[发明专利]一种基于核磁共振CPMG衰减曲线鉴别玉米单倍体籽粒的方法

说明书

本发明公开了一种基于核磁共振CPMG衰减曲线鉴别玉米单倍体籽粒的方法。本发明提供的方法包括如下步骤：(1)采集训练集各个玉米籽粒的核磁信号，获得每个籽粒质量归一化后的CPMG衰减曲线；(2)对0‑600ms区段进行数据处理，然后进行主成分分析，然后构建单倍体鉴别模型；(3)取待测玉米籽粒，采集核磁信号，获得质量归一化后的CPMG衰减曲线；(4)对0‑600ms区段进行数据处理，然后进行主成分分析，然后将结果代入单倍体鉴别模型，由模型输出结果。本发明提供的方法可以用于自动化鉴别，对于推动玉米单倍体育种技术工程化具有重要作用。本发明提供的鉴别玉米单倍体的方法，简单可行、快速高效，并具有广适性，具有重大的应用推广价值。

技术领域

本发明涉及玉米单倍体籽粒鉴别领域，特别是一种基于核磁共振CPMG衰减曲线鉴别玉米单倍体籽粒的方法。

背景技术

玉米原产于中南美洲，传入中国己经有400多年，由于其产量高，用途广，适应性强，栽培面积发展很快，现已成为我国第一大作物。同时，玉米是商业化程度最高的作物，商业化运营模式要求种子公司跟上品种更新潮流，更快培育出适应市场的玉米品种。DH育种技术可以减少选系时间，缩短育种年限，提高育种效率。

玉米单倍体技术是一套易于实现工程化的育种技术，该技术包含基础材料的准备、单倍体的生产、单倍体加倍以及双单倍体(Doubled Haploid,DH)系的管理与应用等四个环节。其中单倍体的生产包括单倍体诱导和鉴别两个关键步骤。利用诱导系作为父本与基础材料杂交，后代会产生一定频率的单倍体。目前单倍体诱导系的诱导率仅为2％-15％，杂交籽粒中不仅只是单倍体籽粒，还有更多的二倍杂合体籽粒，如何从大量诱导的籽粒中快速准确鉴别单倍体则变得尤为重要。

目前存在很多鉴别方法，根据鉴别时期，可分为籽粒发育阶段、籽粒阶段、籽粒后阶段。在籽粒发育阶段的鉴别主要依靠组培技术在授粉后根据显色情况或荧光有无。籽粒阶段常用方法是根据籽粒颜色表达情况。籽粒后阶段主要是将诱导得到籽粒种植形成植株后鉴别，常用方法是根据植株的形态，由于单倍体与杂合二倍体倍性不同，植株形态上存在差异：单倍体植株矮小、叶片狭长、多为不育。

尽管各种鉴别方法准确率不同，但在规模化的单倍体工程化育种中，效率及成本应是首先考虑的问题。籽粒发育阶段鉴别需依靠组培技术，组建工厂化的组培实验室，且具有一定时效性(只能在授粉后一定天数进行)。籽粒后阶段须将籽粒种植到育苗盆或田间，占用大量土地资源，而且后期移苗(育苗盆)、去杂(田间)也是一项繁琐的工作。但是在籽粒阶段较籽粒发育阶段鉴别时间灵活，较籽粒后阶段节约人力物力。因此，籽粒阶段是鉴别单倍体的好时候。

R1-nj颜色标记系统是目前应用最广泛的成熟籽粒阶段鉴别玉米单倍体的方法。该方法由Nanda and Chase于1966年提出，根据单倍体的形成特征，由于单倍体胚中只含有母本的染色体，使得其在胚部颜色的表达跟二倍体存在差异，这样在种子阶段就可以仅通过颜色的识别来达到单倍体鉴别的目的。R1-nj颜色标记系统的优点为：技术含量不高、简单快速。R1-nj颜色标记系统的缺点为：有些种质材料内存在C1-I等显性抑制基因，R1-nj在籽粒中的表达清晰度上存在很大差异；由于是人工挑选，长期工作会有视觉疲劳，且不同人员之间鉴别准确率存在差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于核磁共振CPMG衰减曲线鉴别玉米单倍体籽粒的方法。

本发明提供的第一种鉴别玉米单倍体的方法，包括如下步骤：

(1)采集训练集各个玉米籽粒的核磁信号，获得每个籽粒的CPMG衰减曲线，然后用每个时间点对应的振幅除以籽粒重量以归一化数据，获得每个籽粒质量归一化后的CPMG衰减曲线；训练集由若干玉米籽粒组成，其中一部分为真实单倍体，另一部分为真实二倍体；

(2)对步骤(1)获得的质量归一化后的CPMG衰减曲线的0-600ms区段进行数据处理，然后进行主成分分析，然后构建单倍体鉴别模型；