Вариабельность генома отечественных сортов картофеля: данные AFLP-анализа

Автор: Дьяченко Е.А., Кулакова А.В., Щенникова А.В., Кочиева Е.З.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Молекулярные технологии

Статья в выпуске: 3 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Картофель, российские сорта, иностранные сорта, геномный полиморфизм, окраска кожуры, окраска мякоти клубня, устойчивость, фитофтороз, золотистая цистообразующая нематода, aflp-кластеризация

Короткий адрес: https://sciup.org/142226312

IDR: 142226312   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.3.499rus

Список литературы Вариабельность генома отечественных сортов картофеля: данные AFLP-анализа

  • Russell J.R., Fuller J.D., Macaulay M., Hatz B.G., Jahoor A., Powell W., Waugh R. Direct comparison of levels of genetic variation among barley accessions detected by RFLPs, AFLPs, SSRs and RAPDs. Theoretical and Applied Genetics, 1997, 95: 714-722 ( ). DOI: 10.1007/s001220050617
  • Semagn K., Bjørnstad Å., Ndjiondjop M.N. An overview of molecular marker methods for plants. African Journal of Biotechnology, 2006, 5(25): 2540-2568.
  • Хлесткина Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013, 17(4/2): 1044-1053.
  • Vos P., Hogers R., Bleeker M., Reijans M., van de Lee T., Hornes M., Friters A., Pot J., Paleman J., Kuiper M., Zabeau M. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Research, 1995, 23(21): 4407-4414 ( ). DOI: 10.1093/nar/23.21.4407
  • Kardolus J.P., van Eck H.J., van den Berg R.G. The potential of AFLPs in biosystematics: a first application in Solanum taxonomy (Solanaceae). Plant Systematics and Evolution, 1998, 210(1-2): 87-103 ( ). DOI: 10.1007/BF00984729
  • Hassan F.S.C., Solouki M., Fakheri B.A., Nezhad N.M., Masoudi B. Mapping QTLs for physiological and biochemical traits related to grain yield under control and terminal heat stress conditions in bread wheat (Triticum aestivum L.). Physiology and Molecular Biology of Plants, 2018, 24(6): 1231-1243 ( ).
  • DOI: 10.1007/s12298-018-0590-8
  • El-Esawi M.A., Alaraidh I.A., Alsahli A.A., Ali H.M., Alayafi A.A., Witczak J., Ahmad M. Genetic variation and alleviation of salinity stress in barley (Hordeum vulgare L.). Molecules, 2018, 23(10): 2488 ( ).
  • DOI: 10.3390/molecules23102488
  • Дьяченко Е.А., Рыжова Н.Н., Вишнякова М.А., Кочиева Е.З. Молекулярно-генетическое разнообразие гороха (Pisum sativum L.) из коллекции ВИР на основе данных AFLP-анализа. Генетика, 2014, 50(9): 1040-1049 ( ).
  • DOI: 10.7868/s0016675814090045
  • El-Esawi M.A., Al-Ghamdi A.A., Ali H.M., Alayafi A.A., Witczak J., Ahmad M. Analysis of genetic variation and enhancement of salt tolerance in French pea (Pisum sativum L.). International Journal of Molecular Sciences, 2018, 19(8): 2433 ( ).
  • DOI: 10.3390/ijms19082433
  • Кочиева Е.З., Рыжова Н.Н. Молекулярное AFLP-маркирование генотипов сортов перца (Capsicum annuum). Генетика, 2003, 39(12): 1589-1593.
  • Кочиева Е.3., Рыжова Н.Н. Анализ вариабельности семейства генов устойчивости у представителей вида перца Capsicum annuum. Доклады Академии наук, 2009, 425(2): 256-258.
  • Bamberg J.B., del Rio A.H. Selection and validation of an AFLP marker core collection for the wild potato Solanum microdontum. American Journal of Potato Research, 2014, 91(4): 368-375 ( ).
  • DOI: 10.1007/s12230-013-9357-5
  • McGregor C.E., van Treuren R., Hoekstra R., van Hintum T.J. Analysis of the wild potato germplasm of the series Acaulia with AFLPs: implications for ex situ conservation. Theoretical and Applied Genetics, 2002, 104(1): 146-156 ( ).
  • DOI: 10.1007/s001220200018
  • Bryan G.J., McLean K., Waugh R., Spooner D.M. Levels of Intra-specific AFLP diversity in tuber-bearing potato species with different breeding systems and ploidy levels. Frontiers in Genetics, 2017, 8: 119 ( ).
  • DOI: 10.3389/fgene.2017.00119
  • Hawkes J.G. The potato: evolution, biodiversity and genetic resources. American Potato Journal, 1990, 67(10): 733-735 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF03044023
  • Jacobs M.M., van den Berg R.G., Vleeshouwers V.G., Visser M., Mank R., Sengers M., Hoekstra R., Vosman B. AFLP analysis reveals a lack of phylogenetic structure within Solanum section Petota. BMC Evolutionary Biology, 2008, 8: 145 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2148-8-145
  • Manoko M.L.K., van den Berg R.G., Feron R.M.C., van der Weerden G.M., Mariani C. AFLP markers support separation of Solanum nodiflorum from Solanum americanum sensu stricto (Solanaceae). Plant Systematics and Evolution, 2007, 267(1-4): 1-11 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00606-007-0531-4
  • Solis J.S., Ulloa D.M., Rodríguez L.A. Molecular description and similarity relationships among native germplasm potatoes (Solanum tuberosum ssp. tuberosum L.) using morphological data and AFLP markers. Electronic Journal of Biotechnology, 2007, 10(3): 436-443 ( ).
  • DOI: 10.2225/vol10-issue3-fulltext-14
  • Vetelainen M., Gammelgard E., Valkonen J.P.T. Diversity of Nordic landrace potatoes (Solanum tuberosum L.) revealed by AFLPs and morphological characters. Genetic Resources and Crop Evolution, 2005, 52(8): 999-1010 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10722-003-6129-y
  • Cicatelli A., Baldantoni D., Iovieno P., Carotenuto M., Alfani A., De Feis I., Castiglione S. Genetically biodiverse potato cultivars grown on a suitable agricultural soil under compost amendment or mineral fertilization: yield, quality, genetic and epigenetic variations, soil properties. Science of the Total Environment, 2014, 493: 1025-1035 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.05.122
  • Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D., Novikova L. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genetic Resources and Crop Evolution, 2013, 60(7): 1997-2015 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10722-013-9968-1
  • Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Новикова Л.Ю., Шувалов О.Ю., Костина Л.И., Клименко Н.С., Шувалова А.Р., Гавриленко Т.А. Генетическое разнообразие сортов картофеля российской селекции и стран ближнего зарубежья по данным полиморфизма SSR-локусов и маркеров R-генов устойчивости. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2016, 20(5): 596-606 ( ).
  • DOI: 10.18699/VJ16.181
  • 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
  • Гавриленко Т.А., Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Лебедева В.А., Евдокимова З.З., Гаджиев Н.М., Апаликова О.В., Алпатьева Н.В., Костина Л.И., Зотеева Н.М., Мамадбокирова Ф.Т., Егорова К.В. Молекулярный скрининг сортов и гибридов картофеля северо-западной зоны Российской Федерации. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2018, 22(1): 35-45 ( ).
  • DOI: 10.18699/VJ18.329
  • Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Костина Л.И., Мамадбокирова Ф.Т., Гавриленко Т.А. Маркер-опосредованная селекция отечественных сортов картофеля с маркерами генов устойчивости к золотистой картофельной нематоде (патотип RO1). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 2017, 178(4): 66-75 ( ).
  • DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-66-75
  • Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Желтова В.В., Фомина Н.А., Костина Л.И., Мамадбокирова Ф.Т., Гавриленко Т.А. Скрининг сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) российской селекции с помощью маркеров R-генов устойчивости к Y-вирусу картофеля. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(5): 958-969 ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2019.5.958rus
  • Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Жарова В.А., Бекетова М.П., Рогозина Е.В., Митюшкин А.В., Мелёшин А.А. Молекулярные маркеры генов экстремальной устойчивости к Y вирусу картофеля в сортах и гибридах Solanum tuberosum L. Российская сельскохозяйственная наука, 2019, 5: 17-22 ( ).
  • DOI: 10.31857/S2500-26272019517-22
  • Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Абросимова С.Б., Запекина Т.И., Мелешин А.А., Митюшкин А.В., Мананков В.В. Поиск источников генов устойчивости к патогенам среди образцов селекционно-генетических коллекций ВНИИКХ с использованием молекулярных маркеров. Защита картофеля, 2015, 1: 3-7.
  • Puchooa D. A simple, rapid and efficient method for the extraction of genomic DNA from lychee (Litchi chinensis Sonn.). African Journal of Biotechnology, 2004, 3(4): 253-255.
  • Hammer O., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica, 2001, 4(1): 1-9.
  • Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 2000, 155(2): 945-959.
  • Hubisz M.J., Falush D., Stephens M., Pritchard J.K. Inferring weak population structure with the assistance of sample group information. Molecular Ecology Resources, 2009, 9(5): 1322-1332 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1755-0998.2009.02591.x
  • Esfahani S.T., Shiran B., Balali G. AFLP markers for the assessment of genetic diversity in European and North American potato varieties cultivated in Iran. Crop Breeding and Applied Biotechnology, 2009, 9(1): 75-86 ( ).
  • DOI: 10.12702/1984-7033.v09n01a11
  • Machida-Hirano R. Diversity of potato genetic resources. Breed Science, 2015, 65(1): 26-40 ( ).
  • DOI: 10.1270/jsbbs.65.26
Еще
Статья научная