Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Изучение генетического полиморфизма российских сортов рапса и сурепицы с использованием SSR- и SRAP-маркеров

https://doi.org/10.18699/VJGB-22-42

Полный текст:

Аннотация

Рапс (Brassica napus L.) и сурепица (B. rapa L. subsp. campestris (L.)) – важные сельскохозяйственные культуры, широко используются для продовольственных, кормовых и технических целей, а также в качестве сидератов. За последние десятилетия создано большое количество перспективных сортов, культивируемых практически во всех регионах России. Для повышения эффективности селекционного процесса и успешного развития семеноводства необходимо внедрять современные молекулярно-генетические методы оценки видового и сортового разнообразия. Цель настоящей работы заключалась в изучении ДНК-полиморфизма сортов рапса и сурепицы селекции Федерального научного центра кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса и выявлении информативных маркеров для сортовой идентификации и генетической паспортизации. Для генотипирования 18 образцов геномной ДНК использовали 42 и 25 комбинаций SSR- и SRAP-праймеров соответственно. Результаты показали, что маркеры SRAP более эффективны для анализа полиморфизма изучаемого материала: 36 % от общего числа испытанных маркеров демонстрировали генетический полиморфизм, тогда как для микросателлитных локусов этот показатель равнялся 16.7 %. Определены молекулярные маркеры для выявления различий на межвидовом и межсортовом уровнях. Информативными для исследуемой выборки сортов оказались микросателлитные локусы Na12A02, Ni2C12, Ni02-D08a, Ra02-E01, Ni03H07а и комбинации SRAP-маркеров F13-R9, Me4-R7, F11-Em2, F10-R7, F9-Em2 и F9-R8. Анализ сортового материала по двум системам маркирования показал более высокий уровень ДНК-полиморфизма у образцов растений разного типа развития (яровой/озимый) в сравнении с различиями между сортами в пределах вида или группы. Согласно индексам генетического разнообразия Нея, в кластере сортов озимого рапса наибольшей генетической удаленностью выделялись ВИК 2 и Горизонт, среди яровых – Новосёл и Велес. Высокий уровень сходства обнаружен между яровыми сортами рапса Викрос и Бизон. Полученная информация имеет практическое значение для контроля сортовой принадлежности и генетической паспортизации семенного материала сортов рапса и сурепицы.

Об авторах

И. А. Клименко
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



В. Т. Воловик
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



А. А. Антонов
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



В. А. Душкин
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



А. О. Шамустакимова
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



Ю. М. Мавлютов
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса
Россия

г. Лобня, Московская область



Список литературы

1. Agarwal M., Shrivastava N., Padh H. Advances in molecular marker techniques and their applications in plant sciences. Plant Cell Rep. 2008;27(4):617-631. DOI 10.1007/s00299-008-0507-z.

2. Amosova A.V., Zemtsova L.V., Grushetskaya Z.E., Samatadze T.E., Mozgova G.V., Pilyuk Y.E., Volovik V.T., Melnikova N.V., Zelenin A.V., Lemesh V.A., Muravenko O.V. Intraspecific chromosomal and genetic polymorphism in Brassica napus L. detected by cytogenetic and molecular markers. J. Genet. 2014;93:133-143. DOI 10.1007/s12041-014-0351-6.

3. Ananga A.O., Cebert E., Ochieng J.W., Kumar S., Kambiranda D., Vasanthaiah H., Tsolova V., Senwo Z., Konan K., Anike F.N. Prospects for transgenic and molecular breeding for cold tolerance in canola (Brassica napus L.). In: Akpan U.G. (Ed.). Oilseeds. London: IntechOpen, 2012;108-129. DOI 10.5772/32721.

4. Aneja B., Yadav N.R., Chawla V., Yadav R.C. Sequence related amplified polymorphism (SRAP) molecular marker system and its applications in crop improvement. Mol. Breeding. 2012;30:1635-1648. DOI 10.1007/s11032-012-9747-2.

5. Chandra V., Pant U., Bhalan R., Singh A.K. Studies on genetic diversity among Alternaria blight tolerant Indian mustard genotypes using SSR markers. Bioscan. 2013;8(4):1431-1435.

6. Chen G., Geng J., Rahman M., Liu X., Tu J., Fu T., Li G., McVetty P.B.E., Tahir M. Identification of QTL for oil content, seed yield, and flowering time in oilseed rape (Brassica napus). Euphytica. 2010;175:161-174. DOI 10.1007/s10681-010-0144-9.

7. Chesnokov Yu.V. Genetic markers: comparative classification of molecular markers. Ovoshchi Rossii = Vegetable Crops of Russia. 2018;3: 11-15. DOI 10.18619/2072-9146-2018-3-11-15. (in Russian)

8. Chesnokov Y.V., Artemyeva A.M. Evaluation of the measure of polymorphism information of genetic diversity. Agric. Biol. 2015;50(5): 571-578. DOI 10.15389/agrobiology.2015.5.571eng.

9. Crossa J. Methodologies for estimating the sample-size required for genetic conservation of outbreeding crops. Theor. Appl. Genet. 1989;77:153-161.

10. Dellaporta S.L., Wood J., Hicks J.B. A plant DNA mini preparation: Version II. Plant Mol. Biol. Rep. 1983;1(4):19-21. DOI 10.1007/BF02712670.

11. Gao M., Li G., Yang B., Qiu D., Farnham M., Quiros C.F. High-density Brassica oleracea map: Identification of useful new linkages. Theor. Appl. Genet. 2007;115(2):277-287. DOI 10.1007/s00122-007-0568-3.

12. Geng J., Javed N., McVetty P.B.E., Li G., Tahir M. An integrated genetic map for Brassica napus derived from double haploid and recombinant inbred populations. Hered. Genet. 2012;1(1):103. DOI 10.4172/2161-1041.1000103.

13. Hasan M., Friedt W., Pons-Kühnemann J., Freitag N.M., Link K., Snowdon R.J. Association of gene-linked SSR markers to seed glucosinolate content in oilseed rape (Brassica napus ssp. napus). Theor. Appl. Genet. 2008;116(8):1035-1049. DOI 10.1007/s00122-008-0733-3.

14. Khlestkina E.K. Molecular methods of analysis of structural and functional organization of genes and genomes in higher plants. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2011;15(4):757-768. (in Russian)

15. Kirby K.S., Cook E.A. Isolation of deoxyribonucleic acid from mammalian tissues. Biochem. J. 1967;104(1):254-257. DOI 10.1042/bj1040254.

16. Klimenko I.A., Kostenko S.I., Mavlutov Yu.M., Shamustakimova A.O. The efficiency of SSR-and PawS markers for genetic polymorphism evaluation of red clover (Trifolium pratense L.) varieties. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2020a;181(3):100-109. DOI 10.30901/2227-8834-2020-3-100-109. (in Russian)

17. Klimenko I.A., Kozlov N.N., Kostenko S.I., Shamustakimova A.O., Mavlyutov Yu.M. Identification and Certification of Forage Grass Varieties (Red Clover, Sand Alfalfa, Common Alfalfa, and Black Medick Alfalfa) on the Base of DNA Markers: Methodological Recommendations. Moscow: Ugresha T Publ., 2020b. DOI 10.33814/978-5-6043194-9-9. (in Russian)

18. Klyachenko O.L., Prysiazhniuk L.M., Shofolova N.V., Piskova O.V. Polymorphism in spring and winter rapeseed varieties (Brassica napus L.) identified by SSR markers. Plant Var. Stud. Prot. 2018; 14(4):366-374. DOI 10.21498/2518-1017.14.4.2018.151898.

19. Kosolapov V.M., Shamsutdinov Z.Sh., Kostenko S.I., Pilipko S.V., Tyurin Yu.S., …, Ivanov I.S., Saprykina N.V., Truzina L.A., Chuikov V.A., Georgiadi N.I. Varieties of Forage Crops Bred at Williams Federal Scientific Center for Fodder Production and Agroecology. Moscow: Ugreshskaya Tipografiya Publ., 2019. (in Russian)

20. Lemesh V.A., Mozgova G.V., Grushetskaya Z.E., Sidorenko E.V., Pilyuk Ya.E., Bakanovskaya A.V. The use of specific DNA markers for the identification of alleles of the FAD3 genes in rape (Brassica napus L.). Russ. J. Genet. 2015;51(8):765-773. DOI 10.1134/S1022795415080049.

21. Li G., Quiros C.F. Sequence-related amplified polymorphism (SRAP) a new marker system based on a simple PCR reaction: its application to mapping and gene tagging in Brassica. Theor. Appl. Genet. 2001;103(2):455-461. DOI 10.1007/s001220100570.

22. Liu S., Feuerstein U., Luesink W., Schulze S., Asp T., Studer B., Becker H.C., Dehmer K.J. DArT, SNP, and SSR analyses of genetic diversity in Lolium perenne L. using bulk sampling. BMC Genetics. 2018;19(1):10. DOI 10.1186/s12863-017-0589-0.

23. Mozgova G.V., Khoruzhy N.E., Amosova A.V., Pilyuk Ya.E., Belyavskiy V.M., Khramchenko S.Yu., Muravenko O.V., Lemesh V.A. Genetic polymorphism of Brassica napus related to cold tolerance. Molekulyarnaya i Prikladnaya Genetika = Molecular and Applied Genetics. 2019;26:34-44. (in Russian)

24. Nei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979;76(10):5269-5273. DOI 10.1073/pnas.76.10.5269.

25. Osipova G.M. Rapeseed in Siberia: Morphological, Genetic, and Breeding Aspects. Novosibirsk: Siberian Branch of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 1998. (in Russian)

26. Piquemal J., Cinquin E., Couton F., Rondeau C., Seignoret E., Doucet I., Perret D., Villeger M.-J., Vincourt P., Blanchard P. Construction of an oilseed rape (Brassica napus L.) genetic map with SSR markers. Theor. Appl. Genet. 2005;111(8):1514-1523. DOI 10.1007/s00122-005-0080-6.

27. Plieske J., Struss D. Microsatellite markers for genome analysis in Brassica. I. Development in Brassica napus and abundance in Brassicacea species. Theor. Appl. Genet. 2001;102(5):689-694. DOI 10.1007/s001220051698.

28. Rhouma H.B., Taski-Ajdukovic K., Zitouna N., Sdouga D., Milic D., Trifi-Farah N. Assessment of the genetic variation in alfalfa genotypes using SRAP markers for breeding purposes. Chil. J. Agric. Res. 2017;77(4):332-339. DOI 10.4067/S0718-58392017000400332.

29. Rogozhina T.G., Aniskina Yu.V., Karpachev V.V., Shilov I.A. An application of microsatellite analysis for detection of biotypes from spring rapeseed cultivars (Brassica napus L.). Maslichnye Kultury. Nauchno­Tekhnicheskiy Byulleten Vserossiyskogo Nauchno­Issledovatelskogo Instituta Maslichnykh Kultur = Oil Crops. Scientific and Technical Bulletin of the All­Russian Research Institute of Oil Crops. 2015;2(162):27-33. (in Russian).

30. Rohlf F.J. NTSYS-pc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System. Version 2.10 manual. Applied Biostatistics. Inc. New York: Exeter Software, 2000.

31. Satina T.G. A protocol for genotyping based on microsatellite analysis in rapeseed (Brassica napus L.) breeding: Cand. Sci. (Biol.) Dissertation. Moscow, 2010. (in Russian)

32. Semerikov V.L., Belyaev A.Y., Lascoux M. The origin of Russian cultivars of red clover (Trifolium pratense L.) and their genetic relationships to wild populations in the Urals. Theor. Appl. Genet. 2002; 106:127-132.

33. Sharma M., Dolkar D., Salgotra R., Sharma D., Singh P.A., Gupta S.K. Molecular marker assisted confirmation of hybridity in Indian mustard (Brassica juncea L.). Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 2018; 7(9):894-900. DOI 10.20546/ijcmas.2018.709.107.

34. Snowdon R.J., Friedt W. Molecular markers in Brassica oilseed breeding: current status and future possibilities. Plant Breeding. 2004; 123(1):1-8. DOI 10.1111/j.1439-0523.2003.00968.x.

35. Shpaar D. Rapeseed and Wild Cabbage: Cultivation, Harvesting, Storage, and Utilization. Kiev: Zerno Publ., 2012. (in Russian)

36. State Register of Selection Achievements Admitted for Use for Production Purposes. Vol. 1. Plant Varieties (official publication). Moscow: Rosinformagrotekh Publ., 2021. (in Russian)

37. Tian H.Yu., Channa S.A., Hu Sh. Relationships between genetic distance, combining ability and heterosis in rapeseed (Brassica napus L.). Euphytica. 2017;213(1):1-11. DOI 10.1007/s10681-016-1788-x.

38. Volovik V.T. Brassicas: the Economic Importance. In: The Basic Species and Varieties of Fodder Crops: Results of the Research Activity of the Central Breeding Center. Moscow: Nauka Publ., 2015;249- 253. (in Russian)

39. Yeh F.C., Yang R., Boyle T.J., Ye Z., Xiyan J.M. PopGene 32, Microsoft window-based freeware for population genetic analysis, version 1.32. Molecular Biology and Biotechnology Centre, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada, 2000.


Рецензия

Просмотров: 148


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)