izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2024-4-70-88izvestiiatimacad-662Research ArticleГЕНЕТИКА, БИОТЕХНОЛОГИЯ, СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВОGENETICS, BIOTECHNOLOGY, BREEDING AND SEED PRODUCTIONМолекулярно-генетическая идентификация и паспортизация гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеровMolecular genetic identification and certification of sugar beet hybrids using microsatellite markershttps://orcid.org/0000-0001-5959-047XНалбандянА. А.NalbandyanA. A.

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

396030,  Воронежская  область,  Рамонский  район,  п.  ВНИИСС,  86, тел.: (951) 871–27–60 

Arpine A. Nalbandyan, CSc (Bio), Head of the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS village, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, phone: (951) 871–27–60 

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

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

396030,  Воронежская  область,  Рамонский  район,  п.  ВНИИСС,  86, тел.: (473) 405–33–27 

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

86, VNIISS village, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, phone: +7 (47340) 5–33–27 

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

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

396030,  Воронежская  область,  Рамонский  район,  п.  ВНИИСС,  86, тел.: (473) 405–33–27 

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

86, VNIISS village, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, phone: +7 (47340) 5–33–27 

icherepukhina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4653-4115РуденкоТ. С.RudenkoT. S.

Руденко Татьяна Сергеевна,  младший  научный  сотрудник  лаборатории  маркер-ориентированной  селекции

396030,  Воронежская  область,  Рамонский  район,  п.  ВНИИСС,  86, тел.: (473) 405–33–27 

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

86, VNIISS village, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, phone: +7 (47340) 5–33–27 

ipigun6292@gmail.comБагмутоваТ. Н.BagmutovaT. N.

Багмутова Татьяна Николаевна,  младший  научный  сотрудник  лаборатории  маркер-ориентированной  селекции

396030,  Воронежская  область,  Рамонский  район,  п.  ВНИИСС,  86, тел.: (473) 405–33–27 

Tatyana N. Bagmutova, Junior Research Associate at the Laboratory of Marker Assisted Selection

86, VNIISS village, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, phone: +7 (47340) 5–33–27 

berdnikowa.tat2012@yandex.ruВсероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л. МазлумоваРоссияThe A.l. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet of Russian Agricultural AcademyRussian Federation202414052024047088Copyright © Налбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Руденко Т.С., Багмутова Т.Н., 20242024Налбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Руденко Т.С., Багмутова Т.Н.Nalbandyan A.A., Fedulova T.P., Cherepukhina I.V., Rudenko T.S., Bagmutova T.N.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/662

Разработка методики молекулярно-генетической идентификации и паспортизации гибридов сахарной свеклы с использованием ДНК-маркеров является актуальным направлением исследований в селекции культуры. Объектом исследований являлись растения перспективных отечественных гибридов сахарной свеклы. В статье представлены результаты по разработке методики молекулярно-генетической идентификации и паспортизации гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров. Материалами для исследований служили проростки 8 перспективных гибридов сахарной свеклы отечественной селекции. Целевые фрагменты амплифицировали с локус-специфичными (микросателлитными) праймерами: Unigene16898, Unigene17623B, Unigene26753, Unigene17923, Unigene27833, FDSB1001, FDSB1033, FDSB502–2, FDSB502–3, SB09, SB04, SB15, мечеными флуоресцентными красителями FAM, R6G, TAMRA и Rox. Полученные ампликоны идентифицировали методом высокоразрешающего капиллярного электрофореза на генетическом анализаторе Нанофор 05 («Синтол», Россия). Приведены результаты подбора 12 микросателлитных локусов, пригодных для генетической паспортизации гибридов сахарной свеклы. Все подобранные праймеры к микросателлитным локусам генома сахарной свеклы характеризовались высоким показателем полиморфизма. По результатам фрагментного анализа установлен размер полученных ПЦР-ампликонов у растений изучаемых гибридов. На основе полученных молекулярных данных составлены генетические формулы и паспорта, позволяющие идентифицировать и паспортизировать генотипы культуры. Построена дендрограмма генетического родства изученных гибридов сахарной свеклы на основе рассчитанных генетических расстояний. Разработка методики молекулярно-генетической идентификации и паспортизации гибридов сахарной свеклы с использованием ДНК-маркеров является актуальным направлением исследований в селекции культуры. Это имеет важное практическое значение в селекции, семеноводстве и госсортоиспытании сахарной свеклы как при создании новых гибридов, так и при их регистрации.

The development of molecular genetic identification and certification of sugar beet hybrids using DNA markers is a current research direction in plant breeding. The subject of the study were plants of promising domestic sugar beet hybrids. The article presents the results of the development of the methodology of molecular genetic identification and certification of sugar beet hybrids using microsatellite markers. Seedlings of eight prospective domestic sugar beet hybrids were used as test material. Target fragments were amplified using locus-specific (microsatellite) primers (Unigene16898, Unigene17623B, Unigene26753, Unigene17923, Unigene27833, FDSB1001, FDSB1033, FDSB502–2, FDSB502–3, SB09, SB04, and SB15) labeled with fluorescent dyes (FAM, R6G, TAMRA and Rox). The obtained amplicons were identified by the method of high-resolution capillary electrophoresis using the genetic analyzer Nanofor 05 (Synthol, Russia). The results of selection of 12 microsatellite loci suitable for genetic certification of sugar beet hybrids are presented. All primers selected for microsatellite loci of sugar beet genome are characterized by a high level of polymorphism. From the results of fragment analysis, the size of the obtained PCR amplicons in plants of the studied hybrids was determined. on the basis of the obtained molecular data, genetic formulas and passports for identification and certification of plant genotypes were prepared. Based on the calculated genetic distances, a dendrogram of genetic relationships of the studied sugar beet hybrids was constructed. The development of methods for molecular genetic identification and certification of sugar beet hybrids using DNA markers is a current research direction in plant breeding. It is of great practical importance in sugar beet breeding, seed production and state variety testing, both in the development of new hybrids and in their registration.

сахарная свеклагенотипированиемикросателлитный анализгенетические паспортафрагментный анализsugar beegenotypingmicrosatellite analysisgenetic passportsfragment analysisРабота осуществлена при финансовой поддержке Министерства сельского хозяйства РФ в рамках выполнения поисковых исследований FGNU-2023–0001 «Разработка методики молекулярно-генетической идентификации и паспортизации гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров».The work was carried out with the financial support of the Ministry of Agriculture within the framework of the research FGNU 2023–0001 – Development of a Methodology for Molecular Genetic Identification and Certification of Sugar Beet Hybrids Using Microsatellite Markers.ReferencesКлименко И.А., Козлов Н.Н., Костенко С.И., Шамустакимова А.О., Мавлютов Ю.М. Идентификация и паспортизация сортов кормовых трав (клевера лугового, люцерны изменчивой, посевной и хмелевидной) на основе ДНК-маркеров: Методические рекомендации. – М.: Угреша Т, – 2020. – 35 с.Klimenko I.A., Kozlov N.N., Kostenko S.I., Shamustakimova A.O., Mavlyutov Yu.M. Identification and certification of forage grass varieties (meadow clover, variable alfalfa, common alfalfa and hop grass) based on DNA markers: guidelines. Moscow, Russia, 2020:35. (in Russ.)Кляченко О.Л., Присяжнюк Л.М. Изучение аллельного состояния микросателлитных локусов сахарной свеклы (Beta vulgaris l.) // Живые и биокосные системы. – 2014. – № 8. – URl: https://jbks.ru/archive/issue-8/article-5. DOI: 10.18522/2308-9709-2014-8-5.Klyachenko O.L., Prisyazhnyuk L.M. Study of the allelic state of microsatellite loci of sugar beet (Beta vulgaris L.). Live and Bio-abiotic Systems. 2014;8:5. (In Russ.) https://doi.org/10.18522/2308-9709-2014-8-5Налбандян А.А., Федулова Т.П., Хуссейн А.С., Черепухина И.В. Дифференциация сортообразцов сахарной свеклы по SSR-маркерам для создания перспективных гибридов // Российская сельскохозяйственная наука. – 2020. – № 4. – С. 18–21.Nalbandyan A.A.,Fedulova T.P.,Hussein A.S.,Cherepukhina I.V. et al. Differentiation of sugar beet cultivars by SSR markers to create promising hybrids.Rossiiskaia selskokhoziaistvennaia nauka. 2020;4:18–21. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S2500262720040043Сатина Т.Г., Анискина Ю.В., Карпачев В.В., Шилов И.А., Харченко П.Н. Генетический анализ однородности сортов и гибридов рапса и контроль наследования гибридами генетического материала родительских форм // Доклады РАСХН. – 2010. – № 6. – С. 15–18.Satina T.G., Aniskina Yu.V., Karpachev V.V., Shilov I.A., Kharchenko P.N. microsatellite analysis of rapeseed varieties and hybrids uniformity and inheritance of parental genetic material in hybrids. Doklady RASKhN. 2010;6:15–18. (In Russ.)Федулова Т.П., Федорин Д.Н. Использование ПЦР-анализа для выявления генетического полиморфизма сортотипов свеклы корнеплодной Вeta Vulgaris l. // Научные ведомости. Серия «Естественные науки». – 2012. – № 3 (122). – С. 94–99.Fedulova T.P., Fedorin D.N. Using PCR analysis to identify genetic polymorphism of root beet varieties Beta Vulgaris L.Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya Estestvennye nauki. 2012;3(122):18:94–99. (In Russ.)Федулова Т.П., Федорин Д.Н., Налбандян А.А., Богомолов А.М. Использование ДНК-маркеров в современных программах селекции сахарной свеклы // Сахар. – 2019. – № 5. – С. 50–53.Fedulova T.P., Fedorin D.N., Nalbandyan A.A., Bogovolov M.A. DNA markers in modern sugar beet breeding programs. Sakhar. 2019;5:50–53. (In Russ.)Чесноков Ю.В., Артемьева А.М. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия // Сельскохозяйственная биология. – 2015. – № 50 (5). – С. 571–578.Chesnokov. Yu.V., Artemyeva A.M. Evaluation of the measure of polymorphism information of genetic diversity. Agricultural Вiology. 2015;50(5):571–578. (In Russ.)Шалаева Т.В., Анискина Ю.В., Kолобова О.С., Велишаева Н.С., Логвинов А.В., Мищенко В.Н., Шилов И.А. 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.Shalaeva T.V., Aniskina Yu.V., Kolobova O.S. et al. Investigation of the sugar beet (Beta vulgarisL. ssp.vulgaris) microsatellite loci structure to develop a technology for genetic analysis of sugar beet lines and hybrids. Agricultural Вiology. 2023;58(3):483–493. (In Russ.)Шилов И.А., Анискина Ю.В., Шалаева Т.В. Создание современных гибридов сахарной свеклы с применением микросателлитного анализа // Сахар. – 2020. – № 8. – С. 32–36.Shilov I.A., Aniskina Yu.V., Shalaeva T.V. et al. Creation of modern sugar beet hybrids using microsatellite analysis. Sakhar. 2020;8:32–36. (In Russ.)Celik 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. – Vol. 13, № 1. – Pр. 112–119.Celik 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.Dohm J.C., Minoche A.E., Holtgrawe D., Capella-Gutierrez S., Zakrzewski F. et al. The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris) // Nature. – 2014. – Vol. 505. – Рр. 546–549.Dohm J.C., Minoche A.E., Holtgrawe D., Capella-Gutierrez S., Zakrzewski F. et al. The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris). Nature. 2014;505:546–549.Fugate K., Fajardo D., Schlautman B., Ferrareze J.P., Bolton M.D., Campbell L., Wiesman E., Zalapa J. Generation and Characterization of a Sugar Beet Transcriptome and Transcript-Based SSR Markers // The Plant Genome. – 2014. – № 7 (2). – Рр. 1–13.Fugate 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.Galewski P., McGrath J.M. Genetic diversity among cultivated beets (Beta vulgaris) assessed via population-based whole genome sequences // BMC Genomics. – 2020. – Vol. 21. – Рр. 1–14.Galewski P., McGrath J.M. Genetic diversity among cultivated beets (Beta vulgaris) assessed via population-based whole genome sequences. BMC Genomics. 2020;21:1–14.Laurent V., Devaux P., Thiel T., Viard F., Mielordt S., Touzet P., Quillet M.C. Comparative effectiveness of sugar beet microsatellite markers isolated from genomic libraries and GenBank ESTs to map the sugar beet genome // Theoretical and Applied Genetics. – 2007. – Vol. 115, № 6. – Рр. 793–805.Laurent V., Devaux P., Thiel T., Viard F. et al. Comparative effectiveness of sugar beet microsatellite markers isolated from genomic libraries and GenBank ESTs to map the sugar beet genome. Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(6):793–805.Liuhuizi D., Zhi P., Zedong W. Construction of SSR Fingerprint and Analysis of Genetic Diversity of Sugar Beet Varieties // J. Crops. – 2021. – Vol. 37, № 5. – Рр. 72–78.Liuhuizi 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.McGrath J.M., Trebbi D., Fenwick A., Panella L., Schulz B., Laurent V., Barnes S., Murray S.C.An open-source first-generation molecular genetic map from a sugar beet 1/2 table beet cross and its extension to physical mapping // The Plant Genome. – 2007. – Vol. 1. – Рр. 27–44.McGrath J.M., Trebbi D., Fenwick A., Panella L. et al. An open-source first-generation molecular genetic map from a sugar beet ½ table beet cross and its extension to physical mapping. The Plant Genome. 2007;1:27–44.Monteiro F., Frese L., Castro S., Duarte M., Paulo O., Loureiro J., Romeiras M. Genetic and Genomic Tools to Asssist Sugar Beet Improvement: The Value of the Crop Wild Relatives // Front Plant Sci. – 2018. – Vol. 9, Art. 74. DOI: 10.3389/fpls.2018.00074.Monteiro F., Frese L., Castro S., Duarte M. et al. Genetic and Genomic Tools to Asssist Sugar Beet Improvement: The Value of the Crop Wild Relatives. Front. Plant Sci. 2018;9(74).Nadeem M., Nawaz M., Shahid M. DNA molecular markers in plant breeding: current status and recent advancements in genomic selection and genome editing // Biotechnology & Biotechnological Equipment. – 2018. – Vol. 32, № 2. – Рр. 261–285.Nadeem M., Nawaz M., Shahid M. DNA molecular markers in plant breeding: current status and recent advancements in genomic selection and genome editing. Biotechnology & biotechnological equipment. 2018;32(2):261–285.Nalbandyan 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. – Vol. 49. – Рр. 1–7.Nalbandyan A.A., 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.Nei M., Roychoudhury A.K. Sampling variances of heterozygosity and genetic distance // Genetics. – 1974. – Vol. 76. – Рр. 379–390.Nei M., Roychoudhury A.K. Sampling variances of heterozygosity and genetic distance. Genetics. 1974;76:379–390.Richards Ch., Brownson M., Mitchell Sh., Kresovich S., Panella L. Polymorphic microsatellite markers for inferring diversity in wild and domesticated sugar beet (Beta vulgaris) // Molecular Ecology Notes. – 2004. – Vol. 4. – Рр. 243–245.Richards Ch., Brownson M., Mitchell Sh., Kresovich S., Panella L. Polymorphic microsatellite markers for inferring diversity in wild and domesticated sugar beet (Beta vulgaris). Molecular Ecology Notes. 2004;4:243–245.Sandhu Surinder K., Sarao Navraj K., Meenakhsi G., Uppal S., Pritpal S., Satveer K., Jaspreet K. Profiling of sugar beet genotypes for agronomical, sugar quality and forage traits and their genetic diversity analysis using SSR markers // Electronic Journal of Plant Breeding. – 2016. – Vol. 7. – Рр. 253–266.Sandhu Surinder K., Sarao Navraj K., Meenakhsi G., Uppal S. et al. Profiling of sugar beet genotypes for agronomical, sugar quality and forage traits and their genetic diversity analysis using SSR markers. Electronic Journal of Plant Breeding. 2016;7:253–266.Smulders M., Esselink G., Danny G., Riek J., Vosman B. Characterisation of sugar beet (Beta vulgaris l. ssp. vulgaris) varieties using microsatellite markers // BMC Genetics. – 2010. – Vol. 11 (41). DOI: 10.1186/1471-2156-11-41.Smulders M., Esselink G., Danny G., Riek J., Vosman B. Characterisation of sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) varieties using microsatellite markers. BMC Genetics. 2010;11(41).Spadoni A., Sion S., Gadaleta S., Savoia M., Piarulli L., Fanelli V., Rienzo V., Taranto F., Miazzi M., Montemurro C., Sabetta W. A Simple and Rapid Method for Genomic DNA Extraction and Microsatellite Analysis in Tree Plants // J. Agr. Sci. Tech. – 2019. – Vol. 21, № 5. – Рр. 1215–1226.Spadoni A., Sion S., Gadaleta S., Savoia M. et al. A Simple and Rapid Method for Genomic DNA Extraction and Microsatellite Analysis in Tree Plants. J. Agr. Sci. Tech. 2019;21(5):1215–1226.Srivastava S., Pathak A.D., Kumar R., Joshi B.B. Genetic diversity of sugar beet genotypes evaluated by microsatellite DNA markers // Journal of Environmental Biology. – 2017. – Vol. 38. – Рр. 777–783.Srivastava S., Pathak A.D., Kumar R., Joshi B.B. Genetic diversity of sugar beet genotypes evaluated by microsatellite DNA markers. Journal of Environmental Biology. 2017;38:777–783.Taheri S., Abdullah L., Yusop M., Hanafi M., Sahebi M., Azizi P., Shamshiri R. Mining and Development of Novel SSR Markers Using Next Generation Sequencing (NGS) Data in Plants // Molecules. – 2018. – Vol. 23. – Р. 399.Taheri 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;23:399.Taški-Ajduković К., Nagl N., Zorić M. Estimation of genetic diversity and relationship in sugar beet pollinators based on SSR markers // Electronic Journal of Biotechnology. – 2017. – Vol. 27. – Рр. 1–7.Taški-Ajduković К., Nagl N., Zorić M. Estimation of genetic diversity and relationship in sugar beet pollinators based on SSR markers. Electronic Journal of Biotechnology. 2017;27:1–7.Wang L., Zhang Z., Han P., Liang Y., Zhang H. Association analysis of agronomic traits and construction of genetic networks by resequencing of 306 sugar beet (Beta vulgaris l.) lines // Scientific Reports. – 2023. – Vol. 13. – Рр. 15422.Wang L., Zhang Z., Han P., Liang Y., Zhang H. Association analysis of agronomic traits and construction of genetic networks by resequencing of 306 sugar beet (Beta vulgaris L.) lines. Scientific Reports. 2023;13:15422.

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