“中國春”小麥全基因組中特異SSR標記的發掘及其分布特征

崔婷，王長彪，韓斌，趙興華，劉江，任永康，牛瑜琦，唐朝暉

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院生物技術研究中心，山西太原030031；3.山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031）

“中國春”小麥全基因組中特異SSR標記的發掘及其分布特征

崔婷1，王長彪2，韓斌2，趙興華2，劉江2，任永康3，牛瑜琦3，唐朝暉2

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院生物技術研究中心，山西太原030031；3.山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031）

SSR標記尤其是不同染色體上的單位點特異性SSR標記能為進行小麥基因組分子進化研究、遺傳多樣性分析、指紋圖譜和遺傳圖譜構建、品種真實性鑒定等方面提供更加方便的工具。利用生物信息學技術從山西省農科院生物技術研究中心開發的295 267對“中國春”全基因組SSR分子標記中發掘得到了單位點標記102 287對，其中，不同染色體上特異標記80 374對；A，B，D這3個基因組上特異標記分別是26 738，31 707，21 929對，3個基因組共有的標記有3 293對；80 374對特異分子標記定位到“中國春”小麥全基因組上時，3B染色體定位的特異標記最多，達到5 756對，其次是2B染色體上，為5 680對，最少的是4D染色體上，為2 598對。對不同染色體開發的單位點SSR標記定位全基因組分析表明，定位到不同染色體上最多的標記來源主要集中在2B和5A染色體上。

SSR；小麥；特異標記；單位點標記；全基因組

小麥（Triticum aestivum L.）是人類食物中植物蛋白的主要來源，其植物蛋白的含量較玉米和水稻等主要作物都高。就全球范圍而言，小麥在人類食用的主要糧食作物中的地位僅次于水稻。為了滿足世界各國日益增加的小麥需求量，培育抗生物逆性強耐生物脅迫（白粉病、銹病等）和非生物脅迫（溫度、寒冷、干旱、洪水等）以及在保護農業管理措施下能夠維持產量和質量的優良小麥新品種勢在必行[1-3]。與傳統的既費人力又費物力的表型選擇相比，從分子水平改良種質資源的方式逐步受到人們的重視[4]。在過去的幾十年中，分子標記技術[5]在小麥研究中取得了很大的進展[6]。

SSR（Simple Sequence Repeats）標記是目前最常用的分子標記技術之一[7]。SSR即微衛星DNA（Microsatellites），是一類由幾個核苷酸（一般為1～6個）[8]為重復單位組成的串聯重復序列。由于每個SSR兩側的序列通常是保守性較強的單一序列，因而可以將微衛星側翼的DNA片段克隆、測序，然后根據微衛星的側翼序列就可以人工合成引物進行PCR擴增，從而將單個微衛星位點擴增出來。與其他分子標記相比，SSR標記具有以下優點：（1）數量豐富；（2）具有多等位基因；（3）呈共顯性；（4）價格便宜，技術簡便[9-10]。目前，該技術已廣泛用于遺傳圖譜的構建、目標基因的標定、指紋圖譜的繪制等研究方面。

開發單位點的特異性SSR標記[11]，可以提高工作效率，為進一步研究基因組進化、遺傳多樣性分析、品種真實性鑒定等方面的工作奠定堅實的基礎。我們利用生物信息學工具開發了基于“中國春”小麥的全基因組單位點的特異SSR標記，為進一步進行分子設計育種奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

10 603 760條“中國春”小麥全基因組序列從URGI下載（https://urgi.versailles.inra.fr/download/iwgsc/）。數據公布更新時間為2014年9月6日。

1.2 方法

利用295 267對SSR標記[12]對小麥全基因組進行電子定位。具體參數為：re-PCR-Shash-file-n0-g0-r+。再利用在線軟件Venn（http://bioinformatics. psb.ugent.be/webtools/Venn/）對不同基因組間定位結果進行韋恩作圖，研究不同基因組之間的標記分布。

2 結果與分析

2.1 小麥不同基因組上單位點SSR分子標記分布

利用295 267對SSR標記對小麥全基因組進行電子定位，得到單位點標記（每個染色體上只有1個位點）102 287對，其中特異標記（只定位到1個染色體上，并只有1個位點）80 374對，80 374對標記中定位到A，B，D基因組上的分別是42 276，47 191，38 026對，這3個基因組上特異標記分別是26 738，31 707，21 929對，3個基因組共有的標記有3 293對。不同基因組兩兩間特有的共有標記也各有不同，A和B間有5 816對，A和D間有6 429，B和D間有6 375對（圖1）。該定位結果是通過電子模擬定位的，嚴格按照無錯配和無Gap進行，與當時開發標記用的參數[11]有差異，所以定位時沒有把開發的標記全部定位上去，這樣定位的結果更加準確，該部分結果能為進一步進行遺傳多樣性分析、基因組進化以及分子設計育種等方面奠定基礎。

2.2 小麥不同染色體上特異SSR分子標記分布

對定位的不同基因組上的80 374對特異標記進行進一步定位分析，分別定位到不同染色體上的不同染色體臂上，其中，3B染色體定位的特異標記最多，達到5 756對，其次是2B染色體上，為5 680對，最少的是4D染色體上，為2 598對（圖2）。由于3B染色體測序時，沒有按照長臂（L）與短臂（S）分開，所以定位時沒有分開長臂與短臂。

2.3 全基因組中不同染色體間標記的定位分析

利用“中國春”小麥全基因組中開發的102287對單位點SSR標記分別與每個染色體進行定位比較，結果顯示，每個染色體上定位的單位點標記除了本染色體的標記外，還有別的染色體上開發的標記，說明小麥染色體間存在部分同源區段。而除了本染色體的標記外，定位到不同染色體上最多的標記來源主要集中在2B和5A染色體上（表1）。

表1 不同染色體間單位點SSR標記定位結果

3 討論與結論

SSR分子標記具有實用性強、檢測快捷、重演性好和價格便宜等優點，成為分子育種較好的選擇。此外，SSR標記較SNP標記應用廣泛，主要是由于SSR標記能比二態性的SNP標記揭示更多的信息[12]。目前，已經超過4 000個小麥SSR標記被開發出來，并已運用到小麥遺傳圖譜的繪制工作中，這些分子標記在共線性圖譜和比較作圖以及加速分子標記密度的工作中將發揮積極的作用。此外，小麥染色體1AL和5DS上的SSR分子標記被相繼開發出來[13-14]。LUCAS等[13]從小麥1AL染色體上鑒別出362個SSR標記和6 948個ISBP標記，然后對44個標記（8個SSR標記，26個ISBP和10個SSR及ISBP混合標記）進行了多態性檢測，結果顯示，23個（52.3%）標記是有用的。這些工作對于小麥染色體圖譜的繪制和小麥分子標記輔助選擇育種的后續研究將發揮重要的作用。

到目前為止，有大量的SSR分子標記在遺傳多樣性的檢測、建立核心種質資源庫、研究種群結構乃至定位目標和功能基因方面發揮著重要的作用[15]。很多EST-SSR分子標記被從EST序列中開發出來，用于檢測小麥、大麥、玉米、水稻和高粱等谷類作物[16-17]的高度通用性。小麥全基因組序列草圖的公布[18]加速了小麥種質進化的研究及育種工作。

從“中國春”小麥開發的單位點SSR標記尤其是80 374對特異性標記，對進一步研究小麥遺傳多樣性、基因組分子進化、指紋圖譜構建、品種真實性檢測以及分子設計育種等方面具有廣闊的前景。

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Excavation and Distribution Characteristics of Specific SSR Markers in Genome-wide of"Chinese Spring"Wheat

CUI Ting1，WANGChangbiao2，HANBin2，ZHAOXinghua2，LIUJiang2，RENYongkang3，NIUYuqi3，TANGZhaohui2
（1.College ofBioengineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Research Center ofBiotechnology，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

SSR markers,especially the specific SSR markers with a single locus on different chromosomes,can provide more convenient tools for research on genome molecular evolution,genetic diversity analysis,fingerprint and genetic map construction,varietal identification,and soon.This paper used bioinformatics technology todevelop 295 267 genome-wide SSR markers on"Chinese spring" wheat.80 374 SSR markers were specific markers with a single locus on the different chromosomes.The specific markers on A,B,D genome were 26 738,31 707,21 929,respectively and 3 293 markers were on all the three genome.Mapping the specific markers on "Chinese spring"wheat genome-wide,the chromosome 3B had the most markers（5 756）,secondly 2B（5 680）,the chromosome 4D had the least markers.The largest source ofmarkers localized on different chromosomes is concentrated on the 2Band 5Achromosomes.

SSR;wheat;specific markers;a single locus;genome-wide

S512.1

：A

：1002-2481（2017）06-0877-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.03

2017-03-15

農業科技成果轉化和示范推廣項目（2016cgzh47）；山西省農業科學院種業發展項目（2016zyzx50）；山西省重點科研項目（201603D221025-2）；山西省農業科學院重點研究項目（YGG624）

崔婷（1991-），女，山西襄垣人，在讀碩士，研究方向：小麥遺傳育種。唐朝暉為通信作者。