種質(zhì)資源是一切育種工作的基礎(chǔ)，是植物生命延續(xù)和種族繁衍的保證。我國種質(zhì)資源豐富多樣，目前，長期保存的種質(zhì)資源突破52萬份，位居全世界第二。但在種質(zhì)資源精準鑒定和挖掘利用上還存在不足，構(gòu)建植物品種DNA指紋圖譜，可以克服單純依據(jù)形態(tài)特征鑒定品種的局限性，對于開展種質(zhì)資源精準鑒定與基因發(fā)掘工作十分重要。
什么是DNA指紋圖譜？
DNA?指紋圖譜技術(shù)（DNA-Fingerprinting）是由英國科學家?Jeffreys?于?1986?年開發(fā)，具有快速、準確等優(yōu)點，是鑒別品種、品系的有力工具，已廣泛應(yīng)用于很多作物的品種資源多樣性和純度鑒定研究。相較于傳統(tǒng)的分子標記，SNPs在基因組中更豐富，具有數(shù)量大、基因組分布廣、穩(wěn)定性和遺傳力高、鑒定簡單等優(yōu)點，可用于快速、高通量的基因分型分析。構(gòu)建基于SNP標記技術(shù)的DNA指紋圖譜對于品種特異性和真實性鑒別、種子純度鑒定具有重要意義。
茶樹指紋圖譜
DNA指紋圖譜技術(shù)原理路線
DNA指紋圖譜的發(fā)展
DNA指紋圖譜具有豐富的多態(tài)性，具有高度的個體特異性和環(huán)境穩(wěn)定性，可以像人類指紋一樣用來區(qū)分不同的個體。早期的品種鑒定手段主要依賴于形態(tài)學鑒定，這種方法耗時較長且易受環(huán)境影響。隨著分子生物學的發(fā)展，分子標記技術(shù)的出現(xiàn)為品種鑒定提供了新的手段。與形態(tài)標記相比，基于DNA序列差異的分子標記具有不易受環(huán)境影響、數(shù)量多、分布廣、多態(tài)性高、自然材料存在豐富的變異等特點，為育種材料的選擇和鑒定提供了極大的便利。
SNP與其他傳統(tǒng)標記相比，其針對性更強、變異來源更豐富、潛在數(shù)量更巨大，越來越多的物種利用SNP分子標記鑒定植物的指紋圖譜,?提高植物品種的資源管理與品種保護利用。如（Tian?et?al.,?2021）利用篩選到的200個核心SNP位點構(gòu)建了一個包含20,000個玉米材料的SNP-DNA指紋數(shù)據(jù)庫，為我國玉米在品種認證、純度確定和品種權(quán)利保護方面發(fā)揮著重要作用；（Wang?et?al.,?2021）利用SNP標記構(gòu)建了216個雪茄種質(zhì)資源的指紋圖譜，為優(yōu)質(zhì)雪茄種質(zhì)資源的篩選和鑒定、重要基因的挖掘提供了科學依據(jù)，為今后在分子水平上開展雪茄遺傳和育種工作奠定了基礎(chǔ)。此外，SNP?標記也在大豆、油菜、香菇、茶樹、楊梅、西蘭花等品種的DNA指紋圖譜構(gòu)建中得到了應(yīng)用。
DNA指紋圖譜構(gòu)建及應(yīng)用
1.SNP標記開發(fā)與篩選
目前常用的SNP檢測與分型的方法主要有全基因組重測序、簡化基因組重測序和基因芯片技術(shù)三種。通過這些方法開發(fā)的SNP經(jīng)過變異檢測、注釋和篩選后，得到質(zhì)量高、代表性強、標記（組合）的材料區(qū)分度高、在基因組上分布均勻、特異性強的SNP標記作為DNA指紋圖譜的候選標記。
雪茄SNP分析
2.SNP標記評估
遺傳多樣性（Genetic?diversity）指生物種內(nèi)基因的變化，包括種內(nèi)顯著不同的群體之間以及同一種群內(nèi)的遺傳變異。種群內(nèi)的個體之間往往沒有完全一致的基因型，而種群就是由這些不同遺傳結(jié)構(gòu)的多個個體組成。對遺傳多樣性的研究可以揭示物種或群體的進化歷史（起源的時間、方式），也能為進一步分析其進化潛力和未來命運提供重要資料，遺傳多樣性是保護生物學研究的核心之一。首先對篩選得到的SNP位點進行遺傳多樣性評估，例如，在雪茄指紋圖譜構(gòu)建研究中，對篩選得到的715個SNP位點進行遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)，這些位點表現(xiàn)出良好的多態(tài)性和品種鑒定能力，它們MAF和PIC值分別為0.346?~?0.500和0.350?~?0.375，平均值分別為0.45和0.37，其中，PIC值在0.370?~?0.375之間的占70.6%，表明這些標記具有較強的多態(tài)性。715個可變SNP位點的雜合度范圍為0?~?0.64，平均為0.10，對該種質(zhì)資源的遺傳多樣性進行了評價，發(fā)現(xiàn)其遺傳多樣性范圍從0.45到0.50不等，平均為0.49。結(jié)合MAF、PIC和觀察到的雜合度值，進一步篩選分布在24條染色體上、無基因型數(shù)據(jù)缺失、以純合子變異位點為主，并在盡可能多的個體中檢測到的SNP位點，最終得到163個SNP位點。其次，對這些標記位點通過系統(tǒng)發(fā)育樹、群體結(jié)構(gòu)、主成分分析進行位點代表性的評估。
雪茄種質(zhì)資源遺傳多樣性分析
3.DNA指紋圖譜構(gòu)建
篩選適宜的核心標記位點，并將其用合適的形式展現(xiàn)出來至關(guān)重要。利用篩選得到的SNP標記進行品種材料的鑒定，并構(gòu)建DNA指紋圖譜。例如，玉米DNA指紋圖譜構(gòu)建研究中，利用384個?SNP?標記組合構(gòu)建了?335?個玉米雜交種的基因型指紋圖譜,?該圖顯示每個品種的基因型組合均不同,?即?384?個?SNP?位點能夠有效區(qū)分所測試的雜交種。
335個玉米雜交種SNP-DNA指紋圖譜
并且還可以應(yīng)用構(gòu)建這些指紋圖譜的標記信息的二維碼，其中包含品種名稱、類型、植物分類和基因型數(shù)據(jù)等信息，便于使用手機獲取信息。
某雪茄品種二維碼
寫在最后如同人類的指紋作為身份標識一樣，植物的DNA指紋圖譜為其貼上了“分子身份證”，構(gòu)建植物品種DNA指紋圖譜，可以對品種資源管理和品種保護利用起到很好的作用。
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