Генотипирование сортов мягкой пшеницы разных регионов России

Для характеристики геномов 20 сортов мягкой пшеницы, созданных в различных регионах России, были использованы молекулярно-генетический и молекулярно-цитологический подходы. Молекулярно-генетический анализ проводился с применением 29 SSR-маркеров, охватывающих весь геном, и 41 ISBP-маркера, локализованного на хромосоме 5В. Анализ генетического сходства, проведенный на основании результатов молекулярного генотипирования, показал, что озимые пшеницы образуют общий кластер независимо от происхождения и зоны возделывания. Это, в первую очередь, объясняется тем, что при создании озимых сортов для Западно-Cибирского региона привлекались формы, происходящие из европейской части России. Сравнительный анализ индивидуальных дендрограмм, построенных на основании данных по одному–двум маркерам на каждую хромосому и с привлечением большего числа маркеров по хромосоме 5В, позволяет, помимо оценки генетического разнообразия, идентифицировать сорта, имеющие перестройки по изучаемой хромосоме. Показана кластеризация озимой
пшеницы Васса с яровым сортом Челяба 75, что может быть косвенным подтверждением использования озимых форм в селекции для повышения потенциала продуктивности яровой пшеницы. В результате молекулярно-цитологического анализа методами C-бэндинга и FISH у 8 из 20 изученных сортов были выявлены различные хромосомные перестройки, в том числе интрогрессии, происходящие от S. cereale, Ae. speltoides и Th. intermedium. Таким образом, сочетание двух подходов позволило более полно охарактеризовать геномные особенности сортового материала мягкой пшеницы различного происхождения.

1. Зыкин В.А. Гибридизация – основа рекомбинационной селекции растений: метод. рекомендации. Уфа: Изд-во БНИИСХ, 2001.

2. Каталог районированных сортов сельскохозяйственных культур в Российской Федерации. Т. 1. М.: Всероссийская государственная комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при Госагропроме РСФСР, 1992.

3. Одинцова И.Г., Агафонова Н.А., Богуславский Р.Л. Интрогрессивные линии мягкой пшеницы с устойчивостью к бурой ржавчине, переданной от Aegilops speltoides. Тр. по прикл. ботан., генет. и селекции. Л.: ВИР, 1991;142:106-110.

4. Рутц Р.И. История развития селекционной работы и сорта сельско-хозяйственных культур Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства. Новосибирск: Юпитер, 2004.

5. Синиговец М.Е. Перенесение устойчивости к ржавчине от пырея в пшеницу путем добавления и замещения хромосом. Генетика. 1976;12(9):13-20.

6. Шаманин В.П. Общая селекция и сортоведение полевых культур: учебное пособие. Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2006.

7. Badaeva E.D., Badaev N.S., Gill B.S., Filatenko A. Intraspecific karyotype divergence in Triticum araraticum (Poaceae). Plant Syst. Evol. 1994;192:117-145. DOI 10.1007/BF00985912

8. Badaeva E.D., Dedkova O.S., Gay G., Pukhalskyi V.A., Zelenin A.V., Bernard S., Bernard M. Chromosomal rearrangements in wheat: their types and distribution. Genome. 2007;50:907-926. DOI 10.1139/G07-072

9. Badaeva E.D., Zoshchuk S.A., Paux E., Gay G., Zoshchuk N.V., Röger D., Zelenin A.V., Bernard M., Feuillet C. Fat element – a new marker for chromosome and genome analysis in the Triticeae. Chromosome Res. 2010;18:697-709. DOI 10.1007/s10577-010-9151-x

10. Bedbrook J.R., Jones J., O’Dell M., Thompson R.D., Flavell R.B. A molecular description of telomeric heterochromatin in Secale species. Cell. 1980;19:545-560. DOI 10.1016/0092-8674(80)90529-2

11. Bonman J.M., Babiker E.M., Cuesta-Marcos A., Esvelt-Klos K., Brown-Guedira G., Chao S., See D., Chen J., Akhunov E., Zhang J., Bockelman H.E., Gordon T.S. Genetic diversity among wheat accessions from the USDA National Smal Grains Collection. Crop Sci. 2015;55(3):1243-1253. DOI 10.2135/cropsci2014.09.0621

12. Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan E.R., Bespalova L.A., Puzirnaya O.Y. Use of the synthetic form Triticum miguschovae for common wheat improvement. Proc. of the 3rd Intern. Conf. «Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics and Biotechnology». PlantGen 2015. Novosibirsk, 17-21 June. 2015.

13. Devos K.M., Bryan G.J., Collins A.J., Gale M.D. Application of two microsatellite sequences in wheat storage proteins as molecular markers. Theor. Appl. Genet. 1995;90:247-252.

14. Felsenstein J. PHYLIP – Phylogeny Inference Package (Version 3.66). 2006. Available from: http://evolution.genetics.washington.edu/phylip.html.

15. Friebe B., Gill B.S. Chromosome banding and genome analysis in diploid and cultivated polyploid wheats. Methods in Genome analysis in Plants. Boca Raton: CRC Press, 1996:39–60.

16. Friebe B., Yiang J., Raupp W.J., McIntosh A., Gill B.S. Characterization of wheat-alien translocations conferring resistance to diseases and pests: current status. Euphytica. 1996;91:59-87. DOI 10.1007/BF00035277

17. Gill B.S., Friebe B., Endo T.R. Standard karyotype and nomenclature system for description of chromosome bands and structural aberrations in wheat (Triticum aestivum). Genome. 1991;34,:830-839. DOI 10.1139/g91-128

18. Huang X.Q., Börner A., Röder M.S., Ganal M.W. Assessing genetic diversity of wheat (Triticum aestivum L.) germplasm using microsatellite markers. Theor. Appl. Genet. 2002;105:699-707. DOI 10.1007/s00122-002-0959-4

19. Khlestkina E.K., Röder M.S., Efremova T.T., Börner A., Shumny V.K. The genetic diversity of old and modern Siberian varieties of common spring wheat as determined by microsatellite markers. Plant Breed. 2004;123:122-127. DOI 10.1046/j.1439-0523.2003.00934.x

20. Komuro S., Endo R., Shikata K., Kato A. Genomic and chromosomal distribution patterns of various repeated DNA sequences in wheat revealed by a fluorescence in situ hybridization procedure. Genome. 2013;56:131-137. DOI 10.1139/gen-2013-0003

21. Lukaszewski A.J. Frequency of 1RS.1AL and 1RS.1BL translocations in United States wheats. Crop Sci. 1990;30:1151-1153. DOI 10.2135/cropsci1990.0011183X003000050041x

22. Nei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1979; 76:5269-5273.

23. Paux E., Faure S., Choulet F., Röger D., Gauthier V., Martinant J.P., Sourdille P., Balfourier F., Le Paslier M-C., Chauveau A., Cakir M., Gandon B., Feuillet C. Insertion site-based polymorphism markers open new perspectives for genome saturation and markerassisted selection in wheat. Plant Biotechnol. 2010;8:196-210. DOI 10.1111/j.1467-7652.2009.00477.x

24. Paux E., Röger D., Badaeva E., Gay G., Bernard M., Sourdille P., Feuillet C. Characterizing the composition and evolution of homoeologous genomes in hexaploid wheat through BAC-end sequencing on chromosome 3B. Plant J. 2006;48:463-474. DOI 10.1111/j.1365- 313X.2006.02891.x

25. Paux E., Sourdille P., Mackay I., Feuillet C. Sequence-based marker development in wheat: Advances and applications to breeding. Biotechnol. Adv. 2012;30:1071-1088. DOI 10.1016/j.biotechadv. 2011.09.015

26. Plaschke J., Ganal M.W., Röder M.S. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theor. Appl. Genet. 1995;91:1001-1007. DOI 10.1007/BF00223912

27. Rayburn A.L., Gill B.S. Isolation of a D-genome specific repeated DNA sequence from Aegilops squarrosa. Plant. Mol. Biol. Rep. 1986;4:102-109. DOI 10.1007/BF02732107

28. 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.

29. Salem Kh.F.M., Mattar M.Z. Genetic diversity in old and modern Egyptian bread wheat (Triticum aestivum L.) varieties revealed by simple sequence repeats Egypt. J. Genet. Cytol. 2014;43:143-156.

30. Salina E.A., Adonina I.G.,·Badaeva E.D., Kroupin P.Yu., Stasyuk A.I., Leonova I.N., Shishkina A.A., Divashuk M.G.,·Starikova E.V., Khuat T.M.L., Syukov V.V., Karlov G.I. A Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases. Euphytica. 2015;204(1):91-101. DOI 10.1007/s10681-014-1344-5

31. Salina E., Adonina I., Vatolina T., Kurata N. A comparative analysis of the composition and organization of two subtelomeric repeat families in Aegilops speltoides Tausch and related species. Genetica. 2004;122:227-237. DOI 10.1007/s10709-004-5602-7

32. Salina E.A., Leonova I.N., Efremova T.T., Röder M.S. Wheat genome structure: translocations during the course of polyploidization. Funct. Integr. Genomics. 2006b;6:71-80. DOI 10.1007/s10142-005-0001-4

33. Salina E.A., Lim Y.K., Badaeva E.D., Shcherban A.B., Adonina I.G., Amosova A.V., Samatadze T.E., Vatolina T.Yu., Zoshchuk S.A., Leitch A.A. Phylogenetic reconstruction of Aegilops section Sitopsis and the evolution of tandem repeats in the diploids and derived wheat polyploids. Genome. 2006a;49:1023-1035. DOI 10.1139/G06-050

34. Schneider A., Linc G., Molnar-Lang M. Fluorescence in situ hybridization polymorphism using two repetitive DNA clones in different cultivars of wheat. Plant Breeding. 2003;122:396-400. DOI 10.1046/j.1439-0523.2003.00891.x

35. Schneider A., Molnar I., Molnar-Lang M. Utilisation of Aegilops (goatgrass) species to widen the genetic diversity of cultivated wheat. Euphytica. 2008;163:1-19. DOI 10.1007/s10681-007-9624-y

36. Sergeeva E.M., Afonnikov D.A., Koltunova M.K., Gusev V.D., Miroshnichenko L.A., Vrána J., Kubaláková M., Poncet C., Sourdille P., Feuillet C., Doležel J., Salina E.A. Common wheat chromosome 5B composition analysis using low-coverage 454 sequencing the plant genome. Plant Genome. 2014;7(2):1-16. DOI 10.3835/ 10.0031

37. Sibikeev S.N., Voronina S.A., Krupnov V.A. Genetic control for resistance to leaf rust in wheat-Agropyron lines: Agro 139 and Agro 58. Theor. Appl. Genet. 1995;90(5):618-620. DOI 10.1007/BF00222124

38. Sokal R.R., Rholf F.J. Biometry. Ed. W.H. Freeman. N.Y., 1995.

39. Würschum T., Langer S.M., Longin C.F.H., Korzun V., Akhunov E., Ebmeyer E., Schachschneider R., Schacht J., Kazman E., Reif J.C. Population structure, genetic diversity and linkage disequilibrium in elite winter wheat assessed with SNP and SSR markers. Theor. Appl. Genet. 2013;126:1477-1486. DOI 10.1007/s00122-013-2065-1