基于重测序紫花苜蓿高蛋白、高产关联InDel分子标记开发

doi:10.11686/cyxb2024256

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (4): 137-149.DOI: 10.11686/cyxb2024256

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基于重测序紫花苜蓿高蛋白、高产关联InDel分子标记开发

冯雅琪¹(), 陈嘉慧¹, 张静妮², 隋超¹, 陈基伟¹, 刘志鹏¹, 周强¹(), 刘文献¹()

^1.兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业教育部工程研究中心，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020
^2.克劳沃（北京）生态科技有限公司，北京 100020

收稿日期:2024-07-02 修回日期:2024-08-01 出版日期:2025-04-20 发布日期:2025-02-19
通讯作者: 周强,刘文献
作者简介:Corresponding author. E-mail： liuwx@lzu.edu.cn
Corresponding author. E-mail： zhouq2013@lzu.edu.cn，
冯雅琪（2001-），女，河北沧州人，在读硕士。E-mail： 220220902570@lzu.edu.cn
基金资助:
农业生物育种国家科技重大专项，国家自然科学基金项目(32441032);财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助

Development of high-protein and high-yield associated InDel molecular markers based on re-sequencing in alfalfa

Ya-qi FENG¹(), Jia-hui CHEN¹, Jing-ni ZHANG², Chao SUI¹, Ji-wei CHEN¹, Zhi-peng LIU¹, Qiang ZHOU¹(), Wen-xian LIU¹()

^1.State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-Ecosystems，Key Laboratory of Grassland Livestock Industry Innovation，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Engineering Research Center of Grassland Industry，Ministry of Education，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China
^2.Clover （Beijing） Eco-Tech Co. Ltd，Beijing 100020，China

Received:2024-07-02 Revised:2024-08-01 Online:2025-04-20 Published:2025-02-19
Contact: Qiang ZHOU,Wen-xian LIU

摘要/Abstract

摘要：

随着高通量测序技术的迅猛发展，测序成本大幅降低，测序速度和数据质量均得到了显著提升，极大地推动了紫花苜蓿基因组的深入研究，进而也为紫花苜蓿不同性状关联的分子标记开发提供了重要基础信息。插入/缺失（insertion/deletion， InDel）多态性标记因其分布广泛、密度高、遗传稳定以及重复性强等优点而受到关注，然而目前其在紫花苜蓿中的研究及应用仍十分有限。本研究基于国内外80份紫花苜蓿材料的基因组重测序数据，通过与紫花苜蓿“中苜1号”参考基因组序列比对挖掘InDel变异位点，开发与高蛋白和高产性状相关的InDel标记。结果表明，在全基因组范围内设计的40个标记中，经聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）验证后，成功开发出29个多态性标记，多态性比率达到72.5%。其中，已开发的InDel_25和InDel_39标记可分别用于高产和优质紫花苜蓿材料的鉴定。本研究开发的InDel标记可结合传统育种方法，有望加速高产、优质紫花苜蓿新品种的培育。

关键词: 紫花苜蓿, InDel分子标记, 产量, 品质

Abstract:

With the rapid development of high-throughput sequencing technology， the sequencing cost has been greatly reduced， and the sequencing speed and data quality have been significantly improved. These developments greatly promote the in-depth study of the alfalfa （Medicago sativa） genome， and thus provide important basic information for the development of molecular markers for the association of different traits in alfalfa. Insertion/deletion （InDel） polymorphic markers have attracted great attention because of their wide distribution， high density， genetic stability， and high reproducibility， but research about them and their application in alfalfa are still very limited. In this study， based on genome resequencing data of 80 alfalfa germplasm lines sourced from China and abroad， we explored the InDel locus by comparing with the reference genome sequence of alfalfa “Zhongmu No.1”， and identified InDel markers related to high-protein and high-yield traits. It was found that of 40 markers identified on a genome-wide scale， 29 polymorphic markers were successfully categorised with a polymorphism ratio of 72.5% after validation by polymerase chain reaction （PCR）. Notably， markers designated InDel_25 and InDel_39 are particularly useful for the identification of high-yield and high-quality alfalfa germplasm lines， respectively. It is anticipated that the InDel markers identified in this research will be applied in traditional breeding programs， thereby accelerating the development of new alfalfa varieties with enhanced yield and quality.

Key words: alfalfa, InDel molecular markers, yield, quality

冯雅琪, 陈嘉慧, 张静妮, 隋超, 陈基伟, 刘志鹏, 周强, 刘文献. 基于重测序紫花苜蓿高蛋白、高产关联InDel分子标记开发[J]. 草业学报, 2025, 34(4): 137-149.

Ya-qi FENG, Jia-hui CHEN, Jing-ni ZHANG, Chao SUI, Ji-wei CHEN, Zhi-peng LIU, Qiang ZHOU, Wen-xian LIU. Development of high-protein and high-yield associated InDel molecular markers based on re-sequencing in alfalfa[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(4): 137-149.

图/表 14

参考文献 29

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编号Number	名称Name	来源Origins	编号Number	名称Name	来源Origins
1	CF002724	中国China	41	极光 Aurora	美国United States
2	CF040681	中国China	42	巨能601 Magnum 601	美国United States
3	CF049818	中国China	43	巨能201 Magnum 201	美国United States
4	CF040656	中国China	44	Wisfal	美国United States
5	CF001084	中国China	45	超音速 Supersonic	美国United States
6	CF005567	中国China	46	巨能995 Magnum 995	美国United States
7	CF021077	中国China	47	WL366HQ	美国United States
8	CF021276	中国China	48	W6 39947	俄罗斯Russia
9	P610831017	中国China	49	CF031930	俄罗斯Russia
10	P610821619	中国China	50	CF050248	俄罗斯Russia
11	保定 Baoding	中国China	51	CF049817	俄罗斯Russia
12	东苜1号 Dongmu No.1	中国China	52	CF031933	俄罗斯Russia
13	龙引BeZa87 Longyin BeZa87	中国China	53	CF048291	俄罗斯Russia
14	龙牧803 Longmu 803	中国China	54	CF050068	俄罗斯Russia
15	龙牧806 Longmu 806	中国China	55	CF031928	俄罗斯Russia
16	龙饲1174 Longsi 1174	中国China	56	CF020828	俄罗斯Russia
17	新牧4号 Xinmu No.4	中国China	57	PI631714	俄罗斯Russia
18	北林201 Beilin 201	中国China	58	英斯特 Instinct	加拿大Canada
19	中兰1号 Zhonglan No.1	中国China	59	阿佩克斯 Apex	加拿大Canada
20	天水 Tianshui	中国China	60	挑战者 Challenger	加拿大Canada
21	草原1号 Caoyuan No.1	中国China	61	SK3010	加拿大Canada
22	草原5号 Caoyuan No.5	中国China	62	阿尔冈金 Algonquin	加拿大Canada
23	中苜1号 Zhongmu No.1	中国China	63	CF039769	立陶宛Lithuania
24	中苜4号 Zhongmu No.4	中国China	64	CF039770	立陶宛Lithuania
25	图牧2号 Tumu No.2	中国China	65	CF039747	立陶宛Lithuania
26	淮扬4号 Huaiyang No.4	中国China	66	CF040589	乌克兰Ukraine
27	皇冠 Pnabulous	美国United States	67	CF050058	乌克兰Ukraine
28	耐盐之星 Salt-tolerant star	美国United States	68	CF020824	乌克兰Ukraine
29	康赛 Concept	美国United States	69	CF020829	乌克兰Ukraine
30	WL440HQ	美国United States	70	CF040145	哈萨克斯坦Kazakhstan
31	雷霆 Instict	美国United States	71	CF049890	哈萨克斯坦Kazakhstan
32	Sutter	美国United States	72	先行者 Pioneer	法国France
33	Common	美国United States	73	三得利 Sanditi	法国France
34	骑士2 Knight No.2	美国United States	74	PLATO ZS	波兰Poland
35	骑士T Knight T	美国United States	75	CF005594	波兰Poland
36	前景 Vision	美国United States	76	CF005602	匈牙利Hungary
37	赛特 Sitel	美国United States	77	PI632020	叙利亚Syrian
38	WL323	美国United States	78	CF000631	澳大利亚Australia
39	先驱者 Forerunner	美国United States	79	PI631977	吉尔吉斯共和国Kirghiz Republic
40	Bara 310SC	美国United States	80	PI634028	瑞典Sweden

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1	CF002724	中国China	41	极光 Aurora	美国United States
2	CF040681	中国China	42	巨能601 Magnum 601	美国United States
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5	CF001084	中国China	45	超音速 Supersonic	美国United States
6	CF005567	中国China	46	巨能995 Magnum 995	美国United States
7	CF021077	中国China	47	WL366HQ	美国United States
8	CF021276	中国China	48	W6 39947	俄罗斯Russia
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35	骑士T Knight T	美国United States	75	CF005594	波兰Poland
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37	赛特 Sitel	美国United States	77	PI632020	叙利亚Syrian
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引物 Primer	引物序列 Primer sequence （5′→3′）	引物 Primer	引物序列 Primer sequence （5′→3′）
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InDel_19	R：CTAACAGATCACAATTACCTCTAAATTTGT	InDel_39	R：AATGAATATGGCTTTATTATTTGTGGAAAT
InDel_20	F：GAGATCTAATAAGCTAAAACAAATATAAGT	InDel_40	F：AACAACACCGATGCTCTTCA
InDel_20	R：TTAGACACACACACTTAATCAATTAAC	InDel_40	R：ATCTTCTATAACTCGTCTCCCTTTAATT

引物 Primer	引物序列 Primer sequence （5′→3′）	引物 Primer	引物序列 Primer sequence （5′→3′）
InDel_1	F：ATAACTTGTAATACAAGACAACTAATC	InDel_21	F：GCTTCGCTACATTGAAGGTTAT
InDel_1	R：GTTATGGTTTTGTTAAGGAGTTAGTTA	InDel_21	R：GTAAGTGCTGACGGGCA
InDel_2	F：GCAACATGTATGCATGGTATAGCA	InDel_22	F：TTAGAAAAATGATGAAAATTTGATATTTTG
InDel_2	R：TGCCAACCAATCATGCATTTCCA	InDel_22	R：TATTTTTCTAATATACAAAGATAAATAATA
InDel_3	F：CTAATATTTTGTGTTTTAGACTAGGC	InDel_23	F：GGGTGTTGAATTGCTATGTTGA
InDel_3	R：ATTTGGTGTATACGACGG	InDel_23	R：GAATTCATTCAACCTCTCTTTCATCC
InDel_4	F：AGCTGGATACAAGGCATCTG	InDel_24	F：CGGCAATAAGAAAAACCTTTGC
InDel_4	R：AGTTTTAGTGACACACCTGAATATTG	InDel_24	R：CTGACAAATACCAGAGATGGACTG
InDel_5	F：CCTTTGCCTCTAGTAATTTGACTACT	InDel_25	F：GCGGCAAATTAGTGAAGGTAAAT
InDel_5	R：AGAATCTTAGGTGGTTTGGACATGTA	InDel_25	R：CAGAAAAGTTTGCAGGAAAAGATACT
InDel_6	F：CTTGGGTGCACTTGGGG	InDel_26	F：GAAGAGTTGTAGGTGGAATGATAAAC
InDel_6	R：GCACAAAGAAATTGCAAACTCGC	InDel_26	R：CTGAACTAGAGAAACTCAAATACATAAAAGC
InDel_7	F：CGCGCTATAGCCACTATTTGAC	InDel_27	F：GGAATACTAAAGAAAGTGACAAAGAGG
InDel_7	R：GAAATTCACGGTCTTCTGTGG	InDel_27	R：CCAATGAAAACCATTGGCTCTAG
InDel_8	F：CGGGTGAATGAAATGGAGGAG	InDel_28	F：CAGGCAACTCGTCATTTATGAC
InDel_8	R：ATGTGACATTTTACTGCCCAAC	InDel_28	R：GAGCTGCTGGCCCAT
InDel_9	F：CACATTGCAATCAACTATTTCACG	InDel_29	F：GATGGGTTCAACCGATTTAAATTAAAAGA
InDel_9	R：ATTTTTTAAGTATCAATTTTTATG	InDel_29	R：TTTGATTTTAAGTCGGCCCCC
InDel_10	F：CTTGGATGAATTGAAAATTGCTTACTC	InDel_30	F：GAAGTTCCTGCATCAAGAATAGC
InDel_10	R：ATATATAAAATGTATAATAATAACATA	InDel_30	R：CTTCTGAAGTCACCAAATTTTGTACTTC
InDel_11	F：GATGGAGTAGAATGACGGCG	InDel_31	F：GAGTCAGAACTACATTTTTATCGTTTAAAG
InDel_11	R：TCAATCGCACTTGCTTCCG	InDel_31	R：CATAATTGATGACACTGTCATTTCATAAAG
InDel_12	F：CAATCGATTGGTATTTATAAATTTTAGTTT	InDel_32	F：GGAGAAGAAAACACAAGTCATCC
InDel_12	R：GTTATTGATAATATTTATTCATTTATTTTT	InDel_32	R：GTACTTACAATCTATCAAAGCATATTGAAC
InDel_13	F：CATTTGTTGCTATATCATGAACTCCA	InDel_33	F：ATACTCGTTCTTGCCCACAA
InDel_13	R：ACAGAACATGCTATAACACTAATACTAAAG	InDel_33	R：AATATGTCCTTACATACTACAAAAGGG
InDel_14	F：TTAACCGGTGCTCTGGG	InDel_34	F：ACCAACCCAACCACACAAA
InDel_14	R：TATAATATAGCATCCACT	InDel_34	R：TTGTGTTTCCCTTTTTCAGATCTG
InDel_15	F：CGTTTTCTTATCACATGTTTAAGTTTACT	InDel_35	F：ATCCCCTTACAATACCTTTCAAAATCA
InDel_15	R：TTTATAACAGAAATTACATTCCCCAAATAG	InDel_35	R：GGAACCCATTTGATACTTATGTATCTTAT
InDel_16	F：TGATGTGTAAGATCAATATTTTAACTCTGG	InDel_36	F：CAATCGTGGTTTGGTAACAAGAC
InDel_16	R：TTGTTTCCTTAACTAATGCCCAAAC	InDel_36	R：CGTGGAGTTTGTGAAGTCTTT
InDel_17	F：TCCCCCTACAATAGTCGCATC	InDel_37	F：CATGAACCTGGAGAAAATTGAAAACA
InDel_17	R：GCTCCTTTTTGTGTTAGACTCTC	InDel_37	R：CTTCTTCTTCTTCTTCTTCTTCTTCTTCT
InDel_18	F：CCAAAAATTAACATTTCCCATCTCAAAAC	InDel_38	F：GACTCACGTGACTAAAAAACTAAATATTAG
InDel_18	R：CTTTTTTGCAGGCAGTCAAAAAAG	InDel_38	R：AAGATAAAGTCCTTAGTTTT
InDel_19	F：AAGGGAAAAACATTGGGATTTGAG	InDel_39	F：CTCATAATTACTAATTAACTCCCATTAACC
InDel_19	R：CTAACAGATCACAATTACCTCTAAATTTGT	InDel_39	R：AATGAATATGGCTTTATTATTTGTGGAAAT
InDel_20	F：GAGATCTAATAAGCTAAAACAAATATAAGT	InDel_40	F：AACAACACCGATGCTCTTCA
InDel_20	R：TTAGACACACACACTTAATCAATTAAC	InDel_40	R：ATCTTCTATAACTCGTCTCCCTTTAATT

组分Components	加入试剂量Reagent volume （μL）
2X SanTaq PCR Mix	5.0
正向引物Forward primer	0.5
反向引物Reverse primer	0.5
基因组DNA Genome DNA	1.0
ddH₂O	3.0

基于重测序紫花苜蓿高蛋白、高产关联InDel分子标记开发

Development of high-protein and high-yield associated InDel molecular markers based on re-sequencing in alfalfa

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摘要/Abstract

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使用本文

图/表 14

参考文献 29

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

编号 Number	名称 Name	基因型 Genotype	鲜重Fresh weight （kg·plant^-1）
1	CF020828	0/1	0.19
2	中苜4号Zhongmu No.4	0/1	0.25
3	耐盐之星Salt-tolerant star	0/1	0.38
4	CF039770	0/1	0.44
5	巨能201 Magnum 201	0/1	0.44
6	CF048291	0/0	1.22
7	淮扬4号Huaiyang No.4	0/0	1.23
8	PLATO ZS	0/0	1.24
9	CF039769	0/0	1.44
10	皇冠Pnabulous	0/0	1.40

编号 Number	名称 Name	基因型 Genotype	粗蛋白 Crude protein （%）
1	Sutter	0/0	23.65
2	天水Tianshui	0/0	23.03
3	CF040656	0/0	23.20
4	CF020828	0/0	23.04
5	CF040145	0/0	23.84
6	P610821619	0/0	24.27
7	CF005594	0/1	21.66
8	CF049890	0/1	21.70
9	中兰1号 Zhonglan No.1	0/1	21.89
10	赛特 Sitel	0/1	22.10

[1]	罗天蓉, 马健芝, 杜明阳, 多杰措, 熊辉岩, 段瑞君. 紫花苜蓿LACS基因家族成员鉴定及表达分析[J]. 草业学报, 2025, 34(4): 124-136.
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[3]	陈彩锦, 包明芳, 王文虎, 尚继红, 曾燕霞, 沙晓弟, 朱新忠, 王学敏, 刘文辉. 紫花苜蓿抗旱育种研究现状及展望[J]. 草业学报, 2025, 34(3): 204-223.
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[5]	李浩晶, 张丹珂, 李海润, 曹静, 徐国伟. 施氮对不同食味品质水稻根系生长及分泌有机酸的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(2): 163-173.
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[7]	王新友, 王小兰, 张万昌, 李颖, 马永玲, 王晓寅, 王建刚, 王海青, 岳贝凡, 刘永福, 王永宏, 刘珊, 白美婷. 陇东南部林缘山区青贮玉米品种筛选及其高效栽培研究[J]. 草业学报, 2025, 34(1): 191-202.
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[11]	张盈盈, 胡丹丹, 马春晖, 张前兵. 苜蓿叶片结构和光合特性对菌磷添加的响应[J]. 草业学报, 2024, 33(8): 133-144.
[12]	李中利, 蒋丛泽, 马仁诗, 高玮, 受娜, 沈禹颖, 杨宪龙. 陇东旱塬区5个饲用甜高粱品种生产适宜性评价[J]. 草业学报, 2024, 33(8): 50-62.
[13]	王峥, 常伟, 李俊诚, 苏连泰, 高鲤, 周鹏, 安渊. 紫花苜蓿还田对饲料玉米产量和氮素吸收转运的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(8): 63-73.
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[15]	高金柱, 赵东豪, 高乐, 苏喜浩, 何学青. 硝酸铈与脱落酸处理对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生理特性的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(6): 175-186.

温度Temperature （℃）	时间Time	循环次数Cycle times
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50~56	30 s	40
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