Исследование микросателлитных локусов генома сахарной свеклы (Betavulgaris L. ssp. vulgaris) для создания технологии генетического анализа линий и гибридов

Исследование микросателлитных локусов генома сахарной свеклы (Betavulgaris L. ssp. vulgaris) для создания технологии генетического анализа линий и гибридов

Автор: Шалаева Т.В., Анискина Ю.В., Колобова О.С., Велишаева Н.С., Логвинов А.В., Мищенко В.Н., Шилов И.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Молекулярные маркеры

Статья в выпуске: 3 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

При промышленном семеноводстве сахарной свеклы ( Beta vulgaris L . ssp. vulgaris ) необходимо строго следить за поддержанием качества и размножением линий - компонентов гибридов. Одним из инструментов сопровождения этого процесса может быть метод микросателлитного анализа. Имеется множество сообщений о микросателлитных локусах в геноме сахарной свеклы. Однако для их использования в селекционной практике нужна высокопроизводительная и удобная в применении технология анализа. Для создания такой технологии, позволяющей получать стабильные ДНК-профили, требуется более детальное изучение геномных микросателлитных профилей на большой выборке верифицированного селекционного материала сахарной свеклы. В представленном исследовании впервые проведен детальный анализ первичной структуры ряда микросателлитных локусов генома сахарной свеклы с целью определения природы полиморфизма этих участков генома и их пригодности для получения устойчивых ДНК-профилей. Совместно с селекционерами (ФГБНУ Первомайская селекционно-опытная станция сахарной свеклы, г. Гулькевичи, Краснодарский край) нами была отобрана коллекция из 146 образцов сахарной свеклы ( B. vulgaris ), включающая 28 МС-линий, 28 линий О-типа, 82 линии-опылителя, 6 гибридов отечественной селекции (Азимут, Корвет, Первомайский, Рубин, Фрегат, Успех), гибриды Добрава и Доротея. Этот растительный материал был проанализирован по 12 микросателлитным локусам - FDSB 502, FBSB 1001, FDSB 1033, Unigene 27833, Unigene 26753, Unigene 16898, Unigene 17623B, Unigene 15915, Unigene 17923, SB 04, SB 09, SB 15. Аллельные варианты каждого локуса были амплифицированы, клонированы в плазмидный вектор pAL2-T и секвенированы. Результаты секвенирования аллелельных вариантов микросателлитных локусов FDSB 1001, FDSB 1033, Unigene 16898, Unigene 17623B, Unigene 26753, Unigene 17923, Unigene 27833, SB 04 подтвердили, что полиморфизм длин этих локусов обусловлен исключительно числом тандемных повторов в амплифицируемом фрагменте ДНК. Локус Unigene 15915 был исключен из дальнейшей работы, поскольку в нуклеотидных последовательностях его аллельных вариантов, помимо микросателлитных повторов (CА)n, были выявлены дополнительные инсерции и делеции. Полиморфизм аллельных вариантов микросателлитных локусов SB 09, SB 15 и FDSB 502 обусловлен сложными (составными) повторами. При этом локусы SB 09 и SB 15 были выбраны для дальнейшей работы, поскольку обеспечивали получение стабильных ДНК-профилей. По аллельным вариантам локуса FDSB 502 был выявлен полиморфизм (TC)n(GAT)n(AAG)n, что в ряде случаев может осложнять получение достоверных результатов генотипирования. Поэтому для использования локуса FDSB 502 при создании технологии генетического анализа линий и гибридов сахарной свеклы мы предлагаем использовать разработанные нами праймеры, фланкирующие только его вариабельные микросателлитные повторы (GAT)n и (AAG)n. Полученные в представленном исследовании результаты предполагается в дальнейшем использовать для создания технологии генетического анализа линий и гибридов сахарной свеклы. Такая технология может стать надежным лабораторным инструментом для сопровождения селекционного процесса и промышленного семеноводства сахарной свеклы.

Еще

Beta vulgaris, сахарная свекла, генотипирование, микросателлитный анализ, днк-профиль

Короткий адрес: https://sciup.org/142238891

IDR: 142238891   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.3.483rus

Список литературы Исследование микросателлитных локусов генома сахарной свеклы (Betavulgaris L. ssp. vulgaris) для создания технологии генетического анализа линий и гибридов

  • Panella L. Sugar beet as an energy crop. Sugar Techno, 2010, 12: 288-293 (doi: 10.1007/s12355-010-0041-5).
  • Tayyab M., Wakeel A., Mubarak M.U., Artyszak A., Ali S., Hakki E.E., Mahmood K., Song B., Ishfaq M. Sugar Beet Cultivation in the Tropics and Subtropics: Challenges and Opportunities. Agronomy, 2023, 13(5): 1213 (doi: 10.3390/agronomy13051213).
  • Балков И.Я. Селекция сахарной свеклы на гетерозис. М.,1978.
  • Логвинов В.А. Изучение реакции сортов сахарной свёклы на воздействие концентрированных растворов минеральных веществ. В сб.: Селекция и агротехника сахарной свёклы на Северном Кавказе. Киев, 1982: 41-46.
  • Суслов В.И., Логвинов В.А., Мищенко В.Н., Суслов А.В., Логвинов А.В. Теоретические и практические аспекты свекловодства в Краснодарском крае. Труды Кубанского государственного университета, 2010, 5: 62-67.
  • Балков И.Я., Каракотов С.Д., Логвинов А.В., Логвинов В.А, Мищенко В.Н. Эволюция сахарной свёклы: от огородных форм – до современных рентабельных гибридов. М., 2017.
  • Lukow T., Dunfield P.F., Liesack W. Use of the T-RFLP technique to assess spatial and temporal changes in the bacterial community structure within an agricultural soil planted with transgenic and non-transgenic potato plants. FEMS Microbiology Ecology, 2000, 32(3): 241-247 (doi: 10.1111/j.1574-6941.2000.tb00717.x).
  • Снигирь Е.А., Пышная О.Н., Кочиева Е.З., Рыжова Н.Н. AFLP-анализ сортового полиморфизма Capsicum annuum L. Сельскохозяйственная биология, 2013, 1: 53-60 (doi: 10.15389/agrobiology.2013.1.53rus).
  • Федулова Т.П., Федорин Д.Н., Налбандян А.А., Богомолов М.А. Использование ДНК-маркеров в современных программах селекции сахарной свёклы. Сахар, 2019, 5: 50-53 (doi: 10.24411/2413-5518-2019-00037).
  • Feng S., Zhu Y., Yu C., Jiao K., Jiang M., Lu J., Shen C., Ying Q., Wang H. Development of species-specific SCAR Markers Based on a SCoT analysis to authenticate Physalis (Solanaceae) species. Frontiers in Genetics, 2018, 9: 192 (doi: 10.3389/fgene.2018.0019).
  • Kishor D. S., Alavilli H., Lee S.-C., Kim J.-G., Song K. Development of SNP markers for white immature fruit skin color in cucumber (Cucumis sativus L.) using QTL-seq and marker analyses. Plants, 2021, 10(11), 2341 (doi: 10.3390/plants10112341).
  • Gawroński P., Pawełkowicz M., Tofil K., Uszyński G., Sharifova S., Ahluwalia S., Tyrka M., Wędzony M., Kilian A., Bolibok-Brągoszewska H. DArT markers effectively target gene space in the rye genome. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 1600 (doi: 10.3389/fpls.2016.01600).
  • Колобова О.С., Малюченко О.П., Шалаева Т.В., Шанина Е.П., Шилов И.А., Алексеев Я.И., Велишаева Н.С. Генетическая паспортизация картофеля на основе мультиплексного анализа 10 микросателлитных маркеров. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2017, 21(1): 124-127 (doi: 10.18699/VJ17.230).
  • Möhring S., Salamini F., Schneider K. Multiplexed, linkage group-specific SNP marker sets for rapid genetic mapping and fingerprinting of sugar beet (Beta vulgaris L.). Molecular Breeding, 2004, 14: 475–488 (doi: 10.1007/s11032-004-0900-4).
  • Stevanato P., Broccanello C., Biscarini F., Del Corvo M., Sablok G., Panella L., Concheri, G. High-throughput RAD-SNP genotyping for characterization of sugar beet genotypes. Plant Molecular Biology Reporter, 2013 (doi: 10.1007/s11105-013-0685-x).
  • Tehseen M.M., Zheng Y., Wyatt N.A., Bolton M.D., Yang S., Xu S.S., Li X., Chu C. Development of STARP marker platform for flexible SNP genotyping in sugar beet. Agronomy, 2023, 13: 1359 (doi: 10.3390/agronomy13051359).
  • Padi F.K., Ofori A., Takrama J., Djan E., Opoku S.Y., Dadzie A.M., Zhang D. The impact of SNP fingerprinting and parentage analysis on the effectiveness of variety recommendations in cacao. Tree Genetics & Genomes, 2015, 11(3) (doi:10.1007/s11295-015-0875-9).
  • Zhang J., Yang J., Fu S., Ren J., Zhang X., Xia C., Zhao H., Yang K., Wen C. Comparison of DUS testing and SNP fingerprinting for variety identification in cucumber Horticultural Plant Journal, 2022, 8(5): 575-582 (doi: 10.1016/j.hpj.2022.07.002).
  • Yang Y., Lyu M., Liu J. et al. Construction of an SNP fingerprinting database and population genetic analysis of 329 cauliflower cultivars. BMC Plant Biol, 2022, 22: 522 (doi: 10.1186/s12870-022-03920-2).
  • Li J., Chang X., Huang Q., Liu P., Zhao X., Li F., Wang Y., Chang C. Construction of SNP fingerprint and population genetic analysis of honeysuckle germplasm resources in China. Frontiers in Plant Science, 2023, 14:1080691 (doi: 10.3389/fpls.2023.1080691).
  • 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, 115(6): 793-805 (doi: 10.1007/s00122-007-0609-y).
  • Smulders M., Esselink D., Everaert I., De Riek J., Vosman B. Characterisation of sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) varieties using microsatellite markers. BMC Genetics, 2010, 11: 41 (doi: 10.1186/1471-2156-11-41).
  • Fugate K.K., Fajardo D., Schlautman B., Ferrareze J.P., Bolton M.D., Campbell L.G., Wiesman E., Zalapa J. Generation and characterization of a sugarbeet transcriptome and transcriptbased SSR markers. The Plant Genome, 2014, 7(2) (doi: 10.3835/plantgenome2013.11.0038).
  • 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 ½ table beet cross and its extension to physical mapping. The Plant Genome, 2007, 1: 27-44 (doi: 10.2135/cropsci2006-05-0339tpg).
  • Richards C.M., Brownson M., Mitchell S.E., Kresovich S., Panella L. Polymorphic microsatellite markers for inferring diversity in wild and domesticated sugar beet (Beta vulgaris). Molecular Ecology Notes, 2004, 4(5): 243-245 (doi: 10.1111/j.1471-8286.2004.00630.x).
  • 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 (doi: 10.22438/jeb/38/5/MS-141).
  • Шилов И.А., Анискина Ю.В., Шалаева Т.В., Колобова О.С., Велишаева Н.С., Мищенко В.Н., Логвинов А.В. Создание современных гибридов сахарной свёклы с применением микросателлитного анализа. Сахар, 2020, 8: 27-31 (doi: 10.24411/2413-5518-2020-10804).
  • Налбандян А.А., Хуссейн А.С. Создание ДНК-профилей растений на основе аллельного разнообразия SSR-маркеров. В сб.: Закономерности и тенденции развития науки в современном обществе. Уфа, 2016: 30-32.
  • Налбандян А.А., Хуссейн А.С., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Крюкова Т.И., Рденко Т.С. Перспективы использования SSR-маркеров для генотипирования сахарной свеклы. Сахар, 2019, 11: 36-39.
  • Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 1987, 19: 11-15.
  • Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. М., 1984.
  • Анискина Ю.В., Малиновская Е.В., Шалаева Т.В., Мицурова В.С., Родионова Д.А., Харченко П.Н., Шилов И.А. Технология генетической идентификации сортов и гибридов сорго на основе мультилокусного микросателлитного анализа. Биотехнология, 2018, 34(2): 54-69 (doi: 10.21519/0234-2758-2018-34-2-54-69).
  • Секридова А.В., Шилов И.А., Кислин Е.Н., Малюченко О.П., Харченко П.Н. Технология генетической идентификации сортов и диких форм винограда на основе мультилокусного микросателлитного анализа. Биотехнология, 2021, 37(3): 85-95 (doi: 10.21519/0234-2758-2021-37-3-85-95).
  • Шилов И.А., Велишаева Н.С., Анискина Ю.В., Колобова О.С., Шалаева Т.В., Борисенко О.М., Демурин Я.Н., Фролов С.С. Генетическая идентификация линий и гибридов подсолнечника Helianthus annuus L. на основе мультиплексного микросателлитного анализа. Достижения науки и техники АПК, 2023, 37(1): 10-15 (doi: 10.53859/02352451_2023_37_1_10).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp