Разработка новых SSR -маркеров к локусам гомеологичных генов WFZP на основе изучения строения и локализации микросателлитов в богатых генами районах хромосом 2AS , 2BS, 2DS мягкой пшеницы

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.

1. Добровольская О.Б., Сурдий П., Бернард М., Салина Е.А. Синтения хромосом генома А двух эволюционных линий пшеницы. Генетика. 2009;45:1548-1555.

2. Леонова 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.

3. 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.1249721

4. 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.110.074187

5. Dobrovolskaya 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-z

6. Dobrovolskaya 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/s00122-009-1095-1

7. 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.114.250043

8. Erayman 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/gkh639

9. 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.

10. 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-y

11. IWGSC (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.1251788

12. Kosambi D.D. The estimation of map distances from recombination values. Ann. Eugen. 1943;12:172-175.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.x

17. Maia 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: 10.1155/2008/412696

18. Morgante M., Hanafey M., Powell W. Microsatellites are preferentially associated with nonrepetitive DNA in plant genomes. Nat. Genet. 2002;30:194-200. DOI: 10.1038/ng822

19. Nicot 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-x

20. Paux 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.1161847

21. Ramsay 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.x

22. 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.

23. 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/s10142-005-0001-4

24. Sia E.A., Jinks-Robertson S., Petes T. Genetic control of microsatellite stability. Mutat. Res. 1997;383:61-70.

25. Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryotic genomes. Nucl. Acids Res. 1984;12:4127-4138.

26. 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.184001

27. 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.

28. 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-z

29. Webster 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.122067599

30. Wierdl M., Dominska M., Petes T.D. Microsatellite instability in yeast: dependence on the length of the microsatellite. Genetics. 1997; 140:769-779.