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本研究利用生物信息学的基础,采用GEvo(Genome Evolution Analysis)软件对来自玉米、小麦、高梁、水稻和珍珠粟5种作物的129个基因进行了CNS发掘,129个基因中有111个基因来自于玉米,12个基因来自于小麦,3个基因来自高梁,1个基因(tb1)来自于珍珠粟,2个基因来自于水稻。在CNS共线性较好的有79个基因,37个为编码酶的基因,CNS共线性百分率为50.64%;27个为编码调控蛋白的基因,CNS共线性百分率为46.50%;15个为其他类型的基因,CNS共线性百分率为70.11%。CNS在禾本科作物中较高的共线性有利于禾本科作物比较遗传学的研究,而且成为本研究开发禾本科通用引物的理论依据。
在分析这些基因的CNS数量和共线性程度的基础上,选择其中共线性好的PHYB、pgp1、tb1、lg2等基因为模板,设计了CNS-CNS和CNS-Exon不同类型的引物共124对。后期又从CoGe上下载的包含16571对高粱和水稻同源序列的数据,利用GEvo发掘这些序列中的CNS,选取共线性较好的序列,以高梁序列为模板设计了86对CNS-CNS引物。
利用来自禾本科不同亚科的10种重要农作物的基因组DNA为模板,检验了这210对引物的特异扩增性及通用性,扩增产物及其酶切片段的多态性表现。结果表明,所设计的引物中有74对在禾本科不同物种中具有较好的通用性,扩增产物及其酶切片段表现了较丰富的多态性,其他引物也表现了不同程度的跨物种应用。
筛选出的引物又在狗尾草属材料中进行了检测,检测的结果表明,这些引物不但在禾本科不同属的材料中通用,而且在禾本科同一属的不同种间能够通用,而且效果更好,这样可以利用CNS引物进行种间进化分析。
CNS-AFLP标记不仅能分析同一基因不同部位在进化过程中所承受的选择压力有何不同,还能分析不同基因在进化过程中的保守性,是研究生物进化的有力工具。CNS-AFLP最大特点是利用已知物种中已克隆分析的基因来设计引物,在较大的范围(如禾本科)进行跨物种应用,这对遗传和基因组研究较薄弱的种属提供了极大的方便。同SSR标记相比,CNS-AFLP在标记开发上省时省功且基本没有投入,利用公共数据库的信息即可。
本结果说明CNS-AFLP是一种可行的新型分子标记,对于无特异标记开发的物种进行遗传多样性和进化研究,是一种可靠且简便经济的办法,也对禾谷类作物比较遗传学研究有促进作用。