Молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров

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.

1. Клименко 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.

2. 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.

3. Налбандян 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.

4. Сатина 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.

5. 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.

6. 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.

7. Чесноков Ю.В., Артемьева А.М. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия // Сельскохозяйственная биология. – 2015. – № 50 (5). – С. 571–578.

8. 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.

9. Шилов И.А., Анискина Ю.В., Шалаева Т.В. Создание современных гибридов сахарной свеклы с применением микросателлитного анализа // Сахар. – 2020. – № 8. – С. 32–36.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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.

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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Nei M., Roychoudhury A.K. Sampling variances of heterozygosity and genetic distance // Genetics. – 1974. – Vol. 76. – Рр. 379–390.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.