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CAPS标记技术及其应用进展

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2024年3月2日发(作者:拓跋元化)

一74一 江苏农业科学2011年第39卷第5期 邢延豪,周延清,楚素霞,等.CAPS标记技术及其应用进展[J].江苏农业科学,2011,39(5):74—76 CAPS标记技术及其应用进展 邢延豪,周延清,楚素霞,郭静佩,周 鹏,范念斯 (河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007) 摘要:酶切扩增多态性序列(CAPS)标记技术是一种简单、经济、可靠和共显性的技术,适用于生物研究的许多方 面。本文综述了该标记技术的原理、过程、特点和在植物、动物和微生物的基因分型、分子标记辅助选择育种、品种鉴 定、分子标记的开发、基因鉴定、基因定位、遗传图谱构建、基因分离、体细胞杂合植株的遗传鉴定与分析诸方面应用的 新进展,并展望了其应用前景。 关键词:CAPS;DNA分子标记;品种鉴定;遗传图谱;基因 中图分类号:S一1 文献标志码:A 文章编号:1002—1302(2011)05—0074—03 分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础 的遗传标记,是DNA水平遗传多态性的直接反映 。广义的 分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。蛋 异性的PCR引物(19~27 bp),然后用这些引物扩增该位点 上的某一DNA片段,接着用专一性的限制性内切酶切割所得 扩增产物,凝胶电泳分离酶切片段,染色并进行RFLP分析。 1.2 CAPS的步骤 白质标记包括种子贮藏蛋白和同工酶以及等位酶。狭义的分 子标记只是指DNA分子标记,DNA分子标记是指能反映生 物个体或种群间基因组中某种差异特征的DNA片段。它能 够直接反映基因组DNA间的差异。 随着分子生物学技术的发展,DNA分子标记技术也迅速 发展,现已有数十种分子标记,如RFLP、AFLP、STS、CAPS、 CAPS的基本步骤(以大豆的 d2一J基因为例):(1)选 择目标序列:在GenBank上搜索大豆的 一J基因,其的登 录号为L43920.1 GI:904151;(2)设计特异引物:依据大豆 d2一j基因的碱基序列,利用计算机软件,DNAMAN 4.0,设 计特定PCR引物上游引物,5 一ATGGGAGGTAGAGGTCGTGT 一SCAR、SSR、SNP、RAPD、ISSR、TRAP等,它们被广泛应用于遗 传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构 建、基因克隆等方面 。不同的分子标记有不同的优缺点, 其主要的应用也不尽相同。CAPS是酶切扩增多态性序列标 记技术,主要是对PCR扩增的DNA片段进行限制性酶切分 3 ,下游弓I物5 一ATACACGCCCTITCTCGGAT一3 ;(3)PCR 扩增:利用设计的引物从大豆基因组DNA中扩增大豆的 fad2一J基因;(4)酶切:利用DNAMAN 4.0软件分析,发现在 一J基因的499 bp和1 015 bp处有2个限制性内切酶 (Sca I)位点,利用该限制性内切酶(Sca I)对PCR扩增产物 进行酶切;(5)琼脂糖电泳分离与鉴定:用琼脂糖凝胶对酶切 产物分析,检测其多态性。 2 CAPS的特点 析 ,具有共显性、位点特异性、操作简单和成本低等优点, 广泛应用于植物基因分型、定位、克隆、分子鉴定 和动物的 遗传多样性、品种鉴定以及微生物的连锁图谱和品种鉴定 等方面。目前本实验室正在开展大豆油酸脱饱和酶基因的 CAPS标记及其多样性研究。本文对CAPS标记技术研究进 (1)引物与限制性内切酶组合非常多,增加了揭示多态 性的机会,而且操作简便,可用琼脂糖电泳分析;(2)在真核 展进行综述,以期对科研工作者提供一些参考。 1 CAPS的原理及步骤 1.1 CAPS的原理 生物中,CAPS标记呈共显性,即可区分纯合基因型和杂合基 因型;(3)所需DNA的量很少,且对DNA的浓度要求不严 格;(4)使用的引物较长,扩增的结果比较稳定且避免了 RFLP分析中膜转印这一步骤,又能保持RFLP分析的精确 CAPS是酶切扩增多态性序列标记技术,又称为RFLP— PCR,主要是对PCR扩增的DNA片段进行限制性酶切分析。 度;(5)操作简便、快捷和自动化程度高。虽然CAPS标记有 诸多优点,但由于它必须使用限制性内切酶,筛选合适的酶组 合工作量大,而且,已发现的突变酶切位点较少,限制了它的 大规模开发应用。 3 CAPS的应用 3 .1基因分型 它是根据EST或已发表的基因序列等设计特异引物,将特异 PCR与限制性酶切相结合而检测多态性的一种技术 。它 的基本原理是利用己知位点的DNA序列资源设计出一套特 收稿日期:2010—11—25 基金项目:河南省基础与前沿技术研究(编号:092300410009);河南 省教育厅自然科学基础研究(编号:2008A208018)。 谭亚玲等通过对位于Rf—t位点的2个CAPS标记对水 稻滇I型、野败型、红莲型及BT型恢复系基因型分析,发现这 4种不同胞质的恢复系在Rf一1位点具有相同的带型,滇I型 的2个保持系具有不同的带型。王彩霞 根据GT缺失开发 了1个CAPS标记CAPSRa,而且用它对2个F:分离群体和 作者简介:邢延豪(1983一),男,河南汝州人,硕士研究生,研究方向 为植物分子遗传与育种。E—mail:sqO40912yanhao@163.tom。 通信作者:周延清,博士,教授,研究方向为植物分子遗传与育种。 Tel:(0373)3326340;E—mail:yqzhou@htu.cn。 

邢延豪等:CAPS标记技术及其应用进展 100余份水稻品种进行分析。结果发现,所有F2白米单株以 及所有白米(n:63)和红米(n=23)品种的CAPSRa基因型 一75— 验中,244 bp片段为萝卜自交不亲合系特有标记,基本可以用 于萝卜自交不亲和基因乩G6的检测。王亮等分析了新疆小 麦puroindoline基因等位变异情况 。 3.6构建遗传图谱 与培矮64S相同,而所有紫米品种( =20)与豫南黑籼糯和 川黑糯相同 。根此推测,砌基因可能即为 基因,水稻紫 色种皮性状可能由Ra基因的GT缺失引起。 3.2辅助选择育种 赵雪构建了l张包含47个位点的分子标记连锁图,其中 包括16个EST—CAPS位点,11个EST—SSR位点,l0个EST —传统的育种主要依赖于植株的表现型选择。环境条件、 基因间互作、基因型等多种因素会影响表型选择效率。1个 优良品种的培育往往需花费7~8年甚至十几年时间,而借助 分子标记辅助育种可以大大提高育种的效率,还可以提高它 RCR位点,10个RAPD位点,9个标记表现出偏分离 ]。 李付振基于水稻粳稻和籼粳基因组序列设计46对SSR和 CAPS标记,利用F:代1 691个突变个体和2 002个野生型单 株,构建了含有Pse(t)位点的高密度遗传图谱 ]。 ’ 的准确率。刘之熙等用CAPS标记辅助选择水稻孕穗期耐冷 基因。他们利用的CAPS标记S 与孕穗期耐冷主效QTL 之间的遗传距离为1 cM,选择的准确率达99% 。如果在 代选择2株,则2株均不含目的基因的可能性为万分之 一;如果择3株,则在3株中不含该基因的可能性将更小。夏 明元等利用 基因的CAPS标记开展水稻直链淀粉含量的 分子标记辅助育种,将优质性状导人高产品种,从而选育出优 质高产水稻品种 。刘之熙研究水稻耐冷性分子标记CAPS 辅助选择育种,从3个 群体中,分别选出携带纯合耐冷基 因的个体4株、2株和6株 。张照远等研究了EST—CAPS 标记在尾叶桉x细叶桉F 中分离规律,发现符合孟德尔正 态分离的EST~CAPS标记比例达85.7%,是稳定的遗传 标记 。 3.3品种鉴定 Tanaka等在13本国内首次用CAPS标记研究日本甘薯分 类,他们以11个品种的外显子序列为依据设计了13对引物 来扩增内含子,然后用8个限制性内切酶酶切,结果得到了 27个多态性的分子标记片段 。他们用这些分子标记片段 有效地把日本的甘薯品种分开。李晓琪用CAPS标记快速、 准确地鉴别了萝卜的自交不亲和系和自交亲和系 。 3.4分子标记的开发 余波澜等开发了大麦特异的ASA标记 。于拴仓等根 据番茄叶霉病抗性基因cf一5的基因序列设计特异扩增引 物,以7个含有不同叶霉病抗病基因的品种为试材,扩增其单 拷贝片段,7个材料均获得了约0.96 kb的特异扩增片段;用 限制性内切酶Taq I对该片段进行酶切,含cf一5基因的材料 产生了一条256 bp的特异片段,而不含c厂一 基因的材料产 生1条225 bp的特异片段。从而建立了cf一5基因的共显性 CAPS标记 。吴嫒嫒等建立了番茄抗晚疫病基因ph一3的 RAPD及CAPS标记 J。李君明利用近等基因系获得了与番 茄的来自LA2951抗病QTLlygm7—1紧密连锁的CAPS标 记 。朱莎等获得了番茄与雄性不育基因ps一2紧密连锁 的1个SSR标记和1个CAPS标记,它们与ps一2基因的连锁 遗传距离分别是4.9 cM和l1.6 cM,位于该基因两侧,均为 共显性标记 。 3.5基因鉴定 李晓琪等在研究萝卜的自交不亲和基因SLG6时,用限 制性内切酶Taq I对特异扩增片段进行酶切后,电泳检测结 果表明,自交不亲和系和自交亲和系均含有SLG基因基本框 架序列,但是自交亲和系相对于自交不亲和系而言,碱基序列 排列可能发生了变化,所以酶切片段呈现多态性 。在该实 3.7基因定位 王孝宣获得了多毛番茄的CAPS标记,利用CAPS和 AFLP标记构建了番茄第4染色体底端长50 cM片段的精密 分子遗传图谱,利用Mutiplex—CAPS技术同时检测多个 CAPS标记的多态性 。王立静基于SSR标记开发了CAPS 标记C1,把玉米显性矮秆基因D£基因定位在CAPS标记C1 和¥76之间,遗传距离分别是3.0、3.5 cM 。原玉香定位了 白菜类作物6个重要的开花时间相关基因,包括3个 BrFLCs、2个MAF和1个n 。赵仲华利用简单序列长度 多态性标记(SSLP)和CAPS将拟南芥开花时间调控基因FLX 定位于拟南芥第5条染色体上端标记MOPIO一28551和 K18j17—12836之间,大约130 kb的范围之内 J。陈郁基于 现有玉米防御相关的EST序列发展STS标记和CAPS标记, 用豫玉22号第1O代重组自交系群体定位了其中的13个防 御反应相关基因 。 3.8基因分离与图位克隆 于春霞通过CAPS标记的筛选,分别获得不育系和保持 系的atp6基因片段,分析了二者的差异以及对瓣化型胡萝卜 雄性不育发生的影响[28 J。Lisa等用CAPS和dCAPS标记技 术图位克隆了水稻半矮化基因sd—j 。St ̄ckd等使用ss. LP和CAPS标记图位克隆基因pyg7 。 3.9体细胞杂合植株的遗传鉴定与分析 龚庆利用CAPS标记技术对香蕉融合再生植株进行检 测。结果表明,在20株香蕉融合再生植株中没有筛选到胞质 杂种,它们的CAPS图谱与受体亲本一致,无供体亲本的条 带,也没有出现重组条带 。吴初超采用SSR、cpSSR和 CAPS标记对10个柑橘属间、种间体细胞杂种进行核质遗传 鉴定和分析,在红橘+枳橙、丹西红橘+枸头橙、朋娜+粗柠 檬的CAPS分析中,线粒体DNA均表现倾向来源于悬浮系亲 本;而朋娜+粗柠檬组合再生植株的mtDNA发生了重组 。 徐小勇采用FCM、SSR、SRAP和CAPS对4个融合组合的再 生植株的倍性、核和胞质DNA来源进行了鉴定 。 4展望 CAPS标记技术自建立以来,因具有共显性、位点特异 性、操作简单、成本低、所需DNA样品量少和对DNA的纯度 要求不高等优点而受到了广大科研工作者的重视和兴趣,目 前已成为现代生物学研究的一个非常重要的分子标记技术, 在种质鉴定、辅助育种、基因鉴定和图谱构建等领域得到相当 广泛的应用。但是,CAPS标记技术的仍存在它的局限性: (1)必须使用限制性内切酶,筛选合适的酶组合工作量大; 

一76一 江苏农业科学2011年第39卷第5期 ifcation of sweetpotato cuhivars[J].Scientia Hortieuhurae,2010, 123(4):436—442. (2)各种突变会引起限制性内切酶识别位点增加或消失,这 在一定程度上限制了它的应用。然而,科技工作者在使用 CAPS标记技术的过程中,针对其不足,进行了富有成效的优 化和改进工作。譬如,在限制性内切酶识别位点内引入SNP, [14]李晓琪.自交不亲和基因在萝 种质资源中的分布及其分子鉴 别[D].海口:海南大学,2008:21—24. [15]余波澜,黄朝锋,周文娟,等.大麦1H特异的CAPs标记和ASA 建立dCAPS方法;建立gspCAPS方法,采用生物信息学方法, 分析突变位点(SNP)的序列信息,寻找合适的内切酶,避免优 化内切酶种类的工作,减少CAPS标记开发的工作量与内切 酶用量,显著节省了标记的开发时间和成本;利用新的EST, 建立EST—derived CAPS,可对具有基因功能的EST片段进行 标记的创制[J].遗传学报,2001,28(6):50—55. [16]于拴仓,柴 敏,郑晓鹰,等.番茄叶霉病抗性基因 一5的 CAPS标记建立[J].分子植物育种,2005,3(1):57—60. [17]吴媛媛,李海涛,张子君,等.番茄抗晚疫病基因 一3的RAPD 及CAPS标记[J].沈阳农业大学学报,2009,40(6):716—719. 分析;建立多重PCR—CAPS标记识别体系,提高其检测基因 的效率;CAPS和SSCP、AFLP、SCAR、EST等DNA分子标记一 起使用,提高遗传图谱的精度和多态性,等等。随着科学技术 的不断发展、科技工作者对CAPS技术体系的不断改进和优 化以及更多生物新DNA标记的开发,我们有理由相信CAPS 分子标记技术将成为一种简单、经济、可靠和共显性的技术, 更加广泛有效地应用在生物学的各个研究领域,也希望能将 其与常规生物育种更好的结合起来,培育出更多生物品种。 参考文献: [1]周延清.DNA分子标记技术在植物研究中的应用[M].北京:化 学工业出版社,2005:1—3. [2]周延清,杨清香,张改娜.生物遗传标记与应用[M].北京:化学 工业出版社,2008:11—13. [3]卢圣栋.现代分子生物学实验技术[M].北京:高等教育出版 社。1993:98—103. [4]束永俊,李勇,朱振雷,等.大豆CAPS标记快速开发方法的建 立于优化[J].东北农业大学学报,2009,40(12):62—65. [5]黄健华,苗雪霞,李木旺,等.家蚕基因特异性CAPS标记获得及 其分子系统学应用[J].遗传,2005,27(4):584—588. [6]赵雪,谢华,马荣才.植物功能基因组研究中出现的新型分 子标记[J].中国生物工程杂志,2007,27(8):104—110. [7]谭亚玲,王石华,文建成,等.Rf一1位点CAPS标记对水稻不同 胞质雄性不育育性恢复系的关系分析[J].分子植物育种,2009, 7(3):461—464. [8]王彩霞.有色米的品质特性与种皮颜色性状的分子遗传学研究 [D].杭州:浙江大学,2007:16—20. ・ [9]刘之熙,刘云开,詹庆材.水稻孕穗期耐冷基因的CAPS标记辅助 选择[J】.湖南农业大学学报:自然科学版,2008,34(2):127— 131. [1O]夏明元,李进波,张建华,等.利用分子标记辅助选择技术选育 具有中等直链淀粉含量的早稻品种[J].华中农业大学学报, 2004,23(2):183—18. [1 1]刘之熙.水稻耐冷性QTLs定位和耐冷性分子标记辅助选择育 种的研究[D].长沙:中南大学,2008:66—71. [12]张照远,甘四明,李发根,等.EST—CAPS标记在尾叶桉x细叶 桉F。中分离的研究[J].广西植物,2007,27(3):493—496. [13]Tanaka M,Takahata Y,Nakayama H,et a1.Development of cleaved amplified polymorphie sequence(CAPS)一based marke ̄for identi— [18]李君明.番茄抗灰霉病和晚疫病基因定位及分子标记多基因辅 助选育技术研究[D].北京:中国农业科学院,2005:29—33. [19]朱莎,宋燕,刘磊,等.番茄ps一2基因的SSR及CAPS标 记开发[J].园艺学报,2010,37(2):235—240. [20]李晓琪,李锡香,罗越华,等.萝b自交不亲和基因sL 的 CAPS标记的开发[J].植物遗传资源学报,2009,10(1):118— 120. [21]王 亮,穆培源,桑 伟,等.新疆小麦品种籽粒硬度及 puroindoline基因等位变异的分子检测[J].麦类作物学报, 2010,30(1):17—22. [22]李付振.一个水稻早衰突变体pse(t)的遗传分析/定位及生理 学研究[D].杭州:浙江大学,2005:88—91. [23]王孝宣.增强番茄果实颜色基因的精细定位及相关基因的差异 表达[D].北京:中国农业科学院,2004:88—101. [24]王立静.玉米显性矮秆基因Df的鉴定与精细定位[D].济南: 山东农业大学,2009:18—25. [25]原玉香.白菜类作物抽薹开花的分子遗传分析[D].北京:中国 农业科学院,2008:26—31. [26]赵仲华.拟南芥开花时间调控基因FLX的精细定位及遗传途径 的鉴定[D].太原:山西大学,2006:31—33. [27]陈郁.玉米防御反应相关基因的克隆和定位[D].北京:中国 农业大学,2006:33—36. [28]于春霞.cDNA—AFLP和CAPS技术分离瓣化型胡萝 雄性不 育相关基因[D].哈尔滨:东北农业大学,2006:22—26. [29]Monna L,Kitazawa X,Yoshino R,et a1.Positional cloning of rice semidwarfing gene,sd—J:Rice“Green Revolution”gene encodes a mutant enzyme involve in gibberellin synthesis[J].DNA Research, 2002,9:11—17. [30]St0ckel J,Bermewitz S,Hein P,et al,The evolutionarily conselNed tetratrico peptide repeat protein pale yellow green7’is required for photosystem i accumulation in Arabidopsis and clDp 犯 with the complex[J].Plnat Physiology,2006,141:870—878. [31]龚庆.香蕉不对称体细胞融合再生植株的鉴定[D].广州:中 山大学,2009:22—25. [32]吴扔超.柑橘体细胞杂种的核质遗传研究[D].武汉:华中农业 大学,2006:31—33. [33]徐小勇.柑橘原生质体融合及体细胞杂种核质遗传研究[D]. 武汉:华中农业大学,2006:28—30. . 

2024年3月2日发(作者:拓跋元化)

一74一 江苏农业科学2011年第39卷第5期 邢延豪,周延清,楚素霞,等.CAPS标记技术及其应用进展[J].江苏农业科学,2011,39(5):74—76 CAPS标记技术及其应用进展 邢延豪,周延清,楚素霞,郭静佩,周 鹏,范念斯 (河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007) 摘要:酶切扩增多态性序列(CAPS)标记技术是一种简单、经济、可靠和共显性的技术,适用于生物研究的许多方 面。本文综述了该标记技术的原理、过程、特点和在植物、动物和微生物的基因分型、分子标记辅助选择育种、品种鉴 定、分子标记的开发、基因鉴定、基因定位、遗传图谱构建、基因分离、体细胞杂合植株的遗传鉴定与分析诸方面应用的 新进展,并展望了其应用前景。 关键词:CAPS;DNA分子标记;品种鉴定;遗传图谱;基因 中图分类号:S一1 文献标志码:A 文章编号:1002—1302(2011)05—0074—03 分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础 的遗传标记,是DNA水平遗传多态性的直接反映 。广义的 分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。蛋 异性的PCR引物(19~27 bp),然后用这些引物扩增该位点 上的某一DNA片段,接着用专一性的限制性内切酶切割所得 扩增产物,凝胶电泳分离酶切片段,染色并进行RFLP分析。 1.2 CAPS的步骤 白质标记包括种子贮藏蛋白和同工酶以及等位酶。狭义的分 子标记只是指DNA分子标记,DNA分子标记是指能反映生 物个体或种群间基因组中某种差异特征的DNA片段。它能 够直接反映基因组DNA间的差异。 随着分子生物学技术的发展,DNA分子标记技术也迅速 发展,现已有数十种分子标记,如RFLP、AFLP、STS、CAPS、 CAPS的基本步骤(以大豆的 d2一J基因为例):(1)选 择目标序列:在GenBank上搜索大豆的 一J基因,其的登 录号为L43920.1 GI:904151;(2)设计特异引物:依据大豆 d2一j基因的碱基序列,利用计算机软件,DNAMAN 4.0,设 计特定PCR引物上游引物,5 一ATGGGAGGTAGAGGTCGTGT 一SCAR、SSR、SNP、RAPD、ISSR、TRAP等,它们被广泛应用于遗 传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构 建、基因克隆等方面 。不同的分子标记有不同的优缺点, 其主要的应用也不尽相同。CAPS是酶切扩增多态性序列标 记技术,主要是对PCR扩增的DNA片段进行限制性酶切分 3 ,下游弓I物5 一ATACACGCCCTITCTCGGAT一3 ;(3)PCR 扩增:利用设计的引物从大豆基因组DNA中扩增大豆的 fad2一J基因;(4)酶切:利用DNAMAN 4.0软件分析,发现在 一J基因的499 bp和1 015 bp处有2个限制性内切酶 (Sca I)位点,利用该限制性内切酶(Sca I)对PCR扩增产物 进行酶切;(5)琼脂糖电泳分离与鉴定:用琼脂糖凝胶对酶切 产物分析,检测其多态性。 2 CAPS的特点 析 ,具有共显性、位点特异性、操作简单和成本低等优点, 广泛应用于植物基因分型、定位、克隆、分子鉴定 和动物的 遗传多样性、品种鉴定以及微生物的连锁图谱和品种鉴定 等方面。目前本实验室正在开展大豆油酸脱饱和酶基因的 CAPS标记及其多样性研究。本文对CAPS标记技术研究进 (1)引物与限制性内切酶组合非常多,增加了揭示多态 性的机会,而且操作简便,可用琼脂糖电泳分析;(2)在真核 展进行综述,以期对科研工作者提供一些参考。 1 CAPS的原理及步骤 1.1 CAPS的原理 生物中,CAPS标记呈共显性,即可区分纯合基因型和杂合基 因型;(3)所需DNA的量很少,且对DNA的浓度要求不严 格;(4)使用的引物较长,扩增的结果比较稳定且避免了 RFLP分析中膜转印这一步骤,又能保持RFLP分析的精确 CAPS是酶切扩增多态性序列标记技术,又称为RFLP— PCR,主要是对PCR扩增的DNA片段进行限制性酶切分析。 度;(5)操作简便、快捷和自动化程度高。虽然CAPS标记有 诸多优点,但由于它必须使用限制性内切酶,筛选合适的酶组 合工作量大,而且,已发现的突变酶切位点较少,限制了它的 大规模开发应用。 3 CAPS的应用 3 .1基因分型 它是根据EST或已发表的基因序列等设计特异引物,将特异 PCR与限制性酶切相结合而检测多态性的一种技术 。它 的基本原理是利用己知位点的DNA序列资源设计出一套特 收稿日期:2010—11—25 基金项目:河南省基础与前沿技术研究(编号:092300410009);河南 省教育厅自然科学基础研究(编号:2008A208018)。 谭亚玲等通过对位于Rf—t位点的2个CAPS标记对水 稻滇I型、野败型、红莲型及BT型恢复系基因型分析,发现这 4种不同胞质的恢复系在Rf一1位点具有相同的带型,滇I型 的2个保持系具有不同的带型。王彩霞 根据GT缺失开发 了1个CAPS标记CAPSRa,而且用它对2个F:分离群体和 作者简介:邢延豪(1983一),男,河南汝州人,硕士研究生,研究方向 为植物分子遗传与育种。E—mail:sqO40912yanhao@163.tom。 通信作者:周延清,博士,教授,研究方向为植物分子遗传与育种。 Tel:(0373)3326340;E—mail:yqzhou@htu.cn。 

邢延豪等:CAPS标记技术及其应用进展 100余份水稻品种进行分析。结果发现,所有F2白米单株以 及所有白米(n:63)和红米(n=23)品种的CAPSRa基因型 一75— 验中,244 bp片段为萝卜自交不亲合系特有标记,基本可以用 于萝卜自交不亲和基因乩G6的检测。王亮等分析了新疆小 麦puroindoline基因等位变异情况 。 3.6构建遗传图谱 与培矮64S相同,而所有紫米品种( =20)与豫南黑籼糯和 川黑糯相同 。根此推测,砌基因可能即为 基因,水稻紫 色种皮性状可能由Ra基因的GT缺失引起。 3.2辅助选择育种 赵雪构建了l张包含47个位点的分子标记连锁图,其中 包括16个EST—CAPS位点,11个EST—SSR位点,l0个EST —传统的育种主要依赖于植株的表现型选择。环境条件、 基因间互作、基因型等多种因素会影响表型选择效率。1个 优良品种的培育往往需花费7~8年甚至十几年时间,而借助 分子标记辅助育种可以大大提高育种的效率,还可以提高它 RCR位点,10个RAPD位点,9个标记表现出偏分离 ]。 李付振基于水稻粳稻和籼粳基因组序列设计46对SSR和 CAPS标记,利用F:代1 691个突变个体和2 002个野生型单 株,构建了含有Pse(t)位点的高密度遗传图谱 ]。 ’ 的准确率。刘之熙等用CAPS标记辅助选择水稻孕穗期耐冷 基因。他们利用的CAPS标记S 与孕穗期耐冷主效QTL 之间的遗传距离为1 cM,选择的准确率达99% 。如果在 代选择2株,则2株均不含目的基因的可能性为万分之 一;如果择3株,则在3株中不含该基因的可能性将更小。夏 明元等利用 基因的CAPS标记开展水稻直链淀粉含量的 分子标记辅助育种,将优质性状导人高产品种,从而选育出优 质高产水稻品种 。刘之熙研究水稻耐冷性分子标记CAPS 辅助选择育种,从3个 群体中,分别选出携带纯合耐冷基 因的个体4株、2株和6株 。张照远等研究了EST—CAPS 标记在尾叶桉x细叶桉F 中分离规律,发现符合孟德尔正 态分离的EST~CAPS标记比例达85.7%,是稳定的遗传 标记 。 3.3品种鉴定 Tanaka等在13本国内首次用CAPS标记研究日本甘薯分 类,他们以11个品种的外显子序列为依据设计了13对引物 来扩增内含子,然后用8个限制性内切酶酶切,结果得到了 27个多态性的分子标记片段 。他们用这些分子标记片段 有效地把日本的甘薯品种分开。李晓琪用CAPS标记快速、 准确地鉴别了萝卜的自交不亲和系和自交亲和系 。 3.4分子标记的开发 余波澜等开发了大麦特异的ASA标记 。于拴仓等根 据番茄叶霉病抗性基因cf一5的基因序列设计特异扩增引 物,以7个含有不同叶霉病抗病基因的品种为试材,扩增其单 拷贝片段,7个材料均获得了约0.96 kb的特异扩增片段;用 限制性内切酶Taq I对该片段进行酶切,含cf一5基因的材料 产生了一条256 bp的特异片段,而不含c厂一 基因的材料产 生1条225 bp的特异片段。从而建立了cf一5基因的共显性 CAPS标记 。吴嫒嫒等建立了番茄抗晚疫病基因ph一3的 RAPD及CAPS标记 J。李君明利用近等基因系获得了与番 茄的来自LA2951抗病QTLlygm7—1紧密连锁的CAPS标 记 。朱莎等获得了番茄与雄性不育基因ps一2紧密连锁 的1个SSR标记和1个CAPS标记,它们与ps一2基因的连锁 遗传距离分别是4.9 cM和l1.6 cM,位于该基因两侧,均为 共显性标记 。 3.5基因鉴定 李晓琪等在研究萝卜的自交不亲和基因SLG6时,用限 制性内切酶Taq I对特异扩增片段进行酶切后,电泳检测结 果表明,自交不亲和系和自交亲和系均含有SLG基因基本框 架序列,但是自交亲和系相对于自交不亲和系而言,碱基序列 排列可能发生了变化,所以酶切片段呈现多态性 。在该实 3.7基因定位 王孝宣获得了多毛番茄的CAPS标记,利用CAPS和 AFLP标记构建了番茄第4染色体底端长50 cM片段的精密 分子遗传图谱,利用Mutiplex—CAPS技术同时检测多个 CAPS标记的多态性 。王立静基于SSR标记开发了CAPS 标记C1,把玉米显性矮秆基因D£基因定位在CAPS标记C1 和¥76之间,遗传距离分别是3.0、3.5 cM 。原玉香定位了 白菜类作物6个重要的开花时间相关基因,包括3个 BrFLCs、2个MAF和1个n 。赵仲华利用简单序列长度 多态性标记(SSLP)和CAPS将拟南芥开花时间调控基因FLX 定位于拟南芥第5条染色体上端标记MOPIO一28551和 K18j17—12836之间,大约130 kb的范围之内 J。陈郁基于 现有玉米防御相关的EST序列发展STS标记和CAPS标记, 用豫玉22号第1O代重组自交系群体定位了其中的13个防 御反应相关基因 。 3.8基因分离与图位克隆 于春霞通过CAPS标记的筛选,分别获得不育系和保持 系的atp6基因片段,分析了二者的差异以及对瓣化型胡萝卜 雄性不育发生的影响[28 J。Lisa等用CAPS和dCAPS标记技 术图位克隆了水稻半矮化基因sd—j 。St ̄ckd等使用ss. LP和CAPS标记图位克隆基因pyg7 。 3.9体细胞杂合植株的遗传鉴定与分析 龚庆利用CAPS标记技术对香蕉融合再生植株进行检 测。结果表明,在20株香蕉融合再生植株中没有筛选到胞质 杂种,它们的CAPS图谱与受体亲本一致,无供体亲本的条 带,也没有出现重组条带 。吴初超采用SSR、cpSSR和 CAPS标记对10个柑橘属间、种间体细胞杂种进行核质遗传 鉴定和分析,在红橘+枳橙、丹西红橘+枸头橙、朋娜+粗柠 檬的CAPS分析中,线粒体DNA均表现倾向来源于悬浮系亲 本;而朋娜+粗柠檬组合再生植株的mtDNA发生了重组 。 徐小勇采用FCM、SSR、SRAP和CAPS对4个融合组合的再 生植株的倍性、核和胞质DNA来源进行了鉴定 。 4展望 CAPS标记技术自建立以来,因具有共显性、位点特异 性、操作简单、成本低、所需DNA样品量少和对DNA的纯度 要求不高等优点而受到了广大科研工作者的重视和兴趣,目 前已成为现代生物学研究的一个非常重要的分子标记技术, 在种质鉴定、辅助育种、基因鉴定和图谱构建等领域得到相当 广泛的应用。但是,CAPS标记技术的仍存在它的局限性: (1)必须使用限制性内切酶,筛选合适的酶组合工作量大; 

一76一 江苏农业科学2011年第39卷第5期 ifcation of sweetpotato cuhivars[J].Scientia Hortieuhurae,2010, 123(4):436—442. (2)各种突变会引起限制性内切酶识别位点增加或消失,这 在一定程度上限制了它的应用。然而,科技工作者在使用 CAPS标记技术的过程中,针对其不足,进行了富有成效的优 化和改进工作。譬如,在限制性内切酶识别位点内引入SNP, [14]李晓琪.自交不亲和基因在萝 种质资源中的分布及其分子鉴 别[D].海口:海南大学,2008:21—24. [15]余波澜,黄朝锋,周文娟,等.大麦1H特异的CAPs标记和ASA 建立dCAPS方法;建立gspCAPS方法,采用生物信息学方法, 分析突变位点(SNP)的序列信息,寻找合适的内切酶,避免优 化内切酶种类的工作,减少CAPS标记开发的工作量与内切 酶用量,显著节省了标记的开发时间和成本;利用新的EST, 建立EST—derived CAPS,可对具有基因功能的EST片段进行 标记的创制[J].遗传学报,2001,28(6):50—55. [16]于拴仓,柴 敏,郑晓鹰,等.番茄叶霉病抗性基因 一5的 CAPS标记建立[J].分子植物育种,2005,3(1):57—60. [17]吴媛媛,李海涛,张子君,等.番茄抗晚疫病基因 一3的RAPD 及CAPS标记[J].沈阳农业大学学报,2009,40(6):716—719. 分析;建立多重PCR—CAPS标记识别体系,提高其检测基因 的效率;CAPS和SSCP、AFLP、SCAR、EST等DNA分子标记一 起使用,提高遗传图谱的精度和多态性,等等。随着科学技术 的不断发展、科技工作者对CAPS技术体系的不断改进和优 化以及更多生物新DNA标记的开发,我们有理由相信CAPS 分子标记技术将成为一种简单、经济、可靠和共显性的技术, 更加广泛有效地应用在生物学的各个研究领域,也希望能将 其与常规生物育种更好的结合起来,培育出更多生物品种。 参考文献: [1]周延清.DNA分子标记技术在植物研究中的应用[M].北京:化 学工业出版社,2005:1—3. [2]周延清,杨清香,张改娜.生物遗传标记与应用[M].北京:化学 工业出版社,2008:11—13. [3]卢圣栋.现代分子生物学实验技术[M].北京:高等教育出版 社。1993:98—103. [4]束永俊,李勇,朱振雷,等.大豆CAPS标记快速开发方法的建 立于优化[J].东北农业大学学报,2009,40(12):62—65. [5]黄健华,苗雪霞,李木旺,等.家蚕基因特异性CAPS标记获得及 其分子系统学应用[J].遗传,2005,27(4):584—588. [6]赵雪,谢华,马荣才.植物功能基因组研究中出现的新型分 子标记[J].中国生物工程杂志,2007,27(8):104—110. [7]谭亚玲,王石华,文建成,等.Rf一1位点CAPS标记对水稻不同 胞质雄性不育育性恢复系的关系分析[J].分子植物育种,2009, 7(3):461—464. [8]王彩霞.有色米的品质特性与种皮颜色性状的分子遗传学研究 [D].杭州:浙江大学,2007:16—20. ・ [9]刘之熙,刘云开,詹庆材.水稻孕穗期耐冷基因的CAPS标记辅助 选择[J】.湖南农业大学学报:自然科学版,2008,34(2):127— 131. [1O]夏明元,李进波,张建华,等.利用分子标记辅助选择技术选育 具有中等直链淀粉含量的早稻品种[J].华中农业大学学报, 2004,23(2):183—18. [1 1]刘之熙.水稻耐冷性QTLs定位和耐冷性分子标记辅助选择育 种的研究[D].长沙:中南大学,2008:66—71. [12]张照远,甘四明,李发根,等.EST—CAPS标记在尾叶桉x细叶 桉F。中分离的研究[J].广西植物,2007,27(3):493—496. [13]Tanaka M,Takahata Y,Nakayama H,et a1.Development of cleaved amplified polymorphie sequence(CAPS)一based marke ̄for identi— [18]李君明.番茄抗灰霉病和晚疫病基因定位及分子标记多基因辅 助选育技术研究[D].北京:中国农业科学院,2005:29—33. [19]朱莎,宋燕,刘磊,等.番茄ps一2基因的SSR及CAPS标 记开发[J].园艺学报,2010,37(2):235—240. [20]李晓琪,李锡香,罗越华,等.萝b自交不亲和基因sL 的 CAPS标记的开发[J].植物遗传资源学报,2009,10(1):118— 120. [21]王 亮,穆培源,桑 伟,等.新疆小麦品种籽粒硬度及 puroindoline基因等位变异的分子检测[J].麦类作物学报, 2010,30(1):17—22. [22]李付振.一个水稻早衰突变体pse(t)的遗传分析/定位及生理 学研究[D].杭州:浙江大学,2005:88—91. [23]王孝宣.增强番茄果实颜色基因的精细定位及相关基因的差异 表达[D].北京:中国农业科学院,2004:88—101. [24]王立静.玉米显性矮秆基因Df的鉴定与精细定位[D].济南: 山东农业大学,2009:18—25. [25]原玉香.白菜类作物抽薹开花的分子遗传分析[D].北京:中国 农业科学院,2008:26—31. [26]赵仲华.拟南芥开花时间调控基因FLX的精细定位及遗传途径 的鉴定[D].太原:山西大学,2006:31—33. [27]陈郁.玉米防御反应相关基因的克隆和定位[D].北京:中国 农业大学,2006:33—36. [28]于春霞.cDNA—AFLP和CAPS技术分离瓣化型胡萝 雄性不 育相关基因[D].哈尔滨:东北农业大学,2006:22—26. [29]Monna L,Kitazawa X,Yoshino R,et a1.Positional cloning of rice semidwarfing gene,sd—J:Rice“Green Revolution”gene encodes a mutant enzyme involve in gibberellin synthesis[J].DNA Research, 2002,9:11—17. [30]St0ckel J,Bermewitz S,Hein P,et al,The evolutionarily conselNed tetratrico peptide repeat protein pale yellow green7’is required for photosystem i accumulation in Arabidopsis and clDp 犯 with the complex[J].Plnat Physiology,2006,141:870—878. [31]龚庆.香蕉不对称体细胞融合再生植株的鉴定[D].广州:中 山大学,2009:22—25. [32]吴扔超.柑橘体细胞杂种的核质遗传研究[D].武汉:华中农业 大学,2006:31—33. [33]徐小勇.柑橘原生质体融合及体细胞杂种核质遗传研究[D]. 武汉:华中农业大学,2006:28—30. . 

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