Определение типа цитоплазматической мужской стерильности лука репчатого ( allium cepa L.) селекции ВНИИССОК с помощью молекулярных маркеров

Автор: Супрунова Т.П., Логунов А.Н., Логунова В.В., Агафонов А.Ф.

Рубрика: Современные направления селекции овощных культур

Статья в выпуске: 4 (13), 2011 года.

Бесплатный доступ

Впервые проведена оценка отечественных сортообразцов лука репчатого с помощью молекулярных маркеров на признак ЦМС. Выявлен полиморфизм по митохондриальным генам orfА501 и cob. Определены типы цитоплазмы у всех изученных образцов, что в дальнейшем позволит селекционерам сократить время, необходимое для отбора генотипов с определенным типом цитоплазмы и проведения скрещиваний.

Лук репчатый, цитоплазматическая мужская стерильность, молекулярные маркеры

Короткий адрес: https://sciup.org/14024907

IDR: 14024907

Текст научной статьи Определение типа цитоплазматической мужской стерильности лука репчатого ( allium cepa L.) селекции ВНИИССОК с помощью молекулярных маркеров

За последние десятилетия, наряду с традиционными методами селек- ции, все чаще используется так называемая маркер-вспомогательная селекция (MAS – marker-assisted selection), в основе которой лежит использование молекулярных маркеров. Косвенный отбор на основе методов молекулярного генотипирования делает возможным детектирование желаемых аллелей и генотипов уже на ранних стадиях развития растения, что существенно сокращает и упрощает селекционный процесс.

На сегодняшний день известно два типа цитоплазматической мужской стерильности у лука – CMS-S (Jones and Emsweller, 1963) и CMS-T (Berninger, 1965), которые фенотипически практически неотличимы. Система CMS-S является результатом взаимодействия цитоплазматического фактора S и единичного ядерного гена-восстановителя фертильности (Jones and Clarke, 1943), в то время как CMS-T – более сложно наследуемая система, контролируемая тремя независимо сегрегированными локусами ядерного генома (Berninger, 1965). Благодоря своей устойчивости и стабильности в различных усло- виях окуружающей среды, система CMS-S широко используется селекционерами во всем мире для получения гибридных семян лука (Havey, 2000). Поскольку лук – двулетняя культура, идентификация CMS фактора (или типа цитоплазмы) занимает длительное время (от 4 до 8 лет) при ис- пользовании селекционерами традиционных методов генетики и селекции. Поэтому использование ДНК-маркеров, позво- ляющих различать типы цитоплазмы, является крайне важным для эффективного получения гибридных семян лука на основе мужской стерильности. Зарубежными учеными было разработано несколько моле- кулярных маркеров на митохондриальные и хлоропластные гены (orf, cob, psbA), обуславливающие ЦМС у лука репчатого и шнитт-лука (Sato, 1998; Engelke et al., 2003; Cho et al., 2006; Kim et al., 2009; Yamashita et al., 2010).

Целью данного исследования было определение типа ЦМС лука репчатого селекции ВНИИССОК с помощью молекуляр- ных маркеров.

Материалы и методы

В работе было использовано 14 коллекционных образцов лука репчатого (сте- рильных и фертильных), предоставленных лабораторией селекции и семеноводства луковых культур и лабораторией генетики и цитологии ВНИИССОК. Геномную ДНК выделяли из молодых листьев согласно методике Edwards и др. (1991). Полиме-разну цепную реакцию и электрофорез проводили по стандартной процедуре.

Результаты исследования

Для скрининга образцов лука репчатого селекции ВНИИССОК с целью определения у них типов ЦМС (CMS-S или CMS-T) и отличия их от нормальной, фертильной цитоплазмы (N) нами были использованы праймеры, разработанные учеными ранее (Engelke et at., 2003; Cho et al., 2006; Kim et al., 2009), на гены цитоплазматического генома (orf725, orfА501, cob, и psbA). В результате амплификации ПЦР-маркеров полиморфизм между 14-ю образцами лука был выявлен только по митохондриальным генам генам orfА501 и cob (рис.1). При этом, анализируя комбинацию полученных маркеров, можно определить тип цитоплазмы образцов лука репчатого. Согласно авторам, разработавшим данные ПЦР-маркеры (Sato, 1998; Engelke et al., 2003), если в образце амплифицируется либо

Рис. 1. Результаты амплификации молекулярных ПЦР-маркеров для cob и orfА501 генов у селекционных образцов лука реп чатого. Образцы 10-1ms, 20-ms, 22ms, 25ms, 8-2ms, 12ms, 225ms, 120.1ms с фенотипическими признаками мужской стерильности. Образцы 10-2mf, 21-mf, 23mf, 24mf, 7-1mf, 227mf фенотипически фертильны. М – маркер молекулярных весов 100 bp Ladder (Fermentas).

один cob-маркер либо оба маркера на гены orfА501 и cob, то данный генотип стерильный и имеет CMS-S тип цитоплазмы. Если в образце амплифицируется только маркер на orfА501-ген, то данный генотип также стерилен, однако имеет CMS-T тип цитоплазмы. Если в образце отсутствует амплификация обоих маркеров, то данный генотип фертилен и имеет N-цитоплазму.

В таблице представлены суммированные результаты амплификации cob и orfА501-маркеров, а также анализ комбинаций полу-

Результаты амплификации молекулярных маркеров cob и orfА501 и определение типа ЦМС в образцах лука репчатого

Образцы	cob- маркер	orfA501- маркер	Тип цитоплазмы, согласно молекулярному анализу	Определение стерильности, согласно фенотипическому анализу
10-1ms	–	+	CMS-Т	стерильный
10-2mf	–	–	N	фертильный
20ms	–	+	CMS-S	стерильный
21mf	+	–	CMS-S	фертильный
22ms	–	+	CMS-Т	стерильный
23mf	–	+	CMS-Т	фертильный
24mf	–	–	N	фертильный
25ms	–	+	CMS-Т	стерильный
7-1mf	+	–	CMS-S	фертильный
8-2ms	–	+	CMS-Т	стерильный
12ms	–	+	CMS-Т	стерильный
225ms	+	+	CMS-S	стерильный
227mf	–	–	N	фертильный
120.1ms	+	+	CMS-S	стерильный

Знак «-» означает отсутствие амплификации соответствующего маркера;

Знак «+» означает наличие амплификации соответствующего маркера.

ченных маркеров и сопоставление их с данными фенотипического анализа стерильности изученных образцов, проведенного сотрудниками лаборатории селекции и семеноводства луковых культур и лаборатории генетики и цитологии ВНИИССОК.

В результате проведенного исследования были установлены типы ЦМС у изученных образцов лука репчатого. При этом, у 11-ти из 14-ти изученных гентипов, результаты молекулярного анализа совпали с результатами фенотипического описания данных образцов по признаку стериль-ности/фертильности (Таб.1). Оставшиеся три образца – 21mf, 23mf и 7-1mf, согласно молекулярному анализу, имеют CMS-S или CMS-Т цитоплазму, но при этом, фенотипически они были фертильными. Мы можем сделать предположение, что данные образцы несут ядерные гены-восстановители фертильности, однако это требует дальнейших исследований.

По результатам молекулярного анализа три образца – 20ms, 225ms и 120.1ms, могут быть рекоммендованы для использования их в скрещивании для получения гибридов на основе ЦМС, поскольку они имеют CMS-S тип цитоплазмы, являющейся более простой в наследовании и устойчивой в различных условиях окуру-жающей среды системой мужской стерильности у луков.

Список литературы Определение типа цитоплазматической мужской стерильности лука репчатого ( allium cepa L.) селекции ВНИИССОК с помощью молекулярных маркеров

Berninger E. Contribution a l'?dute de la sterililite' male de l'oignon (Allium cepa L.).//Ann. Amelior. Plant. -1965. -V. 15. -P. 183-199.
Cho K-S., Yang T-J., Hong S-Y., Kwon Y-S., Woo J-G., Park H-G. Determination of cytoplasmic mail sterile factors in onion plants (Allium cepa L.) using PCR-RFLP and SNP markers.//Mol.Cells. -2006.-V. 21.-No.3. -P. 411-417.
Engelke T., Terefe D., Tatlioglu T. A PCR-based marker system monitoring CMS-(S), CMS-(T) and (N)-cytoplasm in the onion (Allium cepa L.).//Theor. Appl. Genet. -2003. -V.107. P. 162-167.
Edwards K., Johnstone C., and Thompson C. A simple and rapid method for the preparation of genomic plant DNA for pCr analysis.//Nucleic Acids Res. -1991. -V. 19. -P. 1349.
Havey M.J. Diversity among male-sterility-inducing and male-fertile cytoplasms of onion.//Theor. Appl. Genet. -2000. -V. 101. -P. 778-782.
Jones H.A., Emsweller S.L. A male-sterile onion.//Proc.Amer.Soc.Hort.Sci.-1963. -V.34. -P. 582-585.
Jones H.A. and Clarke A. Inheritance of male sterility in the onion and the production of hybrid seed.//Proc.Amer.Soc.Hort.Sci. -1943. -V. 43. -P. 189-194.
Kim S., Lee E.T., Cho D.Y., Han T., Bang H., Patil B.S., Ahn Y.K., Yoon M.K. Identification of a novel chimeric gene, orf725, and its use in development of a molecular marker for distinguishing among three cytoplasm types in onion (Allium cepa L).//Theor. Appl. Genet. -2009. -V. 118. -P. 433-441.
Sato Y. PCR amplification of CMS-specific mitochondrial nucleotide sequences to identify cytoplasmic genotypes of onion (Allium cepa L.).//Theor. Appl. Genet. -1998. -V. 96. -P. 367-370.
Yamashita K., Tsukazaki H., Kojima A., Ohara T., Wako T. Inheritance mode of male sterility in bunching onion (Allium fistulosum L.) accessions.//Euphytica. -2010. -V. 173. -P. 357-367.

Еще

Статья научная