维普资讯 http://www.cqvip.com ・46・ 杂交水稻(HYBRIDRICE"),2002,17(5):46—50 利用微卫星DNA标记进行杂交水稻 种子纯度鉴定的研究 詹庆才 (湖南省水稻研究所,湖南长沙摘410125) 要:利用微卫星分子标记,对湖南目前推广的6个杂交稻组合及其亲奉之间的多态性进行 研究 在已筛 l 选的178对引物中、有52对能在一个或多个组合中显,J;稳定的多态性,杂种表现为父母本互补带型。小同组合 问多态性的比例具有差异:用表现多态性的『蛳对引物分别对掺假的威优46和金优207进行纯度鉴定、都能有 效地将掺入组合中的假种子区分开:该方法具有准确可靠、多态性高、稳定性好、易于操作的特点: 关键词:杂交水稻;微卫星标记;纯度鉴定 中图分类号:Q339.3;Q943 文献标识码:A 文章编号:1005 3956(2002)05 0O46 05 杂交水稻的推广对大幅度提高我国的粮食产量 起了巨大的推动作用,但由于种子纯度问题给农户 稻组合是目前湖南省大面积推广的主要组合: 1.2实验方法 造成严重减产的事件也常有发生 目前普遍采用的 田间种植鉴定方法,一方面由于环境条件的变化,可 能影响纯度鉴定的准确性,另一方面,由于田间鉴定 需要时间长,给种子的销售带来诸多不便,有的甚至 1.2.1 DNA的提取DNA的提取参照Victor等 介绍的方法,略有改进 取5 n1g叶片剪碎后,加入 4JD 0.25 mol/L的NaOH,放入沸水中3O s,然后加入 4JD ul 0.25 mol/L HC1,20 0.5 mol/L Tris和0.25% 要等到第2年接近播种时才能销售。DNA分子标记 以遗传物质为基础,具有稳定可靠的特点,应用它进 行杂交水稻种子纯度鉴定的研究,正在多个实验室 (V/V)IGEEM,-CA630的混合液,放入沸水中2 min。 此DNA样品1 可直接用于PCR,本研究所有引物 筛选均采用本方法提取的DNA。该DNA样品在4qc 的冰箱中可保存30 d左右 1.2.2 PCR反应和电泳PCR反应在1O 的反应 体积中进行,包含1/mlol引物,1 DNA样品,0.2单 位: ̄npliTaq Gold DNA聚合酶,10 ng的模板DNA, 0.25%(v/v)IGEPAL—CA630,1 tdlO倍PcR反应液 (100 mmol Tris—HC1,pH8.3,15 mmol MgCl2,500 mmol 开展。其中研究得较多的是利用RAPD标记进行杂 交水稻种子纯度鉴定:杨剑波等 在30对引物中 找到了6对引物能够区分杂交水稻汕优63及其亲 本:陈洪等 !从300对RAPD引物中,筛选到一对 引物P18可用于汕优63的纯度鉴定。钱前等 用 R D对真假杂交水稻Ⅱ优63组合进行了鉴定。杨 蜀岚 从250个随机引物中筛选出了一个引物能将 以培矮64s为母本的两系杂交稻及亲本区分开 除 在水稻上的研究外,玉米 、棉花。、油菜 、西瓜 等作物上都有报道。但目前采用的RAJ)D分子标记 对DNA纯度要求较高,重复性差;而RFLP和AFLP 标记技术要求高,成本昂贵,很难在实践中推广应 用:建立一套准确、快速、稳定、简单的杂交种子纯 度鉴定方法,对于我国主要粮食和经济作物杂交种 子的推广应用具有重大意义。 1材料和方法 1.1 实验材料 KC1,质量分数为0.01%的明胶)。扩增反应条件为: 94qc变性4 min,然后是94qc 30 S,55qc 30 S,72qc 1 min,进行45个循环,最后72%延伸7 min。反应采 用96孔PCR盘在PE公司9700型基因扩增仪上进 行。扩增产物在质量浓度为4%的Nusieve 3:1琼脂 糖凝胶进行电泳分离,溴化乙锭染色,紫外光下观察 拍照。 2实验结果和分析 2.1 微卫星引物的多态性 以分布于染色体1—12的178对微卫星引物对上 述6个杂交稻组合进行了筛选,有52对引物能分别 收稿日期:2002 O1 30 水稻不育系新香A,V20A,金23A及相应的保持 系新香B,V20B,金.23B;恢复系R80,密阳46,R402, 先恢207,92—198,明恢63;杂种一代新香优8O,威优 46,威优402,金优207,金优198,金优63 上述杂交 基金项目:湖南省科委、计委资助项日 作者简介:詹庆才(1962 ),男,湖南桃江人、副研究员,硕 J 维普资讯 http://www.cqvip.com 詹庆才:利用微卫星DNA标记进行杂交水稻种子纯度鉴定的研究 ・47・ 在1~6个组合的供试材料中显示稳定的多态性,占 2.2用于鉴定杂交稻种的特异多态性引物 在能产生多态性的引物中,有的引物只在某一 特定的组合中产生多态性,如RM267只有杂交组合 威优46的父母本具有多态性,因而只有威优46产 生双亲互补的带型(图1),这种引物在进行杂交水 检测引物的29.2%。一般来说,在父母本之间存在 多态性的引物,在其杂种一代具有双亲的互补带型。 在新香优8o、金优207、金优198、金优63、威优4O2 和威优46等6个组合中表现多态性的引物的数目 分别是20对、2l对、22对、25对、32对和37对,威优 稻的纯度鉴定时,除了能将混入杂交种中的不育系、 保持系及恢复系区别外,混入该组合的其它杂交稻 组合与金优和新香优组合相比,父母本之间具有较 多的多态性,可能与不同来源的不育系和恢复系的 亲缘关系的远近有关。只有9对引物在所有6个F 及其亲本中均不能扩增出带。但如果改变PCtl反 组合的种子也能区分开。同样,也筛选得到了新香 优8O和威优4O2的特异多态性引物。在进行杂交 种子纯度鉴定时,我们尽可能筛选这种引物。如果 筛选更多的引物,我们同样可能找到其它组合的特 异多态性引物。 应条件或用纯的DNA进行试验,这9对引物也能将 6个组合全部或部分扩增出带。 图l 引物RM267对水稻杂种F.及不育系、保持系和恢复系的扩增结果 Fig 1.The amplitied resu]ts of the tested F.hybrids and their parents by Primer R】Ⅵ267. M:100 bpDNA分子量标准;1:新香A;2:新香B;3:新香优80(F1);4:R80;5:V2OA;6:V2OB;7:威优46(F1);8:密阳46;9:威优 4O2(F1);10:R402;11:金23A;12:金23B;13:金优207;14:先恢207;15:金优198(F1);16:92,198;17:金优63(F1);18:明恢63。 图2~4同此。M:100 bp DNAmolecularweight standard;1:XinxiangA;2:Xinxiang B;3:Xinxiang3,ou 80(F1);4:R80;5:V2OA ̄ 6:V20B;7:Weiyou 46(F1);8:Milyang46;9:Weiyou 402(F1);10:R402;11:Jin 23A;12:Jin 23B;13:Jinyou 207(F1);14: Ydanhui 207;15:Jinyou 198(F1);16:92.198;17:Jinyou 63(F1);18:Minghui 63.The san in Fig 2~4. 2.3用于鉴定杂交种的多态性引物 威优4O2和金优207具有相同的多态性,而新香优 80、金优198和金优63则不表现出多态性(图3)。 在我们的研究中,发现大多数引物能在2个以 上的杂交稻组合中产生多态性,有的引物在不同的 组合中扩增的带型在分子量上存在差异,如引物 RM340在新香优80中产生100 bp和160 bp的两条 带,在威优46中则产生160,180和200 bp 3种多态, 在金优207、金优198、金优63和威优402的扩增产 物中,双亲和F 之间则没有多态性(图2)。有的引 物在2个以上的杂交组合中表现的带的数量和分子 量都完全相同,具有多态性的引物中以这类居多,如 引物RM328对上述6个组合进行扩增时,威优46、 有个别引物在6个组合中都能扩增出父母本互补带 型,如以引物RM208对上述6个组合进行扩增时, 由于6个组合的父母本的扩增带都具有差异,6个 杂种F 都具有双亲互补的带型(图4)。杂交稻种子 不纯主要是制种所用的不育系中混杂有保持系或收 获过程中混杂了恢复系,上述引物都能将混入F.中 的不育系、保持系和恢复系区分开,在找不到特异引 物的情况下,上述引物在进行杂交水稻纯度鉴定时 仍然是有用的。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・48・ 杂交水稻(H}BR/D PACE),2002,17(5)2002年9月( f).,2002) 图2引物1 ̄M340对水稻杂种F。及小育系、保持系干u恢复系的扩增结果 Fig 2.The ampliifed results of the tested Fl hybrids and their parents b y Primer RM340 M 1 2 3 4 5 6 7 R 9 1 0 l l l 2 I 3 l 4 l 5 l 6 l 7 l R 图3引物RM328对水稻杂种 及不育系、保持系和恢复系的扩增结果 Fig 3.The ampliied rfesults of the tested F1 hybrids and their parents by Primer RM328 M 图4引物RM208对水稻杂种F。及不育系、保持系和恢复系的扩增结果 Fig 4.The ampliied rfesults of the tested FI h vbrids and their parents ’Primer RM208 维普资讯 http://www.cqvip.com 詹庆才:利用微卫星DNA标记进行杂交水稻种子纯度坚定的研究 2 4利用微卫星DNA标记技术进行杂交水稻种子 纯度鉴定的可靠性 ・49・ 对威优46的鉴定结果,很明显,10,11,12,16,20号 是假杂种,且16,20号是掺人的恢复系种子 图6 是用PuM341对金优207的检测结果,5,9,10,12,l8, 为了证明本方法进行杂交水稻种子纯瞍鉴定结 果的可靠性,我们在威优46和金优207种子中,人 为掺人本组合的小育系、保持系和恢复系种子,以及 其它杂交稻组合的种子:为了防止原样本本身含 杂,影响结果的准确性,我们将原样本种子和掺人的 种子进行了单粒编号,住测试者4 知编号『勺容的情 况下.对种子进干亍纯度检测。图5是用引物RM267 19号是似杂种,且9,10,12号是恢复系种子,10号并 不是设计者有意掺人的杂,但可以肯定,10号是原 样本本身含的杂一我f『J同时用多态性引物RM208 和RM328对上述人为掺杂的种子进行了检测,得到 的结果完全一致。由此看出,本方法能有效地把掺 人组合中的不育系,保持系和恢复系区别出来。 M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lO 1 1 1 2 1 3 14 l5 16 1 7 1 8 19 20 21 22 23 24 图5 引物RM267对威优46(F.)人为掺杂种子进行纯度鉴定的结果 Fig 5.P ty identiifcation of the adulterated seeds of Weiyou 46(F1)by Primer RM267. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 t 2 1 3 14 15 16 1 7 1 8 19 20 21 22 23 24~l 图6以引物RM341对金优207(F )人为掺杂种子纯度鉴定结果 Fig 6.Purity identiifcation of the adulterated seeds of Jinyou 207(F1)by Primer RM341. !.5利用微卫星DNA标记技术鉴别杂交稻组合真 实性 一一区别出来: 为了既不影响实验的准确性,又尽可能缩短反 2.6用于杂交种子纯度鉴定的PCR程序筛选 本研究结果表明,6个被鉴定的杂交稻组合中. 有3个组合,只需使用一对引物就能将它与其它5 个组合及3个不育系和6个恢复系区分开一另外3 个组合也只需使用2对引物就能将它与其余5个组 应时间,我们用94℃预变性4 min后,94℃变性15 s, 55℃结合15 S,72℃延伸30 S,扩增35个循环.72℃ 延伸7 min的PCR程序代替引物筛选时的PCR程 序,从而使PCR反应过程从原来的200 min缩短至 100 min内完成,我们用引物RM267和RM341对威 合区分开,我们总共只用J,7对引物成功地将由这 3个不育系、6个恢复系和6个}、.组成的未知样本 维普资讯 http://www.cqvip.com ・50・ 杂交水稻(HYBRID ICE),R2002,17(5)2002年9月(Sep.,2002) 般文献中介绍的2O~25 降到1O ,因而减少了 Taq酶及dNTP的用量,大大降低了检测成本。 Nusieve 3:1琼脂糖和96孑L PCR盘比较贵,但都可以 重复利用。用该方法鉴定小批量的种子,与生产上 采用的田间种植鉴定法相比,成本仍然要高,但如能 进入产业化鉴定大批量的种子或鉴定经济价值高的 经济作物种子,成本是完全可以接受的。 参考文献: [1]杨剑波,李莉,汪秀峰,等.利用RAPD技术检测杂交 水稻种子纯度(1)一汕优63与其三系DNA扩增产物 优46和金优207掺假种子的样品进行纯度鉴定验 证时,就是采用上述程序。从图5和图6可以看出, 不会影响实验的准确性和分辨率。 3讨论 种子纯度鉴定不仅要求准确、快速,还要求成本 合适、操作简单,易于实现自动化。我们目前研究的 方法,可基本满足上述要求。 杂种F.具有父、母本双方的遗传基础,我们筛 选得到的引物,F,具有双亲互补的带型,凝胶通过 染色后,能清楚的分辨出来。因而具有准确可靠的 特点。 的区别[J].安徽农业科学,1996,24(3):193,195. 我们采用的方法快速表现在:a)引物筛选快。 [2]陈洪,钱前,朱立煌,等.杂交水稻汕优63杂种纯度的 RAPD鉴定[J].科学通报,1996,41(9):833.836. 我们曾经用上述6个组合,筛选了400多个RAPD引 物,但由于RAPD对反应条件太敏感,一般的工作人 [3]钱前,陈洪,孙宗修,等.真假杂交水稻I1优63的 RAPD鉴定[J].中国水稻科学,1996,10(4):241.242. 员不容易掌握,可重复性差,最终没有筛选到一对引 物能用于完成某一杂交稻组合种子的纯度和真实性 鉴定。而微卫星引物则不同,从20对引物中找到一 [4]杨蜀岚,伏健民,杨仁崔,等.培矮64S为不育系的两 系杂交稻杂种纯度的RAPD鉴定[J].福建农业大学 学报,1998,27(1):6-9. 对能区别杂种F.及其亲本的引物是比较容易的,因 而对于生产上推广的杂交组合,我们都能很快找到 [5] 王斌,张超良,翁曼丽,等.玉米自交系8II2特异 SCAR标记的获得[J].高技术通讯,1999,9(3):4547. [6]郭旺珍,张天真,潘家驹,等我国棉花主栽品种的 RAPD指纹图谱研究[J].农业生物技术学报,1996,4 (2):129—134. 适合其纯度鉴定的分子标记。b)DNA提取快。我们 试图用NaOH一步法提取的DNA进行扩增,但在1O 反应体积的情况下,会出现许多空管,而用目前采 用的DNA提取方法,虽然比用NaOH一步法提取 [7]Marsharll P,Marchand M C.A simple method to estimate he percenttage of hybridity in canola(Brassiea napus)F1 DNA稍微复杂,但提取的DNA进行PCR扩增时,可 保证完全没有空管。c)完成纯度鉴定时间快。从种 hybrids[JJ.Theor Appl Genet,1994,89:853—858. [8]欧阳新星,许勇,张海英,等.应用RAPD技术快速进 行西瓜杂交种纯度鉴定的研究[J].农业生物技术学 报,1999,7(1):23.27. 19 J Victor 1 Klimyuk,Bernard J Carrol,Colwyn M Thomas,et a1.Alkali treatment for rapid preparation of pl materila for teliable PCR analysislJj.The PIant Journal,1993,3 (3):493_494. 子DNA提取至得到纯度鉴定结果可在3~4 h内完 成。另外,用本方法鉴定杂交水稻种子纯度的整个 程序,只是几次机械式的加样过程,易于操作,也容 易实现自动化。 由于我们采用了简单的DNA提取方法(米粒和 叶片都行),一名熟练实验工在一个工作13内可完成 数千粒种子的DNA提取。且PCR反应体积也由一 Studies on Identiicatfion of Purity and Factuality of Hybrid Rice S‘ ds Using Microsatenite Marker ZHAN Oing.cai (Hunan Rice Research lnsthttte,Changsha,Hunan 410125,China) Abstract:Six hybrid rice combinations and their parents were used to screen their polymorphic patterns using microsateHite mal"keps.Out of 178 primer pai, ̄,52 pai, ̄showed polymorphie patterns in one or mole ofthe testd comebiatinons.The Fl hybrids showed the complementary patterns of their parents.Using two primer 0ai, ̄of markem,we testd tehe purity and factuality of Weiyou 46 and Jinyou 207 F,seeds.which were purposely adulterated with the seeds oftheir male and female parents.By combining the rapid,simple and low cost method on DNA extraction,we found it was easy to identify the purl— y atnd faetuality of hybrid seeds wih tthe microsatellite marker method. Key words:hybrid rice;mierosatellite marker;purity identiicatifon