甘薯抗病相關基因TAO1-like的TRAP分析

王崇　王連軍　雷劍　蘇文瑾　柴沙沙　楊新筍　張文英

摘要：NBS-LRR是植物中已分離抗病基因最大的一類，Target of AvrB Operation（TAO1）屬于NBS-LRR類基因。以甘薯[Ipomoea batatas（L.） Lam.]抗病相關的TAO1基因作為靶標基因，設計出1條固定引物，與11條隨機引物組合成11對引物。利用這11對引物對甘薯品種鄂薯11、鄂紫薯13進行TRAP-PCR擴增，發現11個引物組合擴增出清晰條帶，且表現出良好的多態性。該研究獲得與TAO1-like基因相關聯的TRAP標記，該標記可進行甘薯群體的遺傳多樣性分析，為甘薯的抗病育種奠定基礎。

關鍵詞：甘薯[Ipomoea batatas（L.） Lam.];抗病;NBS-LRR類基因;TAO1;TRAP標記

中圖分類號：S531;Q78 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）18-0152-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.18.037 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

TRAP analysis of disease resistance related gene TAO1-like in sweet potato

WANG Chong1，2，WANG Lian-jun2，LEI Jian2，SU Wen-jin2，CHAI Sha-sha2，YANG Xin-sun2，ZHANG Wen-ying1

（1.College of Agriculture， Yangtze University，Jingzhou 434025，Hubei，China;2.Hubei Academy of Agricultural Sciences，Institute of Food Corps/Hubei Sweet Potato Engineering and Technology Research Centre/Hubei Key Laboratory of Food Crops Germplasm and Genetic Improvement，Wuhan 430064，China）

Abstract： NBS-LRR is the largest class of isolated disease resistance genes in plants， Target of AvrB Operation（TAO1）belongs to NBS-LRR class genes. Using sweet potato disease resistance genes NBS-LRR as target gene to design one fixed primer，and for paring 11 pairs primers with 11 arbitrary primers. The 11 pairs of primers were used for TRAP-PCR amplification of sweet potato cultivars Eshu 11 and Ezishu 13. It was found that 11 primer combinations amplified clear bands and showed good polymorphism. The TRAP marker that associated with the TAO1-like gene were obtained， which could be used to analyze the genetic diversity of sweet potato population and provide a theoretical basis for disease resistance breeding of sweet potato.

Key words： sweet potato [Ipomoea batatas（L.） Lam.]; disease resistance; NBS-LRR gene; TAO1; TRAP marker

甘薯[Ipomoea batatas（L.） Lam.]是世界上重要的糧食、飼料、工業原料及新型能源用塊根作物。中國是世界上最大的甘薯生產國，常年種植面積550萬hm2，鮮薯產量1.2億t，分別占世界甘薯種植總面積和總產量的60%和85%[1]。甘薯在遺傳上高度雜合，種內、種間雜交不親和以及遺傳資源匱乏，遺傳基礎狹窄，病蟲害、病毒病危害嚴重，制約了甘薯品種的遺傳改良[2]。

很多甘薯近緣野生種具有抗病蟲、抗逆等優良基因[3]?？共』蛲葱蛄校≧esistance gene analog，RGA）是一種存在植物基因組中具有特定保守結構域的DNA區段，RGA還具有容易獲得、擴增結果穩定和使用費用低廉等優點。因此以RGA區段的保守性為基礎設計PCR特異兼并引物，擴增R基因同源序列，進行抗病基因的分離和克隆，已經成為當前比較流行的克隆植物抗病基因的策略之一[4]。NBS-LRR類基因根據表達出的蛋白質N端的不同，可以分為4類：TIR-NBS-LRR、LZ-NBS-LRR、CC-NBS-LRR和NBS-LRR等[5]。TAO1屬于TIR-NBS-LRR類，主要功能是參與植物的防御反應[6]。目前在甘薯[7]、水稻[8]、小麥[9]、蘋果[10]、棉花[11]等植物中已成功分離克隆出NBS-LRR類抗病基因同源序列。

TRAP技術[12]是由SRAP技術[13]發展而來，是一種基于已知的cDNA或EST序列信息的分子標記，固定引物長度為16～20 bp，隨機引物長度18 bp，具有簡單、高效、重復性好、效率高等優點，已在水稻[14]、小麥[15]、煙草[16]、棉花[17]等多種作物中得到了廣泛應用。本研究基于植物NBS-LRR類抗病基因的保守區域，采用TRAP標記技術，旨在評價分析TRAP標記技術在甘薯研究中的利用價值，發掘出能有效與NBS-LRR類基因緊密連鎖的TRAP標記，為篩選甘薯抗病品種提供一定的理論依據，為甘薯抗病性遺傳改良奠定基礎。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試材料為高抗蔓割病、抗根腐病、抗莖線蟲病，感黑斑病的甘薯品種鄂薯11;感蔓割病、高感根腐病、中抗莖線蟲病、高感黑斑病的甘薯品種鄂紫薯13，種植于湖北省農業科學院糧食作物研究所試驗基地。

1.2 ?引物設計

利用Premier 5軟件設計引物。根據NCBI登錄號搜索到NBS-LRR類抗病基因序列，以TAO1-like基因為靶標基因設計1條固定引物，固定引物大小為18 bp，退火溫度在50 ℃最為適宜，參考引用Li等[18]已發表的11條隨機引物（表1），均委托天一輝遠生物科技有限公司（武漢）合成。

1.3 ?DNA的提取

采取鄂薯11、鄂紫薯13的新鮮幼嫩葉片，采用改良CTAB法[19]提取甘薯總DNA。將DNA稀釋到PCR反應所需的濃度（50～60 ng/μL），在-20 ℃保存，備用。

1.4 ?PCR擴增

使用S1000TM Thermal Cycler（BioRad）PCR擴增儀進行擴增，反應體系為：10×Buffer（Mg2+） 5.0 μL，dNTPs（10 mmol/L each）4.0 μL，固定引物1.0 μL，隨機引物1.0 μL，基因組 DNA（50～60 ng/μL）1.0 μL，Easy-Taq DNA Polymerase 1.0 μL，ddH2O補至50 μL;TRAP反應的PCR擴增程序為94 ℃預變性4 min;94 ℃變性45 s，35 ℃退火45 s，72 ℃延伸1 min，5個循環;然后94 ℃變性1 min，52 ℃退火1 min，72 ℃ 延伸1 min，35個循環;72 ℃延伸7 min，冷卻至10 ℃。PCR擴增產物在0.5%非變性聚丙烯酰胺凝膠（PAGE）上電泳，105 V電泳4 h后銀染，通過凝膠成像系統觀察并拍照。

2 ?結果與分析

2.1 ?TRAP標記多態性分析

利用11對引物對2個試驗材料進行TRAP標記分析，11對引物的擴增條帶大小在100～800 bp，每對引物組合可產生8～17條清晰、穩定條帶，且不同TRAP引物擴增帶型、擴增數量和分布均勻程度具有較大差異（圖1）。每個組合都擴增出多態性條帶，每個組合擴增的多態性條帶為5～12條，表明設計的引物具有良好的多態性，可用于進一步的分析研究。

2.2 ?TAO1-like的TRAP分析

對11對引物組合的多態性條帶分析，多態性條帶主要集中在200～500 bp。鄂薯11與鄂紫薯13的抗病性存在差異，發現某些擴增條帶在鄂薯11中出現，而在鄂紫薯13中沒有出現。如圖1箭頭所指，引物對s+em6在鄂薯11中擴增出4條特異性條帶，在鄂紫薯13中不存在。在這些多態性條帶中，可能存在NBS-LRR基因的特異擴增條帶，這些片段可能與TAO1基因緊密相關。

3 ?討論

同源序列克隆法具有過程相對簡單、適用對象廣泛等優點。采用同源序列克隆法在水稻、甘蔗、結球甘藍、柚等多種植物上獲得了抗病基因同源序列，顯示了廣泛的應用前景[20，21]。這些RGA有的定位在某些抗病基因附近，為分子標記輔助育種提供了可能?？共』蛲葱蛄性诳共』虻陌l掘中起著重要作用，也被廣泛用于NBS-LRR類基因的發掘。陳觀水等[22]利用同源序列克隆技術，在甘薯栽培品種青農2號中發現P-loop、Kinase-2、Kinase-3a、GLPL等4個與甘薯抗病相關的基因。屈滿義等[23]對甘薯高抗莖線蟲品種AB94078-1和感病品種徐18進行研究，發現與抗線蟲病相關聯的基因序列。Wang等[24]以甘薯品種Jewel為試驗材料，在NBS-LRR類基因中發現與白細胞介素1受體相關的基因。目前， NBS profiling標記技術[26]也被廣泛采用來尋找NBS-LRR類抗病基因。Calenge等[27]通過對產生的43個標記測序，發現25個與蘋果抗瘡病和霉病的重要基因相近的位點。Sayar等[28]利用NBS profiling技術將土耳其冬小麥栽培品種和哈薩克斯坦冬小麥栽培品種以及歐洲冬小麥栽培品種區分開來。

TRAP技術的固定引物是基于EST序列設計的，是表達基因的一部分，通過TRAP技術，能過開發出與表型或目標基因連鎖的分子標記，被有效應用于特定基因定位。Miklas等[29]通過設計大豆的TRAP固定引物，在106個TRAP標記中有17個定位了與R基因相鄰的基因，2個調節灰莖枯萎病抗性，1個具有大豆花葉病毒抗性和共同的細菌抗性，證明TRAP標記具有標記抗病性基因的潛力。任民等[30]直接利用EST序列設計TRAP引物，在普通煙草品種中發現1個TRAP標記特征帶，通過克隆、測序和序列對比，推測該序列可能是一個未知的煙草高香氣基因。Chen等[31]結合SSR和TRAP標記，通過構建F2群體，在向日葵中定位了與雄性核不育相關的基因。Saleh等[32]通過構建小麥Yecora Rojo和Pavon 76的F4群體，發現3個與葉綠素含量性狀相關聯的標記，4個與葉片衰老相關聯的標記和3個與葉片細胞膜穩定性相關聯的標記，表明TRAP標記可以用于小麥的抗干旱育種。Chen等[33]結合SSR、SRAP和TRAP標記，發現了3個與小麥抗條銹病相關聯的標記，證實YrSph可能是一個新型的小麥抗條銹病基因。

本研究利用TRAP技術對鄂薯11和鄂紫薯13進行檢測，發現某些條帶在鄂薯11中出現，而在鄂紫薯13中無法檢測到，這些條帶可能與甘薯抗病基因有著緊密聯系，表明TRAP標記可能在甘薯的抗病育種中有著應用價值。

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