西瓜SSR標記中不同類型樣品的DNA提取分析

孫波 王興輝 吳勇 劉中陽 羅琳 曾健強 劉澤發 孫小武

摘 要： 為實現西瓜品種純度的室內快速檢測，筆者對西瓜的真葉、子葉、種芽和種子進行了DNA提取，比較了不同類型樣品提取DNA的質量與濃度差異，并研究了從不同類型樣品中提取的DNA對于SSR-PCR的影響。結果表明，不同類型樣品中提取的DNA濃度與質量的大小排序均為：真葉>子葉>種芽>種仁，其DNA濃度之間具有顯著性差異。將上述材料中提取的DNA作為模板進行了SSR-PCR擴增分析，發現以上4組DNA模板均能擴增出清晰可見的目標條帶，表明從種仁中可直接提取DNA進行SSR分子標記純度檢測。因此在室內用SSR分子標記檢測品種純度時可省略催芽育苗階段，從而提升檢測效率，節省時間。

關鍵詞： 西瓜; SSR標記; 種子; DNA提取

Abstract： In order to achieve rapid indoor identification of variety purity， in this study， the DNAs from true leaf， cotyledon， seedlings and seed of watermelon were extracted respectively， and the quality and concentration of them were compared， their influence for SSR-PCR were researched. The results showed that the concentration and quality of the extracted DNA were ranked as follows： true leaf > cotyledon > seedlings > seed， and the DNA concentration was significantly different. The DNAs extracted from the above materials was used as templates for SSR-PCR analysis respectively. They can all achieved the target band， indicating that the DNA extracted from the seed can be also used for SSR markers. Therefore， in the purity identification of watermelon cultivar by using SSR method， the germination and seedling stage can be omited， and the efficiency can be improved greatly and much time will be saved.

SSR標記技術在真核生物中具有普遍性[1]，且被廣泛應用于作物DNA指紋圖譜的構建、遺傳連鎖圖譜的繪制和基因定位等方面。該技術對品種的DNA質量濃度要求較低，種屬特異性強，多態性豐富，而且可以鑒別純合子和雜合子，結果相對可靠，省時省力，應用價值非常大。據統計，在品種鑒定中被應用次數最多的便是SSR標記技術[2]。在西瓜品種純度檢測方面，SSR標記技術的應用也較為廣泛。張佩倫等[3]篩選出7對SSR引物對4份優質西瓜雜交種進行了純度鑒定，劉子記等[4]則利用分布于西瓜不同染色體的SSR標記鑒定了小果型西瓜‘美月的純度。上述研究者均是通過育苗提取西瓜葉片DNA來進行純度鑒定。這也是目前大部分學者的普遍做法，即以西瓜真葉為材料提取DNA以滿足分子標記的要求[5-7]，但西瓜從浸種催芽到第1片真葉展開需10 d左右，因此通過真葉提取DNA對于材料為西瓜種子的樣品來說程序比較繁瑣。所以，有必要對西瓜DNA的提取部位進行探索，從而提高室內品種純度檢測的效率。劉澤發等[8]認為，西瓜的發芽根尖細胞內脂肪和葉綠素等含量非常少，適合作為快速提取DNA的材料，從中提取的DNA適用于SRAP標記，因此在進行純度檢測時只需要將種子催芽即可，無需育苗，縮短了室內檢測純度的時間。王吉明等[9]對不同類型的西瓜樣品材料提取的DNA進行了研究，發現從西瓜種仁中提取的DNA可以順利進行dCAPS擴增和酶切，這為西瓜品種純度的室內快速檢測提供了參考。在西瓜品種室內的純度檢測中，西瓜種子是最直接也最容易獲得的材料，因此對種仁中提取的DNA是否適用于SSR標記進行探究具有重要意義。

筆者對西瓜的真葉、子葉、種芽、種仁進行了DNA提取，研究了各樣品提取DNA的質量濃度差異，并探究了各DNA對于SSR-PCR的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

‘雪峰黑媚娘有籽西瓜品種，由邵陽市農業科學研究院提供。試驗于2018年1—3月在邵陽市農業科學研究院生物中心實驗室完成。

1.2 方法

1.2.1 材料收集 取3粒‘雪峰黑媚娘種子直接去殼后用滅菌鑷子將種仁取出分別放入離心管內。另取9粒‘雪峰黑媚娘種子在50 ℃溫水中浸種3 h，置于30 ℃條件下催芽。出芽后將其中6粒進行播種育苗，另外3粒繼續催芽，芽長3 cm左右時[8]，用滅菌剪刀將種芽剪下放入離心管內。播種的種子成苗后分別用滅菌剪刀剪下真葉和子葉放入離心管內。種仁、種芽、子葉和真葉每種類型的材料各取3份。

1.2.2 DNA提取方法 DNA的提取采用天根生物公司的植物DNA提取試劑盒（貨號DP320）結合高通量組織研磨器進行。

1.2.3 DNA質量濃度測定 DNA的濃度及質量通過微量核酸蛋白分析儀和瓊脂糖凝膠電泳進行測定，并利用DPS軟件進行數據處理分析。

1.2.4 SSR-PCR擴增 以不同類型材料的DNA為模板進行SSR-PCR擴增，以比較各DNA對于SSR分子標記擴增的影響。引物選用國家蔬菜工程中心[10]發表的SSR核心引物BVWS02048，上游引物序列為5-TCTGTGTGGATGCAAATGGT-3，下游引物序列為5-GCTAATCGAGCCCAGTTACG-3，目標片段長度為249 bp。擴增產物電泳后置于凝膠成像儀內觀察結果，比較各樣品提取的DNA擴增效果。反應體系：總體系[11]為20 μL，其中10×Taq Buffer 2 μL（Mg2+含量為15 mmol·L-1），2.5 mmol·L-1的dNTPS加1.6 μL，Taq酶含量為1 U，10 μmol·L-1的上下游引物各1 μL，DNA模板1 μL，加超純水補足至20 μL。擴增程序：設置PCR儀的擴增程序為：94 ℃預變性4 min，94 ℃變性20 s，55 ℃退火20 s，72 ℃延伸90 s，35次循環，72 ℃延伸5 min。10 ℃保存。擴增產物利用2%的瓊脂糖凝膠進行電泳檢測。

2 結果與分析

2.1 不同類型西瓜樣品所提取DNA的濃度比較

由表1可知，以真葉為材料提取的DNA濃度最高，平均濃度為814.561 ng·μL-1，可能是由于真葉的細胞分裂最旺盛，因此DNA含量最高。其次為子葉和種芽，子葉的平均質量濃度為526.493 ng·μL-1，種芽的平均質量濃度為238.487 ng·μL-1。子葉的細胞分裂頻率小于真葉，DNA含量次之;種芽內可能含有較多的液泡和木質化的導管，所以DNA含量相對較少。質量濃度最低的是種仁，僅為118.177 ng·μL-1，其富含氨基酸和脂肪酸，所以DNA的提取濃度最低。西瓜真葉、子葉、種芽、種仁提取的DNA濃度差異顯著，種芽與種仁的DNA濃度之間差異未達到極顯著水平。

2.2 不同類型西瓜樣品所提DNA質量的比較

由表2可知，從真葉、子葉、種芽提取DNA的OD260/280均在1.8～2.0之間，說明提取的DNA質量較好，從種仁提取DNA的OD260/280均低于1.8，說明有蛋白質等其他雜質殘留。所有DNA樣品的OD260/230均大于2.0，說明從各材料中提取的DNA均沒有碳水化合物、多肽和苯酚等污染物。

由如圖1可以看出，從真葉、子葉、種芽所提取的DNA條帶清晰明亮，從種仁提取的DNA有拖尾現象，說明含有蛋白質、酚類等雜質，這可能是由于種仁中含有較多的脂肪酸和氨基酸等物質影響了DNA的提取質量[12]。條帶的亮度與DNA濃度呈正相關，亮度排序為真葉>子葉>種芽>種仁，這與微量核酸蛋白分析儀的濃度測量結果一致。

2.3 不同西瓜樣品所提DNA對SSR-PCR擴增效果的影響

由圖2可知，所有DNA模板經擴增后均在249 bp處出現了目標條帶，以真葉、子葉的DNA為模板的PCR擴增條帶較亮，讀取條帶非常直觀。以種芽DNA為模板的擴增條帶清晰，效果較好。以種仁DNA為模板的擴增條帶較暗，但并不影響條帶的讀取，且DNA中殘留的雜質對SSR-PCR擴增沒有明顯影響。說明從西瓜真葉、子葉、種芽、種仁提取的DNA均可用于SSR-PCR的擴增。

3 討論與結論

目前利用分子標記技術對西瓜品種進行純度檢測的方法已較為成熟[13-15]，這與傳統的田間純度檢測相比進步巨大，而SSR分子標記技術在品種鑒定中應用廣泛[2]，因此很有必要對室內SSR分子標記純度的檢測效率進行研究。DNA的質量與濃度會影響后續分子生物學等研究的操作效果[16]。而SSR技術對樣品DNA質量和濃度要求并不高，因此在對西瓜品種進行室內純度檢測時，如何提升DNA的提取效率從而縮短檢測時間對于種企按時銷售種子較為關鍵。國內許多生物技術公司開發了直擴試劑盒，將樣品置于裂解液中加熱幾分鐘，即可以裂解液為模板進行擴增，省去了DNA提取時磨樣等繁瑣步驟，但此試劑盒價格較貴，將其直接應用至種企的純度鑒定中并不現實。北京市農林科學院及一些生物檢測公司在種子純度鑒定方面取得了較大進展，其通過第一代測序儀、KASP技術可對品種純度進行快速準確、高通量的檢測，但目前在國內尚未推廣開來。

筆者對西瓜品種真葉、子葉、種芽及種仁做了DNA提取質量的比較，探究了各類型樣品所提取的DNA的濃度和質量差異。研究發現，在相同的提取方法下，從真葉中提取的DNA濃度最高，種仁中提取的DNA濃度最低且含有雜質，這和王吉明等[9]研究結果一致。通過和以往的液氮研磨提取DNA相比較后發現，高通量組織研磨器提取的DNA濃度普遍偏低，可能是由于研磨儀內小鋼珠通過擊打來破碎組織的效果沒有加液氮研磨破碎的效果好。對各DNA模板SSR-PCR擴增后的效果進行了比較，發現以西瓜真葉、子葉和種芽的DNA為模板時擴出的條帶明亮清晰，無明顯差異，以種仁DNA為模板擴出的條帶較暗，但是并不影響條帶的讀取。王吉明等[9]還對干燥真葉、新鮮真葉、種芽、下胚軸、子葉和種子所提取的的DNA進行了dCAPS擴增及酶切，發現所有樣品DNA的擴增效果無明顯差異，可以滿足dCAPS酶切要求，說明從種仁中提取DNA基本可以滿足一般的分子生物學試驗。因此，在利用SSR技術構建DNA指紋圖譜或進行純度鑒定時，如若樣品材料不多且時間充分，可以育苗通過真葉或者子葉提取的DNA為模板，時間緊張時也可催芽以提取種芽的DNA為模板，以便更好地觀察擴增后條帶之間的差異。但是純度鑒定在種企或者檢測中心等單位的實際應用中需要快速大批量提取樣品DNA，如采用SSR分子標記來進行檢測，則可以利用高通量自動研磨儀直接對種子進行研磨，研磨充分后利用排槍加提取液提取種仁DNA，這樣可大大減少工作量，提高工作效率，并且單人可完成所有過程。

參考文獻

[1] TAUTZ D，RENZ M.1984，Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes[J].Nucleic Acids Res，1984，12（10）：4127-4138.

[2] 王立新，常利芳，李宏博，等.小麥區試品系DUS測試的分子標記[J].作物學報，2010，36（7）：1114-1125.

[3] 張佩倫，郭祿芹，胡倩梅，等.利用SSR標記快速鑒定西瓜雜交種純度[J].中國瓜菜，2018，31（5）：16-19.

[4] 劉子記，詹園鳳，朱婕，等.利用SSR標記鑒定西瓜雜交種純度的研究[J].熱帶作物學報，2016，37（9）：1714-1718.

[5] 周賢達，王鳳辰，周桂林，等.西瓜雜交種純度SSR分子鑒定技術研究[J].中國瓜菜，2012，25（5）：13-16.

[6] 高磊，趙勝杰，路緒強，等.利用SSR標記對西瓜果肉硬度性狀的連鎖分析[J]. 植物遺傳資源學報，2016，17（5）：866-870.

[7] 羊杏平，劉廣，侯喜林，等. 西瓜核心種質枯萎病抗性與SRAP分子標記的關聯分析[J]. 園藝學報，2013，40（7）：1298-1308.

[8] 劉澤發，孫小武，董亞靜.SRAP標記鑒定西瓜種子純度方法研究[J].中國瓜菜，2009，22（1）：5-8.

[9] 王吉明，尚建立，李娜，等.西瓜不同類型樣品的DNA提取研究[J].中國瓜菜，2016，29（11）：11-13.

[10] ZHANG H Y，WANG H，GUO S G，et al.Identification and validation of a core set of microsatellite markers for genetic diversity analysis in watermelon，Citrullus lanatus Thunb.Matsum.& Nakai[J].Euphytuca，2012，186（2）：329-342.

[11] 張海英，許勇.十大技術之一（一）西瓜資源與品種核酸指紋鑒定關鍵技術[J]. 中國瓜菜，2013，26（5）：63-65.

[12] 張玉秀，趙文明. 籽瓜種子營養成分研究：Ⅱ籽瓜種子脂肪酸成分分析[J]. 中國西瓜甜瓜，1992，5（2）：18-19.

[13] 張佩倫. 西瓜雜交種純度快速鑒定及雜交制種技術的研究[D]. 鄭州：河南農業大學，2018.

[14] 孫波，鄒甜，王志偉，等. 利用SSR技術鑒定西瓜品種純度[J]. 中國瓜菜，2018，31（6）：16-19.

[15] 李超漢，劉莉，劉翔，等. 基于SSR標記的5個西瓜新品種純度鑒定及特異性分析的研究[J]. 中國農學通報，2015，31（33）：177-185.

[16] 吳艷艷，代德艷，蔡春梅. 一種改良的大豆DNA提取方法[J]. 大豆科學，2015，34（1）：112-115.