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CN105543397B - 水稻籽粒镉含量相关基因LCd-38的SNP分子标记的应用 - Google Patents

水稻籽粒镉含量相关基因LCd-38的SNP分子标记的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水稻籽粒镉含量相关基因LCd‑38的SNP分子标记的应用。该应用具体可为TagSNP‑20089955在鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量中的应用；所述TagSNP‑20089955是水稻基因组的一个SNP位点，TagSNP‑20089955是位于水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。实验证明，94％的基因型TT的水稻品种中籽粒镉含量均低于0.2mg/kg，94％的基因型CC的水稻品种的水稻籽粒镉含量均高于0.2mg/kg，说明本发明的TagSNP‑20089955是水稻籽粒镉含量相关的SNP分子标记。

Description

水稻籽粒镉含量相关基因LCd-38的SNP分子标记的应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域中水稻籽粒镉含量相关基因的SNP分子标记的应用，特别涉及水稻籽粒镉含量相关基因LCd-38的SNP分子标记的应用。
背景技术
单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)指基因组单个核苷酸的变异，它是最微小的变异单元，是由单个核苷酸对置换、颠换、插入或缺失所形成的变异形式。
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，约有一半以上的人口以稻米为主食。农田重金属污染是当今世界面临的重大环境问题,受到各界广泛关注。重金属污染具有复杂隐蔽性、危害持久性,尤其可能通过食物链的富集作用危及人类健康。其中镉是对环境毒性最大的重金属元素之一,对水稻等粮食作物的安全生产构成严重威胁。
镉对有机体有极强的毒害作用，尤其在人类身体中，其半排出周期长达30年，长期摄取被镉污染的稻米，会增加患肺癌、肾脏和肝脏疾病以及‘痛痛病’的几率
目前我国约有27.86万hm2受镉污染，其中稻田土壤将近1.33万hm2。在镉污染耕地中有5-10％的面积产量严重受影响，并且所产粮食均不宜食用。粮食作物的安全问题与人类健康息息相关，但镉污染农田治理周期长难度大，因此，如何在不浪费现有农田的基础上，生产出安全的粮食作物显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是如何鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
A1、TagSNP-20089955在鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量中的应用；所述TagSNP-20089955是水稻基因组的一个SNP位点，TagSNP-20089955是位于水稻第10号染色体上SEQID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。
A2、检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量产品中的应用；所述TagSNP-20089955是水稻基因组的一个SNP位点，TagSNP-20089955是位于水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。
A3、鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量的方法，包括检测待测水稻基因型，根据待测水稻的基因型鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量：CC基因型的待测水稻籽粒镉含量高于TT基因型的待测水稻籽粒镉含量；CC基因型是水稻基因组中所述TagSNP-20089955为C的纯合型，TT基因型是水稻基因组中所述TagSNP-20089955为T的纯合型。
上述应用中，SEQ ID No.1由306个核苷酸组成，SEQ ID No.1对应于日本晴水稻第10号染色体第20089673-20089978位，SEQ ID No.1的第283位核苷酸为C或T。
上述应用中，所述检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型具体可为检测水稻基因组中TagSNP-20089955的核苷酸种类。所述水稻基因组中TagSNP-20089955的基因型是CC、TT或CT。所述CC是TagSNP-20089955为C的纯合型，所述TT是TagSNP-20089955为T的纯合型，所述CT是TagSNP-20089955为C和T的杂合型。
上述应用中，检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型的物质可为通过下述至少一种方法确定水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型所需的试剂和/或仪器：DNA测序、限制性酶切片段长度多态性、单链构象多态性、变性高效液相色谱和SNP芯片。其中，SNP芯片包括基于核酸杂交反应的芯片、基于单碱基延伸反应的芯片、基于等位基因特异性引物延伸反应的芯片、基于“一步法”反应的芯片、基于引物连接反应的芯片、基于限制性内切酶反应的芯片、基于蛋白DNA结合反应的芯片，及基于荧光分子DNA结合反应的芯片。
上述应用中，检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型的物质具体可为扩增包括TagSNP-20089955在内的水稻基因组DNA片段的引物对，如由SEQ ID No.2所示的单链DNA和SEQ ID No.3所示的单链DNA组成的引物对。
上述鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量的方法中，所述待测水稻不为CT基因型的水稻，所述基因型CT是水稻基因组中所述TagSNP-20089955为C和T的杂合型。
本发明所要解决的另一个技术问题是如何进行水稻育种。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
B1、所述TagSNP-20089955在水稻育种中的应用。
B2、上述鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量的方法在水稻育种中的应用。
B3、水稻的育种方法，包括：检测水稻基因组中所述TagSNP-20089955的多态性，选择水稻基因组中所述TagSNP-20089955为T的纯合型(基因型是TT)的水稻作为亲本进行育种。
上述应用中，所述水稻育种为培育低镉含量水稻品种。
上述应用中，所述低镉含量水稻品种中的低镉含量是相对于杂交亲本水稻而言。如果两个杂交亲本水稻籽粒中镉含量相同，所述低镉含量水稻品种的籽粒中镉含量可等于或低于杂交亲本水稻籽粒中镉含量；如果两个杂交亲本水稻籽粒中镉含量不相同，所述低镉含量水稻品种的籽粒中镉含量可等于或低于两个杂交亲本水稻籽粒中镉含量较低的杂交亲本水稻。
上述应用中，所述低镉含量水稻品种的水稻籽粒镉含量具体可小于0.2mg/kg。
B3所述水稻的育种方法可用于培育低镉含量水稻品种。检测水稻基因组中所述TagSNP-20089955的多态性可通过扩增水稻基因组中包括SEQ ID No.1的第283位核苷酸在内的DNA片段的引物对进行PCR产物，根据PCR产物的序列确定水稻基因组中所述TagSNP-20089955的多态性。所述引物对具体可为由SEQ ID No.2所示的单链DNA和SEQ ID No.3所示的单链DNA组成的引物对。
本申请中，所述TagSNP-20089955的物理位置是基于水稻品种日本晴的基因组序列确定的，TagSNP-20089955对应于水稻品种日本晴第10号染色体上第20089955位，其核苷酸为C或T。水稻品种日本晴第10号染色体的核苷酸序列如GenBank Accesion NumberAP014966.1 GI:937934639(Update Date是2015年10月10日，Oct 10,2015)。
下述1)-3)中任一种产品也属于本发明的保护范围：
1)SEQ ID No.1所示的DNA分子；
2)扩增水稻基因组中包括SEQ ID No.1的第283位核苷酸在内的DNA片段的引物对；
3)由SEQ ID No.2所示的单链DNA和SEQ ID No.3所示的单链DNA组成的引物对。
实验证明，94％的基因型TT(TagSNP-20089955为T的纯合型)的水稻品种中籽粒镉含量均低于0.2mg/kg，94％的基因型CC(TagSNP-20089955为C的纯合型)的水稻品种的水稻籽粒镉含量均高于0.2mg/kg，说明本发明的TagSNP-20089955是水稻籽粒镉含量相关的SNP分子标记，可用于水稻籽粒镉积累的早期预测和筛选，可用于水稻分子标记辅助选择育种，可用于低镉水稻的选育。TagSNP-20089955的多态性直接以DNA的形式表现，在水稻的各个组织及各个发育阶段均可检测到，有利于更方便快捷地预测水稻耐镉性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、TagSNP-20089955是与水稻籽粒镉含量相关的SNP分子标记
一、TagSNP-20089955的发现
本发明的发明人根据65个国内外水稻品种籽粒中的镉含量和其基因组测序结果，筛选出一个和水稻籽粒镉含量相关的SNP位点，该SNP位点对应于日本晴水稻第10号染色体第20089955位，将该SNP位点命名为TagSNP-20089955。
TagSNP-20089955是水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸的一个二等位多态性的SNP位点，SEQ ID No.1第283位的核苷酸为C或T。将SEQ ID No.1第283位(TagSNP-20089955)为T的纯合型的TagSNP-20089955基因型命名为TT，将SEQ ID No.1第283位(TagSNP-20089955)为C的纯合型的TagSNP-20089955基因型命名为CC，将SEQ IDNo.1第283位(TagSNP-20089955)为C和T的杂合型的TagSNP-20089955基因型命名为CT。水稻品种日本晴第10号染色体的核苷酸序列如GenBank Accesion Number AP014966.1GI:937934639(Update Date是2015年10月10日，Oct 10,2015)所示。SEQ ID No.1对应于日本晴水稻第10号染色体第20089673-20089978位。将该SNP位点所在的基因命名为LCd-38基因。
二、检测表1的65个水稻品种的水稻籽粒镉含量
65个国内外水稻品种由中国农业大学农学与生物技术学院植物遗传育种系水稻种质资源、基因组学与分子育种(RGGMB)实验室提供，其种质资源可从中国作物种质资源信息网获取(http://icgr.caas.net.cn/pztest.htm)，部分材料具体信息可在正式出版著作(中国稻种资源及其核心种质研究与利用，李自超，中国农业大学出版社；第1版，2013年5月1日)中查询，品种详细信息如表1所示。将65个水稻品种播种后待株高15cm左右时种植于约10L塑料桶所盛土内培养，用硫酸镉(3CdSO4·8H2O)处理，镉处理浓度为0.18mg/kg土。一个材料处理一桶，每桶3个单株，成熟后收取籽粒，脱壳后称取0.2g左右材料，1.5ml硝酸消煮4h，0.5ml高氯酸消煮2h后定容至50ml，采用ICP-MS测定籽粒中镉积累量(镉含量)，结果如(表1)所示。
三、检测表1的65个水稻品种的TagSNP-20089955基因型
从表1的65个水稻品种的叶片中提取基因组DNA，用SEQ ID No.2和SEQ ID No.3所示的特异引物对进行PCR扩增SEQ ID No.1，用测序法对PCR产物进行检测，确定SEQ IDNo.1第283位(TagSNP-20089955)核苷酸的种类。根据各个水稻品种中SEQ ID No.1第283位(TagSNP-20089955)的核苷酸种类确定各个水稻品种的TagSNP-20089955基因型。将SEQ IDNo.1第283位(TagSNP-20089955)为T的纯合型的TagSNP-20089955基因型命名为TT(简称为基因型TT)，将SEQ ID No.1第283位(TagSNP-20089955)为C的纯合型的TagSNP-20089955基因型命名为CC(简称为基因型CC)，将SEQ ID No.1第283位(TagSNP-20089955)为C和T的杂合型的TagSNP-20089955基因型命名为CT(简称为基因型CT)。各个水稻品种的基因型检测结果如表1所示。各个水稻品种的PCR产物测序结果表明，所有基因型CC的水稻品种的PCR产物序列均为SEQ ID No.1，且SEQ ID No.1第283位核苷酸为C；基因型TT的水稻品种的PCR产物序列均为SEQ ID No.1，且SEQ ID No.1第283位核苷酸为T。
65个水稻品种的TagSNP-20089955基因型和水稻籽粒镉含量如表1和表2，结果表明，18个基因型TT的水稻品种中，有17个基因型TT的水稻品种水稻籽粒镉含量均低于0.2mg/kg；47个基因型CC的水稻品种中，有44个基因型CC的水稻品种水稻籽粒镉含量均高于0.2mg/kg。94％的基因型TT的水稻品种中籽粒镉含量均低于0.2mg/kg，94％的基因型CC的水稻品种的水稻籽粒镉含量均高于0.2mg/kg(国家标准GB15618-1995，土壤一级二级三级分别为Cd≤0.2，0.3，0.6mg/kg)，说明本发明的TagSNP-20089955是水稻籽粒镉含量相关的SNP分子标记，可用于水稻籽粒镉积累的早期预测和筛选。
表1、65个水稻品种的水稻籽粒镉含量和TagSNP-20089955的基因型
表2、按TagSNP-20089955的基因型统计的65个水稻品种的水稻籽粒镉含量

Claims (6)

1.检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性或基因型的物质在制备鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量产品中的应用；所述TagSNP-20089955是水稻基因组的一个SNP位点，TagSNP-20089955是位于水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性的物质为扩增包括TagSNP-20089955在内的水稻基因组DNA片段的引物对。
3.鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量的方法，包括检测待测水稻基因型，根据待测水稻的基因型鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量：CC基因型的待测水稻籽粒镉含量高于TT基因型的待测水稻籽粒镉含量；CC基因型是水稻基因组中TagSNP-20089955为C的纯合型，TT基因型是水稻基因组中所述TagSNP-20089955为T的纯合型；所述TagSNP-20089955是水稻基因组的一个SNP位点，所述TagSNP-20089955是位于水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。
4.权利要求3所述的鉴定或辅助鉴定水稻籽粒镉含量的方法在水稻育种中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述水稻育种为培育低镉含量水稻品种。
6.水稻的育种方法，包括：检测水稻基因组中TagSNP-20089955的多态性，选择水稻基因组中所述TagSNP-20089955为T的纯合型的水稻作为亲本进行育种；所述TagSNP-20089955是水稻基因组的一个SNP位点，所述TagSNP-20089955是位于水稻第10号染色体上SEQ ID No.1的第283位核苷酸，其为C或T。
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