本發(fā)明涉及強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉優(yōu)異親本檢測(cè)領(lǐng)域,具體而言,涉及用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù):
雜種優(yōu)勢(shì)是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象。自shull首次提出“雜種優(yōu)勢(shì)”的概念以來(lái),各國(guó)科學(xué)家先后對(duì)作物雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了研究和探討。現(xiàn)在,雜種優(yōu)勢(shì)已在許多作物上得到了廣泛利用,雜種優(yōu)勢(shì)利用是作物遺傳育種中大幅度提高產(chǎn)量的核心技術(shù)之一。
棉花是一種意義重大的經(jīng)濟(jì)作物。實(shí)踐證明,持續(xù)創(chuàng)制并推廣強(qiáng)優(yōu)勢(shì)棉花雜交種是大幅度提高棉花產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)和增強(qiáng)棉花品種適應(yīng)性的主要途徑之一。強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉新品種育成的關(guān)鍵是培育出配合力高、綜合性狀好的優(yōu)異親本。但是,近年來(lái)由于育種技術(shù)和方法創(chuàng)新不足等原因,優(yōu)異親本培育和改良越來(lái)越難,導(dǎo)致雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)強(qiáng)的品種越來(lái)越少。研究發(fā)現(xiàn),優(yōu)異親本具有優(yōu)良的遺傳背景,能夠通過(guò)雜交和回交等技術(shù)進(jìn)行持續(xù)改良,可以衍生出一系列的新優(yōu)異親本,進(jìn)而高效率的培育出一系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉品種。但是在改良過(guò)程中,由于目前只能利用繁瑣的田間性狀觀察鑒定,選擇優(yōu)異親本的遺傳背景的效率低、育種年限長(zhǎng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)工,而且性狀受環(huán)境影響較大,容易造成判斷錯(cuò)誤,從而導(dǎo)致培育失敗。
有鑒于此,特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的第一目的在于提供用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記,該標(biāo)記通過(guò)高通量測(cè)序分析得到,為穩(wěn)定有效地鑒別棉花優(yōu)異親本提供基礎(chǔ)。
本發(fā)明的第二目的在于提供用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的引物對(duì),該引物對(duì)通過(guò)高通量測(cè)序分析、設(shè)計(jì)后篩選得到,特異性強(qiáng),能穩(wěn)定有效地鑒別棉花優(yōu)異親本。
本發(fā)明的第三目的在于提供用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的試劑盒,該試劑盒為棉花優(yōu)異親本的鑒定提供便利。
本發(fā)明的第四目的在于提供用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的檢測(cè)方法,該方法通過(guò)分子水平進(jìn)行鑒定,方法簡(jiǎn)便快捷,鑒定結(jié)果穩(wěn)定可靠。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,特采用以下技術(shù)方案:
用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記,所述snp標(biāo)記為以下中的任一種或多種:a06染色體上的1824659bp位置的gg、a12染色體上的81174157bp位置的aa、d03染色體上的35924124bp位置的tt、d05染色體上的30704984bp位置的tt、d11染色體上的4947923bp位置的cc。
本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記,通過(guò)高通量測(cè)序分析得到,為穩(wěn)定有效地輔助鑒別棉花優(yōu)異親本提供基礎(chǔ)。
需要說(shuō)明的是,snp指單堿基突變,指一個(gè)位點(diǎn),而本發(fā)明中的gg、aa、tt、cc均表示兩條同源染色體的某一位點(diǎn),表示該位點(diǎn)是純合位點(diǎn);即本發(fā)明中的這五個(gè)位點(diǎn)均為純合位點(diǎn)。
本發(fā)明還提供了用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的引物對(duì),包括以下引物對(duì)中的任一種或多種;
gh_a06g0169_snp引物對(duì)的上下游核酸序列如seqidno.1和seqidno.2所示,gh_a12g1857_snp引物對(duì)的上下游核酸序列如seqidno.3和seqidno.4所示,gh_d03g1074_snp引物對(duì)的上下游核酸序列如seqidno.5和seqidno.6所示,gh_d05g2790_snp引物對(duì)的上下游核酸序列如seqidno.7和seqidno.8所示,gh_d11g0580_snp引物對(duì)的上下游核酸序列如seqidno.9和seqidno.10所示。
本發(fā)明通過(guò)分析強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉中棉所63等優(yōu)異親本選育系譜中已經(jīng)衍生的多個(gè)優(yōu)異親本材料基因組重測(cè)序數(shù)據(jù),開(kāi)發(fā)了用于輔助選擇中棉所63等優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記,可以大幅度提高遺傳背景的選擇效率和準(zhǔn)確性,顯著縮短優(yōu)異親本的培育年限。
本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的引物對(duì),可以為上述引物對(duì)中的任意一種,也可以為任意兩種、任意三種、任意四種,或者為全部,當(dāng)然,鑒定的時(shí)候采用的引物越多,則鑒定結(jié)果越為確切。
進(jìn)一步地,所述棉花優(yōu)異親本包括鄂抗棉9號(hào)、中309、9053、中9018、1638。
本發(fā)明還提供了用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的試劑盒,含有上述的引物對(duì)。即該試劑盒中,可以含有上述引物對(duì)中的任意一種,也可以為任意兩種、任意三種、任意四種,或者為全部。
該試劑盒為用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的進(jìn)行提供便利。
本發(fā)明還提供了用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的檢測(cè)方法,采用上述的引物對(duì),對(duì)待檢測(cè)棉花的基因組進(jìn)行分子水平的檢測(cè)。
該處的上述的引物對(duì)為上述引物對(duì)中的任一種或幾種。
進(jìn)一步地,所述分子水平的檢測(cè)為:先將待檢測(cè)品種的基因組進(jìn)行pcr擴(kuò)增,然后進(jìn)行hrm檢測(cè)。
進(jìn)一步地,所述pcr擴(kuò)增所用的退火溫度為59±1℃。該退火溫度,擴(kuò)增得到的產(chǎn)物特異性強(qiáng),雜帶少。pcr擴(kuò)增程序采用常規(guī)的程序即可。
如pcr擴(kuò)增程序?yàn)椋?4-95℃預(yù)變性3-5分鐘;94℃變性30秒;60℃退火30秒;72℃延伸30秒;35-45個(gè)循環(huán);72℃延伸5-10分鐘;產(chǎn)物4℃保存。
進(jìn)一步地,所述pcr擴(kuò)增所用的pcr反應(yīng)體系為10-25μl,優(yōu)選為20μl。如本發(fā)明pcr擴(kuò)增所用的pcr反應(yīng)體系可以為10μl、15μl、20μl、25μl等等。
如pcr反應(yīng)體系為20μl,具體成分如下:
10μlmastermix,5μl10μg/mldna,上下游引物各0.5μl,1.6-2.4μlmgcl2,加pcr-gradeh2o,補(bǔ)足到20μl。
其他反應(yīng)體系的體積,各成分進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)大或縮小或按照常規(guī)的體系添加即可。
進(jìn)一步地,所述pcr反應(yīng)體系中的模板dna的含量不小于5ng,優(yōu)選為5-30ng。如本發(fā)明pcr反應(yīng)體系中的模板dna的含量可以為5ng、10ng、20ng、25ng、30ng等等。
進(jìn)一步地,所述pcr擴(kuò)增的循環(huán)數(shù)為30-45,優(yōu)選為35-45。如本發(fā)明pcr擴(kuò)增的循環(huán)數(shù)可以為30、35、38、40、42、45等等。
通過(guò)一定的pcr擴(kuò)增放大樣品dna,便于后續(xù)的高分辨率熔解試驗(yàn)。
進(jìn)一步地,待檢測(cè)棉花的基因組所用的提取材料為待檢測(cè)棉花的種仁。是將該棉花材料的種子去殼得到。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:
(1)本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記,通過(guò)高通量測(cè)序分析得到,為穩(wěn)定有效地鑒別棉花優(yōu)異親本提供基礎(chǔ)。
(2)本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的引物對(duì),通過(guò)高通量測(cè)序分析、設(shè)計(jì)后篩選得到,特異性強(qiáng),能穩(wěn)定有效地鑒別棉花優(yōu)異親本。
(3)本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的試劑盒,為棉花優(yōu)異親本的鑒定提供便利。
(4)本發(fā)明提供的用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記的檢測(cè)方法,該方法通過(guò)分子水平進(jìn)行鑒定,方法簡(jiǎn)便快捷,鑒定結(jié)果穩(wěn)定可靠,大幅度提高遺傳背景的選擇效率和準(zhǔn)確性,顯著縮短優(yōu)異親本的培育年限。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中提供的優(yōu)異親本的選育系譜圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中提供的5個(gè)優(yōu)異親本測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中提供的5個(gè)優(yōu)異親本測(cè)序得到的有效數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中提供的5個(gè)優(yōu)異親本測(cè)序數(shù)據(jù)比對(duì)到參考基因組上的比率散點(diǎn)圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中提供的5個(gè)優(yōu)異親本測(cè)序數(shù)據(jù)比對(duì)到參考基因組上的覆蓋深度散點(diǎn)圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中提供的5個(gè)優(yōu)異親本中檢測(cè)出的snp位點(diǎn)比例餅形圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中提供的5個(gè)優(yōu)異親本與tm-1以gh_a06g0169_snp引物對(duì)進(jìn)行的hrm曲線圖;
圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中提供的5個(gè)優(yōu)異親本與tm-1以gh_a12g1857_snp引物對(duì)進(jìn)行的hrm曲線圖;
圖9為本發(fā)明實(shí)施例3中提供的5個(gè)優(yōu)異親本與tm-1以gh_d03g1074_snp引物對(duì)進(jìn)行的hrm曲線圖;
圖10為本發(fā)明實(shí)施例3中提供的5個(gè)優(yōu)異親本與tm-1以gh_d05g2790_snp引物對(duì)進(jìn)行的hrm曲線圖;
圖11為本發(fā)明實(shí)施例3中提供的5個(gè)優(yōu)異親本與tm-1以gh_d11g0580_snp引物對(duì)進(jìn)行的hrm曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解,下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明,而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者,按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者,均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實(shí)施例1
中棉所63等系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉品種的選育系譜
鄂抗棉9號(hào)(原代號(hào):荊55173),來(lái)源于【鄂荊1號(hào)×(中7263+mo-3)】,于1999和2001年先后通過(guò)湖北和湖南兩省審定,2001年通過(guò)國(guó)家審定(長(zhǎng)江流域棉區(qū)),在長(zhǎng)江流域棉區(qū)表現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)(結(jié)鈴性強(qiáng)且均勻、衣分高)、優(yōu)質(zhì)、多抗(抗枯萎病、耐黃萎病、抗棉蚜等)。以鄂抗棉9號(hào)為基礎(chǔ)育種材料,利用系統(tǒng)選育或雜交育種等方法,建立了優(yōu)異親本選育系譜,持續(xù)創(chuàng)制了中309、9053、中9018和1638等一系列優(yōu)異親本,對(duì)鈴重、鈴數(shù)、衣分和子指等產(chǎn)量相關(guān)性狀分別進(jìn)行了不同程度的改良,并且繼承了鄂抗棉9號(hào)的遺傳背景。進(jìn)一步通過(guò)配置雜交組合,這些優(yōu)異親本分別作為母本,培育出中棉所62、中棉所63、中棉所65、中棉所66和中棉所71等系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉品種,已經(jīng)分別通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定。具體的選育系譜如圖1所示。
實(shí)施例2
中棉所63等系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉品種遺傳背景評(píng)價(jià)
1、優(yōu)異親本的基因組重測(cè)序
篩選出鄂抗棉9號(hào)、中309、9053、中9018和1638等同一系譜來(lái)源的5個(gè)優(yōu)異親本,在光照培養(yǎng)箱中種植棉花材料,取棉苗幼嫩葉片,提取基因組dna,利用covaris超聲波dna破碎儀隨機(jī)打斷成350bp片段,采用truseqlibraryconstructionkit試劑盒構(gòu)建測(cè)序dna文庫(kù),通過(guò)illuminahiseq4000測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行雙末端各150bp的測(cè)序。9053(中棉所63母本)計(jì)劃產(chǎn)出150g數(shù)據(jù)(測(cè)序覆蓋基因組深度為60×),其它材料各自計(jì)劃產(chǎn)出75g數(shù)據(jù)(測(cè)序覆蓋基因組深度為30×)。最終,9053(中棉所63母本)獲得180.25g原始數(shù)據(jù)(rawdata),如圖2所示;去除帶接頭和低質(zhì)量的數(shù)據(jù)后,得到179.58g的有效數(shù)據(jù)(cleandata);其它材料獲得75.11~94.25g原始數(shù)據(jù),如圖2所示;去除帶接頭和低質(zhì)量的數(shù)據(jù)后,得到74.93~93.92g的有效數(shù)據(jù),具體結(jié)果如圖3所示。
以已經(jīng)發(fā)布的陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系(tm-1)的基因組序列為參考基因組,利用bwa軟件將測(cè)序獲得數(shù)據(jù)(cleandata)比對(duì)到參考基因組上,結(jié)果表明5個(gè)材料測(cè)序獲得數(shù)據(jù)比對(duì)到基因組上的比率均超過(guò)99%(圖4),9053(中棉所63母本)基因組覆蓋深度達(dá)到59.9倍,其它材料最低也達(dá)到30倍以上(圖5),說(shuō)明基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)已經(jīng)基本上覆蓋材料的全基因組,而且覆蓋倍數(shù)比較高,能夠進(jìn)行全基因組遺傳背景的評(píng)價(jià)。
2、優(yōu)異親本的遺傳背景評(píng)價(jià)
以tm-1為參考基因組,利用samtools軟件在5個(gè)優(yōu)異親本中共檢測(cè)出1,395,011個(gè)單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphic,snp)位點(diǎn)。其中,816,096個(gè)在5個(gè)優(yōu)異親本中具有多態(tài)性,578,915個(gè)在5個(gè)優(yōu)異親本之間不具有多態(tài)性,占總檢測(cè)snp位點(diǎn)數(shù)的大約41%(圖6),說(shuō)明5個(gè)優(yōu)異親本具有相似的遺傳背景。
實(shí)施例3
基于hrm技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用于優(yōu)異親本遺傳背景選擇的snp標(biāo)記
高分辨率熔解曲線(highresolutionmelting,hrm)技術(shù)是近幾年興起的檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性的工具。它通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)升溫過(guò)程中雙鏈dna熒光染料與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerasechainreaction,pcr)產(chǎn)物結(jié)合的情況,來(lái)判斷是否存在snp。熒光染料不與單鏈dna起反應(yīng),但是可與雙鏈dna結(jié)合發(fā)生熒光。在pcr過(guò)程中,隨著雙鏈dna濃度的升高,熒光不斷增強(qiáng),而在高分辨率熔解過(guò)程中隨著溫度升高,dna從雙鏈解旋為單鏈,熒光染料不斷被釋放從而熒光強(qiáng)度減弱。由于熔解過(guò)程中不同堿基穩(wěn)定性不同,故解鏈的速度不同,所以根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化可有效的區(qū)分不同的snp位點(diǎn)。
1、dna提取
取鄂抗棉9號(hào)、中309、9053、中9018和1638等5個(gè)優(yōu)異親本以及tm-1的種子,采用sds法(匡猛等,2010)提取基因組dna,具體提取步驟如下所述:
(1)剝?nèi)ッ薹N種皮外殼,并盡量保證種仁的完整性。
(2)置于放入鋼珠的2ml離心管中,在組織研磨儀上粉碎。
(3)加入800μlsds提取液(組成成分:1%sds,0.01mol/ledta,0.705mol/lnacl,0.05mol/ltris,0.5%山梨醇,1%pvp,1%β-巰基乙醇),漩渦充分后,65℃水浴30min,間隔10min左右輕搖一次。
(4)加入等體積800μl酚:氯仿:異戊醇(25:24:1),混勻至不分層,12000r/min離心10min。
(5)取上清,加入1μlrnasea(10mg/ml),37℃水浴30min。
(6)重復(fù)抽提一次后離心取上清,加入0.7倍體積異丙醇,緩慢混勻至dna成團(tuán)析出,室溫靜置30min。
(7)70%乙醇洗滌dna沉淀2次,無(wú)水乙醇洗滌1次。
(8)倒置晾干,加入200μlddh2o充分溶解dna,備用。
2、hrm引物的設(shè)計(jì)
根據(jù)測(cè)序分析的結(jié)果,隨機(jī)挑選出20個(gè)測(cè)序深度較高,而且在基因上的snp位點(diǎn)(表1),利用primer3.0軟件設(shè)計(jì)引物(表2)。
表1挑選的20個(gè)snp位點(diǎn)的信息
表2設(shè)計(jì)的引物
3、多態(tài)性驗(yàn)證
hrm試驗(yàn)采用light
具體結(jié)果如圖7-圖11所示。
本發(fā)明根據(jù)經(jīng)驗(yàn)隨機(jī)選取了20個(gè)測(cè)序深度較高,且在這些基因上的snp位點(diǎn)設(shè)計(jì)了引物,進(jìn)一步以鄂抗棉9號(hào)、中309、9053、中9018和1638等5個(gè)優(yōu)異親本以及tm-1作為材料,通過(guò)hrm技術(shù)檢測(cè)這20個(gè)snp位點(diǎn)鑒定棉花優(yōu)異親本遺傳背景的效率,結(jié)果表明5個(gè)引物能夠準(zhǔn)確區(qū)分優(yōu)異親本和tm-1,而且優(yōu)異親本聚為一類,所以這5個(gè)引物可以用于輔助選擇優(yōu)異親本的遺傳背景。
實(shí)施例4
分別對(duì)待檢測(cè)鄂抗棉9號(hào)、中309、9053、中9018和1638的雜交后代各50個(gè)棉株的棉花籽,采用實(shí)施例3中的dna提取方法提取待測(cè)樣本的基因組。
分別采用gh_a06g0169_snp引物對(duì)、gh_a12g1857_snp引物對(duì)、gh_d03g1074_snp引物對(duì)、gh_d05g2790_snp引物對(duì)、gh_d11g0580_snp引物對(duì)與實(shí)施例3相同的方式進(jìn)行hrm檢測(cè),得到的結(jié)果如下:
鄂抗棉9號(hào)的雜交后代:20個(gè)與tm-1無(wú)明顯差別,30個(gè)為優(yōu)異親本;
中309的雜交后代:20個(gè)與tm-1無(wú)明顯差別,30個(gè)為優(yōu)異親本;
9053的雜交后代:19個(gè)與tm-1無(wú)明顯差別,31個(gè)為優(yōu)異親本;
中9018的雜交后代:25個(gè)與tm-1無(wú)明顯差別,25個(gè)為優(yōu)異親本;
1638的雜交后代:28個(gè)與tm-1無(wú)明顯差別,22個(gè)為優(yōu)異親本。
每個(gè)材料的雜交后代各隨機(jī)選擇5個(gè)非優(yōu)異親本和5個(gè)優(yōu)異親本進(jìn)行田間性狀觀察鑒定,結(jié)果與上述檢測(cè)的結(jié)果相符。
本發(fā)明提供的鑒定棉花優(yōu)異親本的引物對(duì),通過(guò)hrm檢測(cè),如果結(jié)果與優(yōu)異親本聚為一類,則待測(cè)樣品具有強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉優(yōu)異親本的遺傳背景,可以繼續(xù)培育,這種方法大幅度提高遺傳背景的選擇效率和準(zhǔn)確性,顯著縮短優(yōu)異親本的培育年限。
盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明,然而應(yīng)意識(shí)到,在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此,這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
<110>中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所
<120>用于輔助選擇棉花優(yōu)異親本遺傳背景的snp標(biāo)記及其檢測(cè)方法
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