vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ15.039vavilov-412Research ArticleБИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВPlant genetics and breedingРазработка новых SSR -маркеров к локусам гомеологичных генов WFZP на основе изучения строения и локализации микросателлитов в богатых генами районах хромосом 2AS , 2BS, 2DS мягкой пшеницыDevelopment of new SSR markers for homoeologous WFZP loci based on the study of structure and location of microsatellites in gene-rich regions of chromosomes 2AS , 2BS, 2DSДобровольскаяО. Б.DobrovolskayaO. B.oxanad@bionet.nsc.ruПонтК.PontC.ОрловЮ. Л.OrlovYu. L.СальсЖ.SalseJ.Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk State University, Novosibirsk, RussiaRussian FederationНациональный институт сельскохозяйственных исследований (INRA) – Университет Блеза Паскаля, объединенный исследовательский отдел- 1095, Клермон-Ферран, ФранцияРоссияInstitut National de la Recherche Agronomique-Université Blaise Pascal Unité Mixte de Recherche-1095, 63100 Clermont-Ferrand cedex 2, FranceRussian Federation201529112015193303309Copyright © Добровольская О.Б., Понт К., Орлов Ю.Л., Сальс Ж., 20152015Добровольская О.Б., Понт К., Орлов Ю.Л., Сальс Ж.Dobrovolskaya O.B., Pont C., Orlov Y.L., Salse J.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/412

Микросателлиты, или короткие тандемные (простые) повторы, широко распространены в геномах эукариот, включая геномы растений. Особенности строения и локализации микросателлитных локусов определяют их потенциал в качестве молекулярно-генетических маркеров и могут оказывать влияние на предполагаемые функции микросателлитов в важных биологических процессах. Идентификация и изучение распределения микросателлитных локусов в богатых генами районах генома мягкой пшеницы и разработка на их основе новых микросателлитных маркеров представляют практический интерес и важны для исследования организации генома мягкой пшеницы. Последовательности BAC -клонов, содержащие гомеологичные гены WFZP мягкой пшеницы Triticum aestivum L., контролирующие развитие колоса, послужили основой для идентификации и локализации микросателлитных локусов в богатых генами районах хромосом 2AS, 2BS и 2DS. В изученных последовательностях наиболее распространены ди- и тринуклеотидные микросателлитные повторы. Среди динуклеотидных мотивов преобладают AG, GA/TC; динуклеотидные повторы встречаются в некодирующих областях генов, мобильных элементах и неаннотированных последовательностях ДНК. Большая часть тринуклеотидных повторов ассоциирована с мобильными генетическими элементами. Обнаружено, что гомеологичные микросателлитные локусы располагаются либо в генах, либо в неаннотированных последовательностях ДНК. Сравнение структуры гомеологичных локусов показало, что дивергенция в них связана как с изменением числа повторов, так и с нуклеотидными заменами. Разработаны новые микросателлитные маркеры, которые на генетических картах колокализованы с генами WFZP‑A‑B‑D и могут использоваться для маркирования этих генов в молекулярно-генетических исследованиях и в контролируемой маркерами селекции.

Microsatellites, or simple sequence repeats (SSRs), are ubiquitous in genomes of eukaryotes, including plant genomes. The structure and location of SSR loci determine their potential as molecular genetic markers and may have impact on the potential function of microsatellites in important biological processes. Identification and study of the distribution of SSR loci in gene-rich regions of the bread wheat genome and development of novel SSR markers based on these data are of practical interest, being important for the study of bread wheat genome organization. Bread wheat BACclone sequences containing homoeologous WFZP genes that control spikelet development served as the base for the identification and localization of SSR loci in generich regions of chromosomes 2AS, 2BS, and 2DS. It was found that di- and trinucleotide motifs were predominant. The most common dinucleotide motifs were AG and GA/TC. They were distributed in noncoding regions of genes, transposable elements (TEs) and unannotated sequences. Most identified trinucleotide motifs were associated with transposable elements. Homoeologous SSR loci were found in either genes or unannotated sequences. Comparison of these loci showed that the divergence in their structure was caused both by changes in repeat number and nucleotide substitutions. New SSR markers were developed and mapped. On the genetic maps of chromosomes 2A, 2B и 2D, they collocated with the WFZP-A-B-D genes. Thus, they can be used for gene tagging in molecular research and in marker-assisted selection.

микросателлитные локусыSSR-маркерыBAC -клонмягкая пшеницаWFZPmicrosatellite lociSSR markersBAC-clonesbread wheatWFZPReferencesДобровольская О.Б., Сурдий П., Бернард М., Салина Е.А. Синтения хромосом генома А двух эволюционных линий пшеницы. Генетика. 2009;45:1548-1555.Choulet F., Alberti A., Theil S., Glover N., Barbe V., Daron J. Pingault L., Sourdille P., Couloux A., Paux E., Leroy P., Mangenot S., Guilhot N., Le Gouis J., Balfourier F., Alaux M., Jamilloux V., Poulain J., Durand C., Bellec A., Gaspin C., Safar J., Dolezel J., Rogers J., Vandepoele K., Aury J.M., Mayer K., Berges H., Quesneville H., Wincker P., Feuillet C. Structural and functional partitioning of bread wheat chromosome 3B. Science. 2014;345:1249721–1-7. DOI: 10.1126/science.1249721Леонова И.Н., Родер М.С., Калинина Н.П., Будашкина Е.Б. Генетический анализ и локализация локусов, контролирующих устойчивость интрогрессивных линий Triticum aestivum × Triticum timopheevii к листовой ржавчине. Генетика. 2008;44:1652-1659.Choulet F., Wicker T., Rustenholz C., Paux E., Salse J., Leroy P.,Pingault L., Sourdille P., Couloux A., Paux E., Leroy P., Mangenot S., Guilhot N., Le Gouis J., Balfourier F., Alaux M., Jamilloux V., Poulain J., Durand C., Bellec A., Gaspin C., Safar J., Dolezel J., Rogers J., Vandepoele K., Aury J.M., Mayer K., Berges H., Quesneville H., Wincker P., Feuillet C. Megabase level sequencing reveals contrasted organization and evolution patterns of the wheat gene and transposable element spaces. Plant Cell. 2010;22:1686-701. DOI: 10.1105/tpc.110.074187Choulet F., Alberti A., Theil S., Glover N., Barbe V., Daron J. Pingault L., Sourdille P., Couloux A., Paux E., Leroy P., Mangenot S., Guilhot N., Le Gouis J., Balfourier F., Alaux M., Jamilloux V., Poulain J., Durand C., Bellec A., Gaspin C., Safar J., Dolezel J., Rogers J., Vandepoele K., Aury J.M., Mayer K., Berges H., Quesneville H., Wincker P., Feuillet C. Structural and functional partitioning of bread wheat chromosome 3B. Science. 2014;345:1249721–1-7. DOI: 10.1126/science.1249721Dobrovolskaya O., Boeuf C., Salse J., Pont C., Sourdille P. Bernard M., Salina E. Microsatellite mapping of Ae. speltoides and map-based comparative analysis of the S, G, and B genomes of Triticeae species. Theor. Appl. Genet. 2011;123:1145-1157. DOI: 10.1007/s00122-011- 1655-zChoulet F., Wicker T., Rustenholz C., Paux E., Salse J., Leroy P.,Pingault L., Sourdille P., Couloux A., Paux E., Leroy P., Mangenot S., Guilhot N., Le Gouis J., Balfourier F., Alaux M., Jamilloux V., Poulain J., Durand C., Bellec A., Gaspin C., Safar J., Dolezel J., Rogers J., Vandepoele K., Aury J.M., Mayer K., Berges H., Quesneville H., Wincker P., Feuillet C. Megabase level sequencing reveals contrasted organization and evolution patterns of the wheat gene and transposable element spaces. Plant Cell. 2010;22:1686-701. DOI: 10.1105/tpc.110.074187Dobrovolskaya O., Martinek P., Voylokov A.V., Korzun V., Röder M.S., Börner A. Microsatellite mapping of genes that determine supernumerary spikelets in wheat (T. aestivum) and rye (S. cereale). Theor. Appl. Genet. 2009;119:867-874. DOI: 10.1007/s00122-009-1095-1Dobrovolskaya O., Boeuf C., Salse J., Pont C., Sourdille P. Bernard M., Salina E. Microsatellite mapping of Ae. speltoides and map-based comparative analysis of the S, G, and B genomes of Triticeae species. Theor. Appl. Genet. 2011;123:1145-1157. DOI: 10.1007/s00122-011- 1655-zDobrovolskaya O., Pont C., Sibout R., Martinek P., Badaeva E. Chosson A., Watanabe N., Prat E., Gautier N., Gautier V., Poncet C., Orlov Y.L., Krasnikov A.A., Bergès H., Salina E., Laikova L., Salse J. FRIZZY PANICLE drives supernumerary spikelets in bread wheat (T. aestivum L.). Plant Physiol. 2015;167:189-199. DOI: 10.1104/pp.114.250043Dobrovolskaya O., Martinek P., Voylokov A.V., Korzun V., Röder M.S., Börner A. Microsatellite mapping of genes that determine supernumerary spikelets in wheat (T. aestivum) and rye (S. cereale). Theor. Appl. Genet. 2009;119:867-874. DOI: 10.1007/s00122-009-1095-1Dobrovolskaya O.B., Sourdille P., Bernard M., Salina E.A. Chromosome synteny of the A genome of two evolutionary wheat lines. Genetika (Moscow) – Genetics (Moscow). 2009;45:1548-1555.Dobrovolskaya O., Pont C., Sibout R., Martinek P., Badaeva E. Chosson A., Watanabe N., Prat E., Gautier N., Gautier V., Poncet C., Orlov Y.L., Krasnikov A.A., Bergès H., Salina E., Laikova L., Salse J. FRIZZY PANICLE drives supernumerary spikelets in bread wheat (T. aestivum L.). Plant Physiol. 2015;167:189-199. DOI: 10.1104/pp.114.250043Erayman M., Sandhu D., Sidhu D., Dilbirligi M., Baenziger P.S., Gill K.S. Demarcating gene-rich regions of the wheat genome. Nucl. Acids Res. 2004;32:3546-3565. DOI: 10.1093/nar/gkh639Erayman M., Sandhu D., Sidhu D., Dilbirligi M., Baenziger P.S., Gill K.S. Demarcating gene-rich regions of the wheat genome. Nucl. Acids Res. 2004;32:3546-3565. DOI: 10.1093/nar/gkh639Ganal M.W., Röder M.S. Microsatellite and SNP markers in wheat breeding. Eds R.K. Varshney, R. Tuberosa. Genomics Assisted Crop Improvement, V. 2. Genomics Applications in Crops. Springer, Dordrecht, the Netherlands. 2007.Ganal M.W., Röder M.S. Microsatellite and SNP markers in wheat breeding. Eds R.K. Varshney, R. Tuberosa. Genomics Assisted Crop Improvement, V. 2. Genomics Applications in Crops. Springer, Dordrecht, the Netherlands. 2007.Grover A., Aishwarya V., Sharma P.C. Biased distribution of microsatellite motifs in the rice genome. Mol. Gen. Genom. 2007;277:469-480. DOI 10.1007/s00438-006-0204-yGrover A., Aishwarya V., Sharma P.C. Biased distribution of microsatellite motifs in the rice genome. Mol. Gen. Genom. 2007;277:469-480. DOI 10.1007/s00438-006-0204-yIWGSC (International Wheat Genome Sequencing Consortium). A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome. Science. 2014;345:1251788-1-11. DOI: 10.1126/science.1251788IWGSC (International Wheat Genome Sequencing Consortium). A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome. Science. 2014;345:1251788-1-11. DOI: 10.1126/science.1251788Kosambi D.D. The estimation of map distances from recombination values. Ann. Eugen. 1943;12:172-175.Kosambi D.D. The estimation of map distances from recombination values. Ann. Eugen. 1943;12:172-175.Lagercrantz U., Ellegren H., Andersson L. The abundance of various polymorphic microsatellite motifs differs between plants and vertebrates. Nucl. Acids Res. 1993;21:1111-1115.Lagercrantz U., Ellegren H., Andersson L. The abundance of various polymorphic microsatellite motifs differs between plants and vertebrates. Nucl. Acids Res. 1993;21:1111-1115.Lander E.S., Green P., Abrahamson J., Barlow A., Daly M.J., Lincoln S.E., Newburg L. MAPMAKER: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations. Genomics. 1987;1:174-181.Lander E.S., Green P., Abrahamson J., Barlow A., Daly M.J., Lincoln S.E., Newburg L. MAPMAKER: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations. Genomics. 1987;1:174-181.Leonova I.N., Kalinina N.P., Budashkina E.B., Röder M.S. Genetic analysis and localization of loci controlling leaf rust resistance of Triticum aestivum × Triticum timopheevii introgression lines. Russian J. Genet. 2008;44:1431-1437.Leonova I.N., Kalinina N.P., Budashkina E.B., Röder M.S. Genetic analysis and localization of loci controlling leaf rust resistance of Triticum aestivum × Triticum timopheevii introgression lines. Genetika (Moscow). 2008441431-1437.Li Y.-C., Korol A.B., Beiles A., Nevo E. Microsatellites: genomic distribution, putative functions and mutational mechanisms: a review. Mol. Ecol. 2002;11:2453-2465. DOI: 10.1046/j.1365-294X. 2002.01643.xLi Y.-C., Korol A.B., Beiles A., Nevo E. Microsatellites: genomic distribution, putative functions and mutational mechanisms: a review. Mol. Ecol. 2002;11:2453-2465. DOI: 10.1046/j.1365-294X.2002.01643.xMaia L.C.D., Palmieri D., Souza V.Q.D., Kopp M.M., CarvalhoF.I.F.D., Costade Oliveira A. SSR Locator: tool for simple sequence repeat discovery integrated with primer design and PCR simulation. Int. J. Plant Genomics. 2008;412696. DOI: 10.1155/2008/412696Maia L.D., Palmieri D.A., Souza Q.D., Kopp M.M., Carvalho F.F., Costade Oliveira A. SSR Locator: tool for simple sequence repeat discovery integrated with primer design and PCR simulation. Int. J. Plant Genomics. 2008;412696. DOI: 10.1155/2008/412696Morgante M., Hanafey M., Powell W. Microsatellites are preferentially associated with nonrepetitive DNA in plant genomes. Nat. Genet. 2002;30:194-200. DOI: 10.1038/ng822Morgante M., Hanafey M., Powell W. Microsatellites are preferentially associated with nonrepetitive DNA in plant genomes. Nat. Genet. 2002;30:194-200. DOI: 10.1038/ng822Nicot N., Chiquet V., Gandon B., Amilhat L., Legeai F., Leroy F., Bernard M., Sourdille P. Study of simple sequence repeat (SSR) markers from wheat expressed sequence tags (ESTs). Theor. Appl. Genet. 2004;109:800-805. DOI 10.1007/s00122-004-1685-xNicot N., Chiquet V., Gandon B., Amilhat L., Legeai F., Leroy F., Bernard M., Sourdille P. Study of simple sequence repeat (SSR) markers from wheat expressed sequence tags (ESTs). Theor. Appl. Genet. 2004;109:800-805. DOI 10.1007/s00122-004-1685-xPaux E., Sourdille P., Salse J., Saintenac C., Choulet F., Leroy P. Korol A., Michalak M., Kianian S., Spielmeyer W., Lagudah E., Somers D., Kilian A., Alaux M., Vautrin S., Bergиs H., Eversole K., Appels R., Safar J., Simkova H., Dolezel J., Bernard M., Feuillet C. A physical map of the 1-gigabase bread wheat chromosome 3B. Science. 2008;322:101-104. DOI: 10.1126/science.1161847Paux E., Sourdille P., Salse J., Saintenac C., Choulet F., Leroy P. Korol A., Michalak M., Kianian S., Spielmeyer W., Lagudah E., Somers D., Kilian A., Alaux M., Vautrin S., Bergиs H., Eversole K., Appels R., Safar J., Simkova H., Dolezel J., Bernard M., Feuillet C. A physical map of the 1-gigabase bread wheat chromosome 3B. Science. 2008;322:101-104. DOI: 10.1126/science.1161847Ramsay L., Macaulay M., Cradle L., Morgante M., Ivanissevich S.D., Maestri E., Powell W., Waugh R. Intimate association of microsatellite repeats with retrotransposons and other dispersed repetitive elements in barley. Plant J. 1999;17:415-425. DOI: 10.1046/j.1365-313X.1999.00392.xRamsay L., Macaulay M., Cradle L., Morgante M., Ivanissevich S.D., Maestri E., Powell W., Waugh R. Intimate association of microsatellite repeats with retrotransposons and other dispersed repetitive elements in barley. Plant J. 1999;17:415-425. DOI: 10.1046/j.1365- 313X.1999.00392.xRöder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M.H., Leroy P., Ganal M.W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998;149:2007-2023.Röder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M.H., Leroy P., Ganal M.W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998;149:2007-2023.Salina E.A., Leonova I.N., Efremova T.T., Röder M.S. Wheat genome structure: translocations during the course of polyploidization. Funct. Integr. Genomics. 2006;6:71-80. DOI 10.1007/s10142-005-0001-4Salina E.A., Leonova I.N., Efremova T.T., Röder M.S. Wheat genome structure: translocations during the course of polyploidization. Funct. Integr. Genomics. 2006;6:71-80. DOI 10.1007/s10142-005-0001-4Sia E.A., Jinks-Robertson S., Petes T. Genetic control of microsatellite stability. Mutat. Res. 1997;383:61-70.Sia E.A., Jinks-Robertson S., Petes T. Genetic control of microsatellite stability. Mutat. Res. 1997;383:61-70.Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes. Nucl. Acids Res. 1984;12:4127-4138.Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes. Nucl. Acids Res. 1984;12:4127-4138.Temnykh S., DeClerck G., Lukashova A., Lipovich L., Cartinhour S., McCouch S. Computational and experimental analysis of microsatellites in rice (Oryza sativa L.): frequency, length variation, transposon association, and genetic marker potential. Genome Res. 2001;11:1441-1452. DOI: 10.1101/gr.184001Temnykh S., DeClerck G., Lukashova A., Lipovich L., Cartinhour S., McCouch S. Computational and experimental analysis of microsatellites in rice (Oryza sativa L.): frequency, length variation, transposon association, and genetic marker potential. Genome Res. 2001;11:1441-1452. DOI: 10.1101/gr.184001Thuillet A.C., Bru D., David J., Roumet P., Santoni S., Sourdille P., Bataillon T. Direct estimation of mutation rate for 10 microsatellite loci in durum wheat, Triticum turgidum (L.) Thell. ssp durum Desf. Mol. Biol. Evol. 2002;19:122-125.Thuillet A.C., Bru D., David J., Roumet P., Santoni S., Sourdille P., Bataillon T. Direct estimation of mutation rate for 10 microsatellite loci in durum wheat, Triticum turgidum (L.) Thell. ssp durum Desf. Mol. Biol. Evol. 2002;19:122-125.Wang Y., Yang C., Jin Q., Zhou D., Wang S., Yu Y., Yang L. Genomewide distribution comparative and composition analysis of the SSRs in Poaceae. BMC Genet. 2015. DOI: 10.1186/s12863-015-0178-zWang Y., Yang C., Jin Q., Zhou D., Wang S., Yu Y., Yang L. Genomewide distribution comparative and composition analysis of the SSRs in Poaceae. BMC Genet. 2015. DOI: 10.1186/s12863-015-0178-zWebster M.T., Smith N.G.C., Ellegren H. Microsatellite evolution inferred from human-chimpanzee genomic sequence alignments. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2002;99:8748-8753. DOI: 10.1073/pnas.122067599Webster M.T., Smith N.G.C., Ellegren H. Microsatellite evolution inferred from human-chimpanzee genomic sequence alignments. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2002;99:8748-8753. DOI: 10.1073/pnas.122067599Wierdl M., Dominska M., Petes T.D. Microsatellite instability in yeast: dependence on the length of the microsatellite. Genetics. 1997;140:769-779.Wierdl M., Dominska M., Petes T.D. Microsatellite instability in yeast: dependence on the length of the microsatellite. Genetics. 1997; 140:769-779.Wierdl M., Dominska M., Petes T.D. Microsatellite instability in yeast: dependence on the length of the microsatellite. Genetics. 1997; 140:769-779.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.