Молекулярные технологии. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Вариабельность генома отечественных сортов картофеля: данные AFLP-анализа
Статья научная
Успех селекционных программ во многом зависит от знания генетического разнообразия и родословных сортов растений, что важно для определения родительских пар для скрещивания, генотипов - доноров ценных признаков, внутрисортовой гомогенности. AFLP (amplified fragment length polymorphism) - один из популярных методов детекции геномного полиморфизма и генотипирования образцов, сортов и линий растений. Помимо решения таксономических и филогенетических проблем, метод AFLP широко используется для определения вариабельности, гомогенности и степени интрогрессии и гибридности сортов Solanum tuberosum , реконструкции их родословных, а также для поиска маркеров, сцепленных с различными признаками. Несмотря на важность сортовой паспортизации и оценки межсортовой геномной вариабельности, в Российской Федерации научно-исследовательских работ по молекулярному маркированию генотипов сортов картофеля отечественной и зарубежной селекции, возделываемых на территории России, известно немного. В представленном исследовании с использованием мультилокусного AFLP-маркирования проведен анализ вариабельности ядерного генома у 60 сортов и пяти перспективных селекционных клонов картофеля. С помощью праймерных комбинаций Е35/М40 и Е41/М35 было детектировано 218 AFLP-фрагментов, 189 (86,7 %) из которых оказались полиморфными и 19 - уникальными для некоторых сортов. Каждый из 65 анализируемых образцов картофеля был охарактеризован специфичным AFLP-спектром. Значения генетических расстояний между анализируемыми сортами варьировали в широких пределах - от 0,37 до 0,77 при среднем значении GD = 0,61. Вид Solanum stoloniferum , используемый в качестве образца внешней группы, имел наибольшее сходство с cортом Фиолетовый (GD = 0,59), а наибольшее различие - с сортом Аврора (GD = 0,80). Был проведен статистический анализ результатов AFLP-маркирования и показано отсутствие статистически достоверной кластеризации. На дендрограммах, построенных с помощью программ PAST и Structure v. 2.3.4, наблюдалась тенденция кластеризации (с низкой бутстрэп-поддержкой) сортов селекции Всероссийского НИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, сортов с устойчивостью к фитофторозу, нематоде или Y вирусу картофеля (PVY), а также сортов с желтой окраской кожуры клубней. Высокая степень общего полиморфизма анализируемой выборки сортов, отсутствие четкой кластеризации и «нестабильное» положение образцов могут быть связаны с тем, что в настоящее время идет интенсивный обмен селекционным материалом, а также с возрастающей популярностью использования генофонда дикорастущего картофеля в селекции.
Бесплатно
Статья научная
Ген DREB кодирует транскрипционный фактор DREB (dehydration-responsive elementbinding), участвующий в ответе растения на засуху, засоление, высокую температуру. Транскрипционные факторы DREB при абиотическом стрессе индуцируют экспрессию множества генов, связанных с зависимой и не зависимой от абсцизовой кислоты передачей сигнала. Эволюционно многие дикорастущие виды формировались в экстремальных эколого-географических условиях, поэтому могут служить источниками новых генетических вариантов DREB для селекции пшеницы на устойчивость к стрессам. Изучение ортологов DREB у дикорастущих сородичей пшеницы позволит расширить арсенал генов, используемых для ее селекционного улучшения методами отдаленной гибридизации, а разработка и использование молекулярных маркеров дадут возможность направленно переносить эти гены в геном мягкой пшеницы. Среди всего разнообразия генов, кодирующих DREB белки, наибольший интерес представляет DREB1, который связан с устойчивостью растений к различным абиотическим факторам...
Бесплатно
Статья научная
Род Brassica L. - источник масличных, овощных, пряных, кормовых и декоративных культур, широко выращиваемых по всему миру. Большинство культурных растений относятся к трем диплоидным видам B. rapa L. (2 n = 20, геном AA), B. nigra (L.) K. Koch (2 n = 16, BB) и B. oleracea L. (2 n = 18, CC) и трем аллотетраплоидным видам B. juncea (L.) Czern. (2 n = 36, AABB), B. napus L. (2 n = 38, AACC) и B. carinata A. Braun (2 n = 34, BBCC), которые возникли в результате естественной гибридизации диплоидов. Эффективным способом увеличения генетического разнообразия и улучшения агрономических признаков культур Brassica служит отдаленная гибридизация. Для контроля интрогрессии геномного материала при отдаленной гибридизации необходимо применение методов генетического маркирования. В настоящей работе предложен эффективный подход для контроля интрогрессии геномов A, B и C Brassica у растений, полученных в результате межвидовой гибридизации. Впервые выявлены специфичные для A-, B- и C-геномов Brassica микросателлитные маркеры, длина которых определена в системе высокоразрешающего электрофореза с точностью до одного нуклеотида, а также изучена возможность применения этих маркеров для анализа селекционных образцов, полученных в результате межвидовой гибридизации. Целью исследования была разработка высокопроизводительной технологии контроля интрогрессии геномов A, B и C у представителей рода Brassica при отдаленной гибридизации на основе мультиплексного микросателлитного ПЦР-анализа геном-специфичных микросателлитных маркеров. В качестве контрольных образцов исследовали растения, полученные из Центра генетических ресурсов CGN (Centre for Genetic Resources, Нидерланды) и Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, г. Санкт-Петербург). Растительный материал для анализа интрогрессий был предоставлен сотрудниками ООО Селекционная станция им. Н.Н. Тимофеева (г. Москва). Геномную ДНК получали методом адсорбции на сорбенте. ДНК амплифицировали в ПЦР с праймерами, специфичными для локусов Na10-D09, Na12-A02, Na12-F12, Ni2-B02, Ni2-F02, Ni3-G04B, Ol12-A04, Ra2-E12, BRMS-043, BN6A2. Анализ флуоресцентно меченных ПЦР-фрагментов осуществляли методом высокоразрешающего электрофореза (генетический анализатор Нанофор-05, ООО НРФ «Синтол»-ФГБНУ Институт аналитического приборостроения РАН, Россия). Длину ПЦР-фрагментов устанавливали с помощью программного обеспечения ДНК Фрагментный анализ (ФГБНУ ИАП РАН, Россия). В результате проведенного исследования разработана система для мультиплексного ПЦР-анализа на основе шести микросателлитных локусов (Na12-A02, BRMS-043, Na10-D09, Ol12-A04, Ni2-F02, BN6A2), позволяющая в одну стадию определить наличие маркеров геномов A, B и C у видов рода Brassica . Маркеры, специфичные для геномов A, B и C, были установлены в процессе мультиплексного ПЦР-анализа контрольных образцов Brassica с известной видовой принадлежностью и геномным составом: B. rapa (AA), B. nigra (BB), B. oleracea (CC), B. napus (AACC), B. juncea (AABB), B. carinata (BBCC). Длину маркерных фрагментов определили в системе высокоразрешающего электрофореза на генетическом анализаторе с точностью до одного нуклеотида. Маркеры, специфичные для генома A, выявлены в локусах Na12-A02 (178, 180 и 182 п.н.), BRMS-043 (303, 307 и 313 п.н.), Na10-D09 (283, 285, 291, 293 и 299 п.н.), для генома B - в локусах Na12-A02 (196, 198, 200, 202, 204, 212, 214 и 216 п.н.), Ol12-A04 (125, 127 и 129 п.н.), Ni2-F02 (198, 200, 202, 204 и 208 п.н.), BN6A2 (222 п.н.), для генома C - в локусах Na12-A02 (164, 168 и 170 п.н.), Ni2-F02 (164, 166, 168 и 186 п.н.). С использованием разработанной мультиплексной системы в генетических профилях образцов (Эт2 ½ КК)2 ½ Цв9, (Эт2 ½ КК)1, Грин ½ FBLM(1), JR ½ Агр2ки, БК ½ ЗМ1-1(6), БК ½ ЗМ1-1(8), БК и КБ, полученных в результате отдаленной гибридизации, выявлена интрогрессия фрагментов геномов A, B и/или C . Таким образом, у образцов с известной селекционной историей подтверждено наличие соответствующих геномов. Благодаря автоматизации всех этапов анализа в формате 96-луночного планшета эта технология позволяет осуществлять широкомасштабный скрининг селекционных образцов и может быть внедрена в практику как инструмент контроля интрогрессии A-, B- и C-геномного материала, а также контроля его наследования в последующих поколениях.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время актуальны исследования цитологических основ наследственности и изменчивости у древесных растений, которые все больше привлекают внимание исследователей в связи с перспективами вовлечения этих биологических объектов в сферу применения био- и геномных технологий для решения задач экологии, сохранения биоразнообразия, продовольственной и сырьевой обеспеченности. Показано изменение митотической активности, которая может возрастать и снижаться в зависимости от интенсивности стрессовых нагрузок, описано увеличение частоты патологий митоза и др. Однако попытки выявить сходство и различия цитогенетических особенностей у древесных растений на основании результатов молекулярно-генетического сравнения не предпринимались. Последовательности внутренних транскрибированных спейсерных областей (ITS) ядерной рибосомной ДНК использовались для создания филогенетической гипотезы разделения видов древесных растений рода Aralia (J. Wen, 2000), уточнения систематического положения Rhododendron (Т...
Бесплатно
Статья научная
Европейский культурный виноград Vitis vinifira L. - одна из наиболее распространенных сельскохозяйственных культур. Выбор метода культивации винограда и переработки урожая виноградной лозы зависит от того, какой гибрид, клон и подвой используются в производстве, то есть от его ампелографических свойств. За содержание антоцианов в ягодах культурного и дикого винограда ответственно семейство виноградных транскрипционных факторов VvMybA . В настоящей работе у аборигенных российских сортов винограда впервые идентифицированы аллели гена VvMybA1 . При этом размер аллелей у окрашенных и неокрашенных сортов был одинаков. Выравнивание последовательностей показало характерные особенности строения аллелей для каждого из изученных генотипов. Нашей целью было выявление, установление особенностей строения и сравнение аллелей гена VvMybA1 у двух аборигенных и двух интродуцированных в России сортов винограда. В качестве материала были выбраны два окрашенных (Каберне Кортис и Сыпун черный) и два неокрашенных (Шардоне и Сибирьковый) сорта винограда аборигенного и интродуцированного происхождения. Материал верхушечных листьев растений отбирали в Анапской зональной ампелографической коллекции СКФНЦСВВ (АЗОСВиВ). ДНК выделяли согласно модифицированной CTAB-методике с добавлением меркаптоэтанола. Для проведения ПЦР и выделения искомых аллелей гена VvMybA1 использовали маркеры, которые позволяют идентифицировать сразу два аллеля - VvMybA1b и VvMybA1c . Анализ на соответствие ожидаемому результату проводили посредством поиска последовательности в базе данных GenBank NCBI, используя веб-сервисы BLAST, blastx и CD-search. По результатам выравнивания сиквенсов в программе ClustalO была выявлена однонуклеотидная вставка у белоягодных сортов и замены нуклеотидов в разных позициях у сортов с окрашенной и неокрашенной ягодой. При сравнении с базой данных GenBank NCBI было установлено, что нуклеотидные последовательности аллелей гена VvMybA1 у окрашенных сортов характерны для сортов с ярко выраженной окраской ягод, в то время как у неокрашенных потеря окраски, по-видимому, имела конкретную причину. Так, у сорта Шардоне выявлен аллель, для которого характерна вставка транспозона Gret-1 , блокирующего нормальную экспрессию гена VvMybA1 . У сорта Сибирьковый аллель гена VvMybA1 не функционален из-за блокировки транспозоном Gret-1 . Как показано в ряде исследований, этот аллель присутствует и у других неокрашенных сортов. При изучении аминокислотной последовательности, транслируемой с нуклеотидной последовательности анализируемых аллелей, также обнаружены различия между группами окрашенных и неокрашенных сортов. В целом эти различия можно разделить на типичные для окрашенных и неокрашенных сортов, однако при этом у сорта Сыпун черный была выявлена мутация, которая вызвала замену изолейцина на валин, но не повлияла на общую окраску ягод. При поиске в базе данных GenBank NCBI оказалось, что эта мутация не уникальна, так как ее обнаружили у сорта Альфонс Лавалле, а также у межвидовых гибридов.
Бесплатно
