izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2025-5-66-82izvestiiatimacad-1064Research ArticleГЕНЕТИКА, БИОТЕХНОЛОГИЯ, СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВОGENETICS, BIOTECHNOLOGY, BREEDING AND SEED PRODUCTIONДНК-профилирование и фенотипирование родительских компонентов и гибридов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)DNA profiling and phenotyping of sugar beet (Beta vulgaris l.) parental components and hybridshttps://orcid.org/0000-0001-5959-047XНалбандянА. А.NalbandianA. A.

Арпине Артаваздовна Налбандян, канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией маркер-ориентированной селекции

396030, Воронежская область, Рамонский р-н, п. ВНИИСС, 86

Arpine A. Nalbandian, CSc (Bio), Leading Research Associate, Head of the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS Vlg., Ramonsky District, Voronezh Region, 396030

arpnal@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6479-9187ФедуловаТ. П.FedulovaT. P.

Татьяна Петровна Федулова, д-р биол. наук, главный научный сотрудник лаборатории маркер-ориентированной селекции

396030, Воронежская область, Рамонский р-н, п. ВНИИСС, 86

Tatyana P. Fedulova, DSc (Bio), Chief Research Associate at the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS Vlg., Ramonsky District, Voronezh Region, 396030

biotechnologiya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6470-5243ЧерепухинаИ. В.CherepukhinaI. V.

Ирина Вячеславовна Черепухина, канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории маркер-ориентированной селекции

396030, Воронежская область, Рамонский р-н, п. ВНИИСС, 86

Irina V. Cherepukhina, CSc (Bio), Senior Research Associate at the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS Vlg., Ramonsky District, Voronezh Region, 396030

irenius@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4653-4115РуденкоТ. С.RudenkoT. S.

Татьяна Сергеевна Руденко, научный сотрудник лаборатории маркер-ориентированной селекции

396030, Воронежская область, Рамонский р-н, п. ВНИИСС, 86

Tatyana S. Rudenko, Research Associate at the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS Vlg., Ramonsky District, Voronezh Region, 396030

ipigun6292@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-6396-0576МелентьеваС. А.MelentevaS. A.

Светлана Александровна Мелентьева, заместитель директора по науке 

222603, Минская область, г. Несвиж, ул. Озерная, 1

Svetlana A. Melenteva, Deputy Director for Science 

1 Ozernaya St., Nesvizh, Minsk Region, 222603 

melenteva-s@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л. МазлумоваРоссияA.L. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet of Russian Agricultural AcademyRussian FederationОпытная научая станция по сахарной свеклеБеларусьExperimental Scientific Station for Sugar BeetBelarus202506112025056682Copyright © Налбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Руденко Т.С., Мелентьева С.А., 20252025Налбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Руденко Т.С., Мелентьева С.А.Nalbandian A.A., Fedulova T.P., Cherepukhina I.V., Rudenko T.S., Melenteva S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/1064

С помощью ДНК-профилирования и фенотипирования было изучено 10 родительских линий и 10 гибридов сахарной свеклы отечественной и белорусской селекции. 12 микросателлитных локусов характеризовались высоким уровнем полиморфизма (PIC) – от 0,55 до 0,83, с наибольшим значением для локуса Unigene 17623В (PIC = 0,83). Около 92% локусов во всех образцах имели доминантные аллели, встречающиеся у более половины образцов. Среди всех аллелей на всех локусах около 55–60% – доминантные (частота >50%), 25–30% – аллели средней частоты (от 20 до 50%), около 10–15% – редкие аллели (частота <20%), что свидетельствует о высокой консервативности при сохранении генетического разнообразия за счет имеющейся вариабельности аллелей. Кластерный анализ, выполненный на основе матрицы расстояний Жаккара с использованием алгоритма UPGMA в программе PAST, определил разделение 10 гибридов согласно селекционным группам (Рамонская, Льговская и Белорусская), родству родительских форм и плоидности. Гибрид Полибел показал наименьшее сходство с другими гибридами (среднее значение индекса Жаккара – 0,416) по сравнению с гибридом Конкурс, у которого наибольшее сходство (0,592) с выборкой. На основе генетических профилей, полученных с использованием панели полиморфных маркеров, разработаны уникальные молекулярно-генетические паспорта для 10 гибридов. Была выполнена оценка данных генотипов сахарной свеклы Рамонской, Льговской и Белорусской селекции по 27 биоморфологическим признакам, включающим в себя характеристики соответственно регламенту регистрации гибридов, установленному Государственной комиссией Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений (ФГБУ «Госсорткомиссия»).

Using DNA profiling and phenotyping, 10 parental lines and 10 hybrids of sugar beet from domestic and Belarusian breeding programs were studied. Twelve microsatellite loci exhibited a high level of polymorphism information content (PIC), ranging from 0.55 to 0.83, with the highest value observed at locus Unigene 17623B (PIC = 0.83). Approximately 92% of loci across all samples possessed dominant alleles present in more than half of the samples. Among all alleles across all loci, about 55–60% were dominant (frequency > 50%), 25–30% were of intermediate frequency (20%–50%), and around 10–15% were rare alleles (frequency < 20%), indicating high conservation alongside maintained genetic diversity due to existing allelic variability. Cluster analysis performed based on the Jaccard distance matrix using the UPGMA algorithm in the PAST software delineated the 10 hybrids according to breeding groups (Ramonskaya, Lgovskaya, and Belarusian), parental relatedness, and ploidy level. The hybrid “Polibel” showed the lowest similarity to other hybrids (mean Jaccard index of 0.416), whereas the hybrid “Konkurs” exhibited the highest similarity (0.592) to the sample set. Based on genetic profiles obtained with a panel of polymorphic markers, unique molecular genetic passports were developed for the 10 hybrids. An evaluation of genotype data from the Ramonskaya, Lgovskaya, and Belarusian breeding programs was conducted over 27 biomorphological traits, including those characteristics regulated by the State Commission of the Russian Federation for Testing and Protection of Breeding Achievements (FSBI “Gossortkomissiya”) registration guidelines for hybrids.

Сахарная свекламикросателлитные локусыпраймерыПЦР-анализфрагментный анализидентификациягенетический паспортSugar beetmicrosatellite lociprimersPCR-analysisfragment analysisidentificationgenetic passportРабота выполнена при финансовой поддержке МСХ в рамках выполнения поисковых исследований FGNU-2023–0001 – Разработка методики молекулярно-генетической идентификации и паспортизации гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров.This research was funded by the Ministry of Agriculture, project number FGNU-2023–0001 entitled “Development of a Molecular Genetic Method for Identification and Passporting Methodology for Sugar Beet Hybrids Using Microsatellite Markers”.ReferencesШалаева Т.В., Анискина Ю.В., Kолобова О.С. и др. Исследование микросателлитных локусов генома сахарной свеклы (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) для создания технологии генетического анализа линий и гибридов // Сельскохозяйственная биология. 2023. № 58 (3). С. 483-493. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.3.483rusShalaeva T.V., Aniskina Yu.V., Kolobova O.S., Velishaeva N.S. et al. Investigation of the sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) microsatellite loci structure to develop a technology for genetic analysis of sugar beet lines and hybrids. Agricultural Biology. 2023;58(3):483-493. (In Russ.) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.3.483rusНалбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В. и др. Молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2024. № 4. С. 70-88. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2024-4-70-88Nalbandyan A.A., Fedulova T.P., Cherepukhina I.V., Rudenko T.S. et al. Molecular genetic identification and certification of sugar beet hybrids using microsatellite markers. Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2024;(4):70-88. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/0021-342X-2024-4-70-88Smulders M., Esselink G., Danny G. et al. Characterisation of Sugar Beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) Varieties Using Microsatellite Markers. BMC Genetics. 2010;11:41. https://doi.org/10.1186/1471-2156-11-41Smulders M., Esselink G., Danny G., Riek J. et al. Characterisation of Sugar Beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) Varieties Using Microsatellite Markers. BMC Genetics. 2010;11:41. https://doi.org/10.1186/1471-2156-11-41Fugate K., Fajardo D., Schlautman B. et al. Generation and Characterization of a Sugar Beet Transcriptome and Transcript-based SSR Markers. The Plant Genome. 2014;7(2). Pр. 1-13. https://doi.org/10.3835/plantgenome2013.11.0038Fugate K., Fajardo D., Schlautman B., Ferrareze J.P. et al. Generation and Characterization of a Sugar Beet Transcriptome and Transcript-based SSR Markers. The Plant Genome. 2014;7(2):1-13. https://doi.org/10.3835/plantgenome2013.11.0038Mason A.S. SSR Genotyping. Methods Mol Biol. 2015;1245:77-89. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1966-6_6Mason A.S. SSR Genotyping. Methods Mol Biol. 2015;1245:77-89. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1966-6_6Yang J., Zhang J., Han R. et al. Target SSR-Seq: A Novel SSR Genotyping Technology associate with perfect SSRs in genetic analysis of cucumber varieties. Front. Plant Sci. 2019;10:531. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00531Yang J., Zhang J., Han R., Zhang F. et al. Target SSR-Seq: A Novel SSR Genotyping Technology associate with perfect SSRs in genetic analysis of cucumber varieties. Front. Plant Sci. 2019;10:531. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00531Liuhuizi D., Zhi P., Zedong W. Construction of SSR Fingerprint and Analysis of Genetic Diversity of Sugar Beet Varieties. J. Crops. 2021;37(5):72-78. https://doi.org/10.16035/j.issn.1001-7283.2021.05.011Liuhuizi D., Zhi P., Zedong W. Construction of SSR Fingerprint and Analysis of Genetic Diversity of Sugar Beet Varieties. J. Crops. 2021;37(5):72-78. https://doi.org/10.16035/j.issn.1001-7283.2021.05.011Amangeldiyeva A., Daniyarova A., Tabynbayeva L. et al. Assessment of the Genetic Diversity in Sugar Beet (Beta vulgaris L.) Using SSR Markers. SABRAO J. Breed. Genet. 2023;55(5):1616-1628. https://doi.org/10.54910/sabrao2023.55.5.15Amangeldiyeva A., Daniyarova A., Tabynbayeva L., Bastaubayeva S. et al. Assessment of the Genetic Diversity in Sugar Beet (Beta vulgaris L.) Using SSR Markers. SABRAO J. Breed. Genet. 2023;55(5):1616-1628. https://doi.org/10.54910/sabrao2023.55.5.15Celik I. Genome-wide Development and Physical Mapping of SSR Markers in Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Journal of the Institute of Science and Technology. 2023;13(1):112-119. https://doi.org/10.21597/jist.1187003Celik I. Genome-wide Development and Physical Mapping of SSR Markers in Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Journal of the Institute of Science and Technology. 2023;13(1):112-119. https://doi.org/10.21597/jist.1187003Nadeem M., Nawaz M., Shahid M. DNA Molecular Markers in Plant Breeding: Current Status and Recent Advancements in Genomic Selection and Genome Editing. Biotechnol. Biotechnol. Equip. 2018;32(2):261-285. https://doi.org/10.1080/13102818.2017.1400401Nadeem M., Nawaz M., Shahid M. DNA Molecular Markers in Plant Breeding: Current Status and Recent Advancements in Genomic Selection and Genome Editing. Biotechnol. Biotechnol. Equip. 2018;32(2):261-285. https://doi.org/10.1080/13102818.2017.1400401Taheri S., Abdullah L., Yusop M. et al. Mining and Development of Novel SSR Markers Using Next Generation Sequencing (NGS) Data in Plants. Molecules. 2018;23(2):399. https://doi.org/10.3390/molecules23020399Taheri S., Abdullah L., Yusop M., Hanafi M. et al. . Mining and Development of Novel SSR Markers Using Next Generation Sequencing (NGS) Data in Plants. Molecules. 2018;23(2):399. https://doi.org/10.3390/molecules23020399Nalbandyan A.A., Fedulova T.P., Kryukova T.I., Cherepukhina I.V., Kulikova N.V. Polymorphic microsatellite markers to study sugar beet’s (Beta vulgaris L.) genetic diversity. Russian Agricultural Sciences. 2023;49:1-7. https://doi.org/10.3103/S1068367423010123Nalbandyan A.A., Fedulova T.P., Kryukova T.I., Cherepukhina I.V. et al. Polymorphic microsatellite markers to study sugar beet’s (Beta vulgaris L.) genetic diversity. Russian Agricultural Sciences. 2023;49:1-7. https://doi.org/10.3103/S1068367423010123Testolin R., Messina R., Cipriani G., De Mori G. SSR-based DNA Fingerprinting of Fruit Crops. Hortic. Rev. 2023;63(2):390-459. https://doi.org/10.1002/csc2.20896Testolin R., Messina R., Cipriani G., De Mori G. SSR-based DNA Fingerprinting of Fruit Crops. Hortic. Rev. 2023;63(2):390-459. https://doi.org/10.1002/csc2.20896Shavrukov Y., Hinrichsen P., Watanabe S. Editorial: Plant Genotyping: from Traditional Markers to Modern Technologies. Front. Plant Sci. 2024;15:1419798. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1419798Shavrukov Y., Hinrichsen P., Watanabe S. Editorial: Plant Genotyping: from Traditional Markers to Modern Technologies. Front. Plant Sci. 2024;15:1419798. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1419798Янковская А.А., Князева И.В., Упадышев М.Т. Молекулярное маркирование и генетическая паспортизация: использование в селекции, биотехнологии и идентификации садовых культур // Садоводство и виноградарство. 2019. № 5. С. 5-11. https://doi.org/10.31676/0235-2591-2019-5-11Yankovskaya A.A., Knyazeva I.V., Upadishev M.T. Molecular marking and genetic certification: application in plant breeding, biotechnology and identification of horticultural crops. Horticulture and Viticulture. 2019;(5):5-11. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/0235-2591-2019-5-11Рыбаков Д.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г. и др. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Всероссийского научно-исследовательского института картофеля им. А.Г. Лорха // Биотехнология и селекция растений. 2020. № 3 (4). С. 5-52. https://doi.org/10.30901/2658-6266-2020-4-o1Rybakov D.А., Аntonova O.Yu., Chukhina I.G., Fomina N.А. et al. Nomenclatural standards and genetic passports of potato cultivars bred in the A.G. Lorkh All-Russian Research Institute of Potato Farming. Biotekhnologiya i selekciya rastenij. 2020;3(4):5-52. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2658-6266-2020-4-o1Yin J., Zhao H., Wu X. et al. SSR Marker-based Analysis for Identification and of Genetic Diversity of Non-heading Chinese Cabbage Varieties. Front. Plant Sci. 2023;14:1112748. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1112748Yin J., Zhao H., Wu X., Ma Y. et al. SSR Marker-Based Analysis for Identification and of Genetic Diversity of Non-Heading Chinese Cabbage Varieties. Front. Plant Sci. 2023;14:1112748. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1112748Sato S., Isobe S., Asamizu E., Ohmido N., Kataoka R., Nakamura Y., Kaneko T., Sakurai N., Okumura K., Klimenko I., Sasamoto S., Wada T., Watanabe A., Kohara M., Fujishiro T., Tabata S. Comprehensive structural analysis of the genome of red clover (Trifolium pratense L.). DNA Res. 2005;12(5):301-364. https://doi.org/10.1093/dnares/dsi018Sato S., Isobe S., Asamizu E., Ohmido N. et al. Comprehensive Structural Analysis of the Genome of Red Clover (Trifolium pratense L.). DNA Res. 2005;12(5):301-364. https://doi.org/10.1093/dnares/dsi018Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Логинова Н.Н., Смирнова Е.В., Михайлова П.Д. Молекулярно-генетическое разнообразие сортов льна (Linum usitatissimum L.), представленных в Госреестре селекционных достижений Российской Федерации // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023. № 184 (1). С. 163-176. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2023-1-163-176Bazanov T.A., Ushapovskiy I.V., Loginova N.N., Smirnova E.V. et al. Molecular genetic diversity of flax cultivars (Linum usitatissimum L.) represented in the State Register for Breeding Achievements of the Russian Federation. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023;184(1):163-176. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2023-1-163-176Макаров А.М. Фенотипическая изменчивость морфобиологических признаков в селекции сахарной свеклы: Дис. … канд. с.-х. наук. Воронеж, 2004. 126 с.Makarov A.M. Phenotypic variability of morphobiological traits in sugar beet breeding: CSc (Ag) thesis. Voronezh, Russia, 2004:126. (In Russ.)Desai S., Ramesh S., Vaijayanthi P., Mohan R. SSR markers assay-based establishment of distinctness, uniformity and stability of dolichos bean [Lablab purpureus (L.) Sweet var. Lignosus] advanced breeding lines and elite germplasm accessions. Genet Resour Crop Evol. 2021;68:1309-1314 https://doi.org/10.1007/s10722-021-01128-1Desai S., Ramesh S., Vaijayanthi P., Mohan R. SSR Markers Assay-Based Establishment of Distinctness, Uniformity and Stability of Dolichos Bean [Lablab purpureus (L.) Sweet var. Lignosus] Advanced Breeding Lines and Elite Germplasm Accessions. Genet Resour Crop Evol. 2021;68:1309-1314. https://doi.org/10.1007/s10722-021-01128-1McGrath J.M., Trebbi D., Fenwick A., Panella L., Schulz B., Laurent V., Barnes S., Murray S. An open-source first-generation molecular genetic map from a sugarbeet x table beet cross and its extension to physical mapping. Plant Gen. 2007;1:27-44. https://doi.org/10.2135/cropsci2006-05-0339tpgMcGrath J.M., Trebbi D., Fenwick A., Panella L. et al. An Open-Source First-Generation Molecular Genetic Map from a Sugarbeet x Table Beet Cross and Its Extension to Physical Mapping. Plant Gen. 2007;1:27-44. https://doi.org/10.2135/cropsci2006-05-0339tpgRichards Ch., Brownson M., Mitchell Sh., Kresovich S., Panella L. Polymorphic microsatellite markers for inferring diversity in wild and domesticated sugar beet (Beta vulgaris L.). Mol. Ecol. Notes. 2004;4:243-245. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00630.xRichards Ch., Brownson M., Mitchell Sh., Kresovich S., Panella L. Polymorphic Microsatellite Markers for Inferring Diversity in Wild and Domesticated Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Mol. Ecol. Notes. 2004;4:243-245. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00630.xBotstein D. A theory of modular evolution for bacteriophages. Ann N Y Acad Sci. 1980;354(1):484-491. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1980.tb27987.xBotstein D. A theory of Modular Evolution for Bacteriophages. Ann N Y Acad Sci. 1980;354(1):484-90. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1980.tb27987.xZhang S., Wu X., You Z. Jaccard distance based weighted sparse representation for coarse-to-fine plant species recognition. PLoS ONE. 2017;12(6): e0178317. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178317Zhang S., Wu X., You Z. Jaccard Distance Based Weighted Sparse Representation for Coarse-to-Fine Plant Species Recognition. PLoS ONE. 2017;12(6): e0178317. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178317Fu Y.Bi. Applications of bulking in molecular characterization for plant germplasm: a critical review. Plant Genet. Res. 2003;1(2-3):161-167. https://doi.org/10.1079/PGR20032Fu Y.Bi. Applications of Bulking in Molecular Characterization for Plant Germplasm: A Critical Review. Plant Genet. Res. 2003;1(2-3):161-167. https://doi.org/10.1079/PGR20032Клименко И.А., Козлов Н.Н., Костенко С.И., Шамустакимова А.О. и др. Идентификация и паспортизация сортов кормовых трав (клевера лугового, люцерны изменчивой, посевной и хмелевидной) на основе ДНК-маркеров: Методические рекомендации. Москва: Угреша Т, 2020. 35 с.Klimenko I.A., Kozlov N.N., Kostenko S.I., Shamustakimova A.O. et al. Identification and certification of forage grass varieties (meadow clover, variable alfalfa, common alfalfa and hop grass) based on DNA markers. Guidelines. Moscow, Russia: Ugresha T, 2020:35. (In Russ.)

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