山東栒子基因組DNA的提取和SRAP分子標記引物篩選

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　　摘要 根據山東栒子葉片多糖多酚多毛的理化性質，研究適合山東栒子便捷高效的基因組DNA提取方法。結果獲得了純度高、質量符合后續分子標記和遺傳多樣性分析要求的基因組DNA。采用6個不同種群的樣品，利用150對SRAP引物組合進行篩選，確定了最佳反應體系為2×EsTaqMasterMix（含染料）12.5  μL，40 ng/μL DNA模板1 μL，10 pmol/μL引物0.5  μL，dd H2O 10.5  μL，共篩選出11對多態性相對良好、條帶較為清晰的引物組合。該研究為以后SRAP分子標記在栒子屬植物遺傳多樣性方面的研究奠定了基礎。
　　關鍵詞 DNA提取;山東栒子;SRAP;引物篩選
　　中圖分類號 S188+.1文獻標識碼 A
　　文章編號 0517-6611（2019）10-0097-04
　　Abstract According to the physicochemical properties of polysaccharide polyphenols and hypertrichiasis from Cotoneaster schantungensis，a convenient and efficient genomic DNA extraction method suitable for C.schantungensis was studied.The obtained genomic DNA was of high purity and the quality was sufficient to satisfy the requirements of subsequent molecular marker experiments.For 6 plant samples from different populations，150 pairs of SRAP primer combinations were used to screen，and 2×EsTaqMasterMix （containing dye） 12.5  μL，40 ng/μL DNA template 1  μL，10 pmol/μL primer 0.5  μL，dd H2O 10 .5  μL of good system and 11 pairs of wellcharacterized bands with clear primer combinations were determined.This series of experiments laid the foundation for the experimental study of genetic diversity of SRAP molecular markers for the C.schantungensis and Cotoneaster genus species.
　　Key words DNA extraction;Cotoneaster schantungensis;SRAP;Primer screening
　　山東栒子（Cotoneaster schantungensis）隸屬薔薇科栒子屬，是山東特有樹種[1]，已列入山東珍稀瀕危保護樹種名錄。過去僅生長于濟南南部山區，種群數量少，屈素青[2]對16份野生種質進行遺傳多樣性分析，但樣品數過少。近年來在泰山、徂徠山、魯山等地發現了與山東栒子表型極為相似的栒子屬種群，需要通過分子標記技術進一步鑒定其分類歸屬。分子標記技術因其方法相對簡便、多態性高、成本低且滿足多種遺傳分析等優點，成為目前種質資源鑒定的高效技術手段之一[3-5]。迄今為止，遺傳基因檢測中常用的DNA分子標記技術主要包括RFLP、RAPD、AFLP、CDDP、SSR等，各種分子標記技術的復雜程度、穩定性及產生遺傳信息的能力不同，各自具有優點和缺點。而SRAP作為功能序列擴增的分子標記技術[6]，因其操作簡便、結果穩定、中等產率和相對較易得到選擇條帶序列的特點而被廣泛應用于棉花[7]、西瓜[8]、黃瓜[9]、菊花[10]等植物的遺傳多樣性研究。
　　筆者利用SRAP分子標記對39份山東栒子樣品以及50個表型相似的疑似山東栒子樣品進行分析，在分子水平上驗證新發現栒子種群的歸屬，更進一步深入分析山東栒子的遺傳多樣性，從而推動瀕危植物山東栒子的保護與利用。由于栒子類植物葉片中含有多種次生代謝物質，如酚類、多糖等，且還有表面多毛、細胞壁較厚等特點，胞內物質很難被裂解出來，多蛋白多雜質，DNA易降解而RNA難去除等，經過反復試驗證明，無法利用最常用的改良CTAB法提取DNA。因此，選擇適合山東栒子的方法以去除這些因素對DNA質量的影響極其重要[11-12]。該試驗旨在找出最便捷高效的山東栒子基因組DNA提取方法，篩選出高質量的SRAP引物，為驗證新發現栒子屬植物歸屬及山東栒子的遺傳多樣性研究奠定基礎。
　　1 材料與方法
　　1.1 試驗材料
　　試驗材料為采自山東泰山、徂徠山、佛峪、紅葉谷、魯山等地的89份樣品，采集幼葉后，立即加入硅膠干燥，密閉儲存于干燥黑暗環境以待備用。
　　1.2 試驗儀器
　　研磨儀，低溫高速離心機，電泳儀，水浴鍋，紫外分光光度計，凝膠成像分析系統。
　　1.3 試劑
　　CTAB緩沖液（配方見表1），氯仿-異戊醇（V∶V=24∶1），無水乙醇，70%乙醇，1×TE，雙蒸水（ddH2O），NaAc。
　　1.4 試驗方法
　　1.4.1 準備工作。①準備高壓蒸汽滅菌離心管、移液器槍頭、提取介質、直徑2 mL的小鋼珠等;②將離心管（2.0、1.5 mL）標好對應標號; 　　③打開水浴鍋預熱，將CTAB緩沖液放于水浴鍋中水浴預熱備用。
　　1.4.2 山東栒子DNA的提取。
　?、俜Q取樣品0.2 g干燥葉片加入到2 mL離心管中，再加入3～5個 2 mm直徑的小鋼珠，蓋緊離心管蓋子。放入液氮桶中進行預冷。②將研磨機12孔圓盤用鑷子夾住浸入液氮桶預冷，注意不要沒過圓盤上端塑料片。
　　③將預冷后的離心管用鑷子加入研磨盤中，以50 hz的頻率研磨5 min，鑷子取出磨樣盤浸入液氮桶預冷30 s，繼續以50 hz的頻率研磨5 min。
　?、芗尤腩A先在65 ℃水浴鍋中預熱好的1 mL CTAB緩沖液，用振蕩器搖勻后水浴15 min，每5 min左右輕輕上下搖勻。⑤取出離心管待冷卻至室溫后，放入離心機中，并以12 000 r/min的轉速在常溫下離心15  min。⑥準備新的2 mL離心管，寫好編號。離心結束后，將離心管取出，抽取上清液共800  μL（少量多次抽取，每次取上清液200  μL，800  μL為上限）于新的2 mL離心管內，加入等體積的氯仿-異戊醇（24∶1），輕輕搖動離心管，直至管內液體上下不分層，即反應液混合均勻。
　?、邔㈦x心管再次放入離心機中，在低溫模式4 ℃下以12 000 r/min的轉速離心10 min，離心結束后觀察離心管中間的白色蛋白層，如果中間蛋白質較多，需再次利用氯仿-異戊醇再次抽提剩余蛋白質雜質，直至中間白色蛋白層基本消失。
　?、鄿蕚湟恢碌?.5 mL離心管，編號。將400  μL上清液用有黃色平底槍頭（每次100 μL）轉移到1.5  mL離心管中。先加入1/10體積的3 mol/L NaAc試劑于上清液中，然后再加入2倍體積的-20 ℃無水乙醇，放入冰箱-20  ℃保存1 h以上待DNA凝結析出，再以12 000 r/min的轉速在低溫離心機4 ℃下離心3～5 min。
　　舍棄上清液，用約1 000  μL的70% 乙醇充分洗滌管底沉淀，輕彈管底使DNA與管底脫離以便充分洗滌，但注意不要將DNA彈散，輕輕搖動2～3次后，靜置5 min，小心倒出乙醇后再重復此步驟2～3次，用移液器輕輕將剩余乙醇吸除后，將離心管開蓋在避自然光室溫下放置約3～4 h，或放置于37 ℃烘箱至烘干。
　?、鈱⒊恋碛?0  μL的1×TE內溶解，并儲存在4 ℃ 冰箱中（如若長期儲存需放置在-20 ℃）。
　　1.4.3 山東栒子DNA質量檢測。
　　針對山東栒子RNA難去除的特點，增加RNAase用量，延長水浴時間。將5  μL RNAase加入至提取的DNA樣品中，輕輕搖勻，將混合好的DNA溶液置于37 ℃水浴鍋中水浴1.5 h，目的在于完全去除DNA溶液中的RNA。
　　瓊脂糖凝膠電泳檢測：配制1%瓊脂糖凝膠，利用gelred核酸燃料進行染色，凝結為固態膠后將膠置于電泳槽內，將5 μL除去 RNA的 DNA溶液和1  μL Loading Buffer的混合溶液依次點入瓊脂糖凝膠孔中，然后在120V電壓下電泳30 min，最后凝膠成像系統中觀察、拍照。通過分光光度計檢測DNA純度和質量：當A260/280<1.8，表明其可能受到蛋白（芳香族）或酚類等物質的污染，需要進一步純化樣品，當A260/280>2.0，表明其原因可能是最終提取DNA產物中RNA未去除充分。
　　1.4.4 山東栒子SRAP分子標記引物篩選。
　　從佛峪、紅葉谷、泰山、徂徠山、魯山、抱犢崮6個地區的栒子基因組DNA中各挑選一個質量較高的DNA樣品，利用引物對其進行擴增。SRAP引物參照Li等[4]的方法，由上海生工生物工程技術服務有限公司合成（表2）。將上游和下游引物組合搭配共形成150對（山東栒子）引物組合，從中篩選出擴增條帶較為清晰、豐富、穩定的引物組合，以用于后期試驗的正式擴增。在經過多次反應體系試驗調試后，確定了穩定性相對較為良好的PCR擴增體系：2×EsTaqMasterMix（含染料）12.5 μL，40 ng/μLDNA模板1 μL，10 pmol/μL引物各0.5 μL，ddH2O 10.5 μL。
　　采用25 μL PCR 反應體系，SRAP-PCR擴增在 Bio-Rad PCR儀（My Cycler）上完成。PCR 擴增程序：94 ℃預變性5  min;94 ℃變性1 min，35 ℃退火1  min，72 ℃延伸1  min，進行5個循環;94 ℃變性1  min，50 ℃退火1 min，72 ℃延伸1  min，進行30個循環;72 ℃延伸7 min，4 ℃保存。
　　SRAP-PCR擴增結果檢測：將6 μL擴增產物點于被gelred核酸染料染色的2%瓊脂糖凝膠上進行電泳分離，在5V/cm的電壓下進行電泳，1.5～2.0 h，電泳完成后，在凝膠成像分析儀上進行觀察并采集圖像。
　　2 結果與分析
　　2.1 山東栒子基因組DNA的提取
　　在改良DNA CTAB提取法的基礎上，配制了新的綜合CTAB提取緩沖液，在提取方法上也做了進一步的改良，且在一定程度上縮短了DNA提取時間，大大提高了提取效率。瓊脂糖凝膠電泳結果（圖1）顯示，DNA條帶清晰，拖尾輕，無明顯降解，完整性良好，表明新一代改良CTAB法能夠更有效、更快速、更便捷地提取瀕危植物山東栒子的DNA。
　　經檢測，所提取的山東栒子基因組DNA的A260/280在1.66～1.84， DNA濃度在800～2 700 ng/μL，說明該試驗所提取的DNA質量和產率均較高，足夠滿足SRAP-PCR對DNA的質量要求。這表明新一代改良CTAB提取DNA法能夠有效地提取質量相對較高的栒子屬基因組DNA。 　　2.2 山東栒子SRAP引物篩選
　　通過利用150對引物對選擇出來的6份DNA材料進行擴增，并根據二元性狀編碼法統計擴增出的引物位點。舍棄未擴增出來條帶，或擴增出條帶相對較少且多態性條帶較少，或者擴增出條帶較多但多態性條帶較少的引物，最終得出11對（表3）多態性相對較好、條帶較為清晰的引物組合，用于后續的SRAP分子標記試驗（圖2）。其中擴增出多態性條帶數最多的引物組合為EM4-EM11，多態性條帶共有14條，最少的為ME8-EM9，多態性條帶僅6條;引物組合ME4-EM11多態性最好，達93.33%，多態性最差的為ME6-EM12，僅為43.75%。
　　3 結論與討論
　　植物基因組DNA的提取質量已成為分子標記試驗是否成功的重要因素。由于植物的理化性質不同，因此需要選擇適宜且更加高效便捷的DNA提取方法尤為重要[13]。由于山東栒子多糖多酚的特點，其細胞壁較厚難以裂解，DNA易
　　降解而RNA難去除的特點，難以獲得適用于分子標記試驗的高純度、高質量的基因組DNA，經過反復試驗不斷研究探索后，在進一步改善了傳統使用的改良CTAB提取DNA方法。選擇利用研磨機以高頻率充分研磨樣品葉片，加速細胞的裂解，與普通加液氮利用研缽磨樣相比，研磨機研磨2次并增加沁入液氮預冷次數，使整個研磨過程均能在低溫環境下進行，降低操作和環境的影響，以保證研磨充分的同時也可以避免DNA降解;提取緩沖液中加入10%PEG 8000改變了細胞結構，增加細胞通透性以加快細胞膜的破裂;提高CTAB濃度以增加DNA提取效率;加入CTAB后，延長水浴時間，可以重分裂解細胞膜，使膜內物質完全釋放;增加氯仿-異戊醇抽提的次數，可以相對減少蛋白質雜質對DNA純度的影響;用乙醇洗滌沉淀前加入3 mol/μL的NaAc 溶液以去除多糖;增加RNAase用量，適當延長水浴時間以充分去除DNA中的RNA雜質。簡化了試驗操作過程，縮短試驗時間，減少了試驗過程中DNA降解的可能性也在一定程度上提高了試驗效率。SRAP作為一種針對功能序列擴增的分子標記技術，具有簡便、穩定、中等產率、易于獲得選擇條帶序列的特點。每個采樣種群中均選擇一個基因組DNA質量較高的樣品DNA，并利用150個引物進行篩選，最終確定：2×EsTaqMasterMix（含染料）12.5 μL，40 ng/μLDNA模板1 μL，10 pmol/μL引物各0.5 μL，ddH2O 10.5 μL的反應體系，篩選出11對多態性較好的引物組合，其中多態性最好的為ME4～EM11，多態性高達93.33%，多態性最差的為ME6-EM12，多態性僅為43.75%。
　　該研究表明，新一代改良的CTAB提取方法在針對多糖多酚多雜質的植物基因組DNA的提取上具有良好可行性;SRAP分子標記引物篩選試驗研究結果表明，SRAP分子標記在栒子屬植物遺傳多樣性分析研究中效果較好，為山東栒子甚至栒子屬的分子學研究奠定良好基礎。
　　參考文獻
　　[1] 楊海平，張鋒，姚樹建，等.山東栒子光合特性的研究[J].山東林業科技，2017，47（4）：44-46，54.
　　[2] 屈素青.珍稀樹種山東栒子和野生玫瑰種質資源調查與評價[D].泰安：山東農業大學，2013.
　　[3] 林榕燕，鐘淮欽，黃敏玲羅，等.文心蘭EST-SSR標記的開發及其在遺傳多樣性分析中的應用[J].分子植物育種，2016，14（11）：3113-3119.
　　[4] LI G，QUIROS C F.Sequencerelated amplified polymorphism （SRAP），a new marker system based on a simple PCR reaction： Its application to mapping and gene tagging in Brassica[J].Theoretical and applied genetics，2001，103（2/3）： 455-461.
　　[5] AGARWAL M，SHRIVASTAVA N，PADH H.Advances in molecular marker techniques and their applications in plant sciences[J].Plant cell reports，2008，27（4）： 617-631.
　　[6] 楊迎花，李先信，曾柏全，等.新型分子標記SRAP的原理及其研究進展[J].湖南農業科學，2009（5）：15-17，20.
　　[7] 林忠旭，張獻龍，聶以春，等.棉花SRAP遺傳連鎖圖構建[J].科學通報，2003，48（15）：1676-1679.
　　[8] 李嚴，張春慶.西瓜雜交種遺傳多態性的SRAP標記分析[J].園藝學報，2005，32（4）：643-647.
　　[9] 李麗，鄭曉鷹，柳李旺.用SRAP標記分析黃瓜品種遺傳多樣性及鑒定品種[J].分子植物育種，2006，4（5）：702-708.
　　[10] 李仁偉，王晨，戴思蘭，等.菊花品種表型性狀與SRAP分子標記的關聯分析[J].中國農業科學，2012，45（7）：1355-1364.
　　[11] 閆玖英，馬長青，常博，等.改良CTAB法用于蘋果果實基因組DNA的提取[J].分子植物育種，2017，15（9）：3610-3615.
　　[12] 許超，曲勤鳳，顧文佳，等.幾種提取轉基因木瓜DNA方法的比較[J].食品安全質量檢測學報，2016，7（4）：1531-1534.
　　[13] 魏明鈺，王博，侯殿雅，等.四種不同提取方法提取大豆基因組的比較[J].農業開發與裝備，2018（4）：97，164.
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