶绿体基因组的不同功能区域,山茶属各物种的cpSSR主要分布于非编码区。cpSSR种间变异分析表明,cpSSR在山茶属内各组物种间差异较小,整体保持一个较高的一致性,说明山茶属是一个亲缘关系较近的属。对重复基序类型来说,单核苷酸重复基序cpSSR的变异率最高;在各结构域中,cpSSR在大单拷贝区(large single copy, LSC)的变异最大,变异比例占63.46%;而对功能区域来说,非编码区分布的cpSSR的变异率则高于编码区。研究同时建立了山茶属cpSSR分子标记体系,初步筛选出在种间具有较好多态性的cpSSR标记。本研究为今后山茶属多态性的cpSSR标记开发及应用提供重要的理论依据与物质基础。

紫花凤梨叶绿体基因组微卫星特征分析

紫花凤梨(Tillandsia cyanea)是一种空气凤梨,具有很高的观赏价值。由于其基因组信息缺乏,其分子生物学相关研究鲜有报道。为研究紫花凤梨叶绿体微卫星(cpSSR)特征,本研究分析了紫花凤梨叶绿体全基因组序列(157602 bp),使用MISA软件共识别出204个SSR位点,位点间平均分布距离为772.6 bp。其中cpSSR主要集中于大单拷贝区(LSC),占SSR位点总数的64.22%。重复序列中主要以单碱基重复序列为主,占SSR位点总数的62.75%,主要由A/T碱基组成。cpSSR长度集中在8~20 bp,占95.10%,有10个cpSSR长度大于20 bp,这些cpSSR位点具有多态性的潜能。本研究结果为紫花凤梨的cpSSR引物筛选和遗传多样性等研究提供信息。

柑橘体细胞胞质遗传及叶绿体SSR引物开发

以38个组合的柑橘体细胞杂种（或胞质杂种）为试验材料,综合应用RFLP、CAPS和cpSSR分子标记技术,对这些杂种的线粒体和叶绿体遗传组成进行了分析;同时对试验技术体系进行了完善与拓展,开发了柑橘叶绿体SSR标记;并对柑橘愈伤组织长期继代保存过程中胞质基因组遗传变异进行了分析,主要结果如下：