檉柳cpSSR—PCR反應體系的建立和優(yōu)化

張如華 張連梅

摘要 [目的]建立并優(yōu)化檉柳cpSSR-PCR反應體系和反應條件。[方法]對影響PCR反應的5個變量（Mg2+ 濃度、dNTPs濃度、Taq DNA聚合酶濃度、引物濃度、模板DNA濃度）進行L16（45）正交試驗設計，并對引物退火溫度進行梯度篩選。[結果]最優(yōu)反應體系：Mg2+ 2.0 mmol/L、dNTPs 0.125 mmol/L、Taq DNA聚合酶 0.25 U、引物 0.25 μmol/L、模板 DNA 20 ng，共10 μL。反應程序：94 ℃預變性4 min；94 ℃ 30 s，引物退火溫度30 s，72 ℃ 30 s，30個循環(huán)；72 ℃延伸10 min。[結論]該反應體系成功擴增1個檉柳天然群體的23個個體，為檉柳群體擴散路線的確定奠定基礎。

關鍵詞 檉柳；葉綠體微衛(wèi)星；反應體系；正交試驗

中圖分類號 S718.4 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0105-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.031

Abstract [Objective] To establish and optimize the cpSSRPCR reaction system and amplification condition of Tamarix chinensis. [Method] L16（45） orthogonal design was used to identify the optimum Mg2+ concentration， dNTPs concentration， Taq concentration， primers concentration， and DNA concentration for cpSSRPCR amplification of T. chinensis ， and gradient annealing temperature test was also conducted. [Result] The optimized system was as follows： a 10 uL reaction volume including 2.0 mmol/L Mg2+， 0.125 mmol/L dNTPs， 0.25 U Taq ， 0.25 μmol/L primers， 20 ng DNA. The suitable procedure was 4 min denaturation at 94 ℃， followed by 30 cycles of 30 s denaturation at 94 ℃， 30 s annealing step at 56.5 ℃， 30s elongation at 72 ℃， and a final extension step at 72 ℃ for 10 min. [Conclusion] The optimized cpSSRPCR system successfully amplified the 23 individuas from a natural T. chinensis population and could be applied to study on population dispersal of T. chinensis.

Key words Tamarix chinensis Lour.；Chloroplast microsatellites；Reaction system；Orthogonal design

檉柳（Tamarix chinensis Lour.）屬檉柳科檉柳屬，是起源于舊大陸的古老植物，為3～6 m的灌木或小喬木。檉柳科隸屬于雙子葉植物綱五椏果亞綱，分有3屬：紅砂屬、水柏枝屬、檉柳屬，世界分布約126種植物，其中檉柳屬90種[1]。我國是檉柳屬植物的一個次級起源中心和分布中心，擁有18個種1個變種，許多為我國特有種，其中新疆分布有16個種[2]。檉柳耐鹽堿和水濕，是沿海灘涂的重要生態(tài)防護樹種[3]。檉柳自19世紀上半葉被美國自亞洲引進后，在美國西部大面積擴張建群，甚至替代了原生植被，被劃為入侵樹種[4]。

檉柳是檉柳屬植物中在我國分布最廣的一個種，天然分布于內(nèi)蒙、北京、河北、河南、山東、江蘇（北部）、浙江等省。目前在華東和華南部分省份發(fā)現(xiàn)有人工群體或小面積栽培?；谥参锏乩韺W研究認為檉柳自新疆次級分布中心向東擴散，但檉柳孢粉學證據(jù)較缺乏[5]，且又不連續(xù)，對小尺度的檉柳群體擴散路線較難進行推斷。葉綠體DNA為單親遺傳（被子植物大多為母系遺傳）的環(huán)狀DNA，進化速率慢，遺傳變異的研究能在分子水平上重建植物的建群路線、鑒別栽植群體的材料來源[6]。筆者研究了檉柳葉綠體微衛(wèi)星反應體系的建立，以期為檉柳群體擴散路線確定、檉柳不同品種遺傳來源鑒別提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

檉柳采自位于山東省昌邑柳疃鎮(zhèn)鹽場附近的檉柳天然群體（119°21′22″ E、37°05′16″N）。為避免相關性采樣，所采植株盡量間隔50 m以上，由于群體受到人為破壞，共采取23株個體。選取植株中部成熟葉3～5 g放入裝有硅珠的自封袋中，帶回實驗室保存于-80 ℃超低溫冰箱以備后序試驗。采用改良的CTAB法[7]提取DNA，用紫外分光光度法和瓊脂糖凝膠電泳進行定性和定量檢測。提取的DNA檢測后統(tǒng)一稀釋至20 ng/μL。

1.2 引物合成和PCR反應試劑

所用檉柳葉綠體微衛(wèi)星引物為南京林業(yè)大學林木遺傳育種實驗室自行開發(fā)。引物上游序列：TCCCGGACGTAAGATCCTG，下游序列：ATCGTGGGACCGATTCGAAT，重復單元為（TG）5，目的片段長度181 bp。由南京金斯瑞生物公司合成引物，其他PCR反應試劑如Taq酶、dNTPs、Mg2+和Buffer均購自 TaKaRa 公司。50 bp DNA Marker購自天根生化科技有限公司。

1.3 PCR擴增和產(chǎn)物電泳分離

PCR擴增反應程序為南京林業(yè)大學林木遺傳育種實驗室設計的檉柳核葉綠體基因組SSR 的PCR反應程序：94 ℃預變性4 min；94 ℃30 s，引物退火溫度30 s，72 ℃30 s，30個循環(huán)；72 ℃延伸45 min；16 ℃保存。PCR產(chǎn)物采用8%的聚丙烯酰胺凝膠進行電泳分離。量取50 mL變性膠液（含21 g尿素，3.9 g丙烯酰胺，0.1 g甲叉雙丙烯酰胺；1×TBE濃度），加入180 μL APS（10%過硫酸氨）和35 μL TEMED（N，N，N，N-四甲基乙二胺）后灌膠。PCR擴增產(chǎn)物加入4 μL上樣緩沖液（0.25%溴酚蘭，15%聚蔗糖），取1.5 μL混合液點在凝膠梳孔里，200 V恒電壓電泳90 min左右至溴酚蘭跑出凝膠，所用儀器為北京六一儀器廠DYCZ-30c型電泳槽。膠板在固定液（10%乙醇100 mL+0.5 mL純乙酸）固定10 min，AgNO3溶液（濃度為0.15%）銀染8 min，倒入顯影液（100 mL配方：1.5 g氫氧化鈉+1 mL 0.756%的四硼酸鈉+1 mL甲醛）直至顯出清晰的條帶，檢測分離結果。

1.4 正交試驗設計和引物退火溫度篩選

對PCR反應體系中的DNA模板濃度、引物濃度、dNTPs、Mg2+濃度和DNA Taq酶濃度進行5因素4 水平正交試驗設計L16（45）（表1），每種處理統(tǒng)一加10×PCR Buffer 1 μL。隨機選取2個檉柳DNA模板進行溫度梯度設計，梯度值設為1.5 ℃，退火溫度50.0～60.5 ℃，共設8個溫度梯度。

1.5 cpSSR-PCR擴增體系的群體檢測

運用正交設計得到的最優(yōu)反應體系和最佳引物退火溫度對所采群體進行擴增初試，檢驗所選擴增體系和退火溫度能否有效進行群體擴增。

2 結果與分析

2.1 檉柳DNA提取

改良的CTAB法能夠提取質(zhì)量好的檉柳基因組（圖1）。瓊脂糖凝膠電泳檢測該方法所提取的檉柳DNA譜帶清晰、明亮、無拖尾，所提DNA在23 130 bp左右，表明所提DNA質(zhì)量好，濃度較高，經(jīng)紫外分光光度計檢測OD260/280在1.8～2.0，濃度在100～200 ng/μL，能夠滿足后續(xù)試驗的要求。

2.2 cpSSR-PCR正交試驗結果

基于正交試驗設計的不同PCR反應組合之間存在較大差異（圖2），多數(shù)反應組合（C、D、F、G、H、I、J、K、L、N及O等12組合）僅1個模板得到有效擴增，有的反應組合（如A、B及P等3組合）2個模板都不能得到有效擴增。僅E、M 2個組合有效擴增了2個供試模板，但M組合所擴增產(chǎn)物條帶模糊，E組合擴增產(chǎn)物清晰、產(chǎn)物豐度高，故選擇E組合為檉柳葉綠體SSR擴增反應體系，其各反應組分：Mg2+ 2.0 mmol/L、dNTPs 0.125 mmol/L、Taq DNA聚合酶 0.25 U、引物 0.25 μmol/L、模板 DNA 20 ng。

2.3 退火溫度篩選

檉柳葉綠體SSR引物在一定退火梯度范圍內(nèi)，目的產(chǎn)物均能得到擴增，但產(chǎn)物的豐度和特異性存在差異（圖3）。較低的退火溫度（如A、B、C 3個較低的溫度梯度）導致非特異性擴增較多，隨著退火溫度的增加，非特異性擴增減少，但較高的退火溫度（如G、H 2個溫度梯度）擴增的產(chǎn)物豐度降低，綜合8種退火溫度梯度處理，選擇E（56 ℃）為該引物退火溫度。該退火溫度下擴增產(chǎn)物豐度高、條帶清晰、雜帶較弱，等位基因比較容易判讀，2個模板的擴增產(chǎn)物具有相對一致的豐度。

2.4 反應體系的群體檢測

采用篩選出的cpSSR-PCR反應體系和退火溫度（56 ℃）對所采群體進行檢測，結果表明，所采用的反應體系能夠有效擴增葉綠體目的片段（圖4）。擴增的目的片段清晰，幾乎無雜帶，產(chǎn)物豐度相對一致，等位基因容易判讀，可為檉柳群體的大規(guī)模擴增提供分子試驗基礎。

3 結論與討論

在16種正交組合中，除第5種和第13種組合能有效擴增2個模板DNA外，其他組合僅能對1個模板DNA進行目的片段的有效擴增，表明試驗設計的各PCR反應組合比較靈敏，能夠反映各PCR反應組分對檉柳葉綠體微衛(wèi)星對目的DNA擴增效果。該試驗退火溫度能在較大的溫度范圍內(nèi)有效擴增目的片段，只是有豐度上略有差別；另試驗中較低的退火溫度（A、B和C 3個溫度梯度）導致非特異性擴增的增加，這已在其他研究中得到證實[8-9]。DNA模板濃度在試驗中對各反應底物濃度組合較不敏感，這與郭海林等[10]對結縷草植物的SSR擴增與邵俊培等[11]對馬尾松的PCR-SSR反應體系優(yōu)化結果一致。該研究采用所選cpSSR-PCR反應體系及退火溫度能夠對昌邑群體進行成功擴增，表明正交設計得到的反應體系能夠進行檉柳群體的檢測，可為進一步檉柳分子地理系統(tǒng)學研究奠定基礎。

參考文獻

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