Вариабельность геномных RGA-локусов современных отечественных сортов картофеля: данные NBS-маркирования

Вариабельность геномных RGA-локусов современных отечественных сортов картофеля: данные NBS-маркирования

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

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Картофелеводство: наука и технологии

Статья в выпуске: 1 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Свойственный растениям иммунитет направлен на защиту от биотических и абиотических стрессов и, как следствие, на адаптацию к изменяющимся условиям среды. На первом уровне защиты используется широкий спектр рецепторов фитопатогенов, кодируемых R- генами устойчивости. Присутствие в рецепторах консервативного NBS-домена дает возможность маркировать геном растения с помощью амплификации аналогов R- генов. На этом основано мультилокусное NBS-маркирование, которое позволяет эффективно охарактеризовать геном растения с точки зрения представленности и вариабельности семейства R- генов, продукты которых имеют NBS-домен. Этот метод применяется для изучения разнообразия локусов R- генов устойчивости сельскохозяйственных культур и родственных им дикорастущих видов, явлений интрогрессивной гибридизации и эволюции R- генов у видов растений с различной степенью резистентности к патогенам. Также с помощью NBS-маркирования проводится генотипирование коллекций генбанков, разработка кодоминантных маркеров и насыщение генетических карт. Существующая необходимость паспортизации и сравнения генотипов сортов и ограниченное число таких работ в России делают актуальными исследования по молекулярному маркированию сортов агрокультур отечественной и зарубежной селекции, возделываемых на территории Российской Федерации. В настоящей работе NBS-маркирование было использовано для генотипирования 60 сортов и пяти перспективных селекционных клонов картофеля Solanum tuberosum отечественной и зарубежной селекции, а также образца родственного вида Solanum stoloniferum (в качестве внешней группы). С помощью двух комбинаций праймер/фермент (NBS7/MseI и NBS9/MseI) было сгенерировано 204 NBS-фрагмента, включая 144 (70,6 %) полиморфных и один уникальный для сорта Гала. Для каждого сорта был определен индивидуальный, специфичный спектр NBS-фрагментов. Анализ матрицы генетических расстояний между сортами показал, что исследуемая выборка сортов высокополиморфна (GD = 0,18-0,45 при среднем значении 0,33). Генетические расстояния внутри анализируемой выборки варьировали больше, чем между сортами S. tuberosum и образцом S. stoloniferum (0,27-0,40). Наиболее близкими оказались сорта селекции Всероссийского НИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха Солнечный/Памяти Рогачева (GD = 0,18) и Великан/Вымпел (GD = 0,19), а наиболее удаленными - сорта Чароит/Ред Скарлетт (GD = 0,45). Был проведен статистический анализ результатов NBS-маркирования, который позволил кластеризовать изучаемые образцы картофеля по различным признакам, связанным с родословной и устойчивостью к фитопатогенам. На дендрограмме и графиках, построенных с помощью программ PAST и Structure 2.3.4, наблюдалась слабая тенденция к группировке сортов по признакам устойчивости к Y вирусу картофеля (Potato virus Y, Potyvirus , Potyviridae ) и вирусу скручивания листьев картофеля (Potato leafroll virus, Polerovirus , Luteoviridae ). Продемонстрировано, что использованные в настоящей работе системы праймер/фермент для NBS-анализа могут быть применены в дальнейшем для исследования механизмов устойчивости сортов картофеля к биотическим стрессам.

Еще

Solanum tuberosum, российские сорта картофеля, сорта зарубежной селекции, геномный полиморфизм, nbs-lrr-маркирование, rga-анализ

Короткий адрес: https://sciup.org/142229466

IDR: 142229466   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.1.32rus

Список литературы Вариабельность геномных RGA-локусов современных отечественных сортов картофеля: данные NBS-маркирования

  • Marone D., Russo M.A., Laidr G., De Leonardis A.M., Mastrangelo A.M. Plant nucleotide binding site-leucine-rich repeat (NBS-LRR) genes: active guardians in host defense responses. International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14(4): 7302-7326 (doi: 10.3390/ijms14047302).
  • Vossen J.H., Dezhsetan S., Esselink D., Arens M., Sanz M.J., Verweij W., Verzaux E., van der Linden C.G. Novel applications of motif-directed profiling to identify disease resistance genes in plants. Plant Methods, 2013, 9(1): 37 (doi: 10.1186/1746-4811-9-37).
  • Glowacki S., Macioszek V.K., Kononowicz A.K. R proteins as fundamentals of plant innate immunity. Cellular & Molecular Biology Letters, 2010, 16(1): 1-24 (doi: 10.2478/s11658-010-0024-2).
  • van der Linden C.G., Wouters D.C., Mihalka V., Kochieva E.Z., Smulders M.J., Vosman B. Efficient targeting of plant disease resistance loci using NBS profiling. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 109(2): 384-393 (doi: 10.1007/s00122-004-1642-8).
  • Calenge F., van der Linden C.G., van de Weg E., Schouten H.J., van Arkel G., Denance C., Durel C.E. Resistance gene analogues identified through the NBS-profiling method map close to major genes and QTL for disease resistance in apple. Theoretical and Applied Genetics, 2005, 110(4): 660-668 (doi: 10.1007/s00122-004-1891-6).
  • Syed N.H., Serensen A.P., Antonise R., van de Wiel C., van der Linden C.G., van 't Westende W., Hooftman D.A., den Nijs H.C., Flavell A.J. A detailed linkage map of lettuce based on SSAP, AFLP and NBS markers. Theoretical and Applied Genetics, 2006, 112(3): 517-527 (doi: 10.1007/s00122-005-0155-4).
  • Mantovani P., van der Linden G., Maccaferri M., Sanguineti M.C., Tuberosa R. Nucleotide-binding site (NBS) profiling of genetic diversity in durum wheat. Genome, 2006, 49(11): 14731480 (doi: 10.1139/g06-100).
  • Кочиева Е.З., Рыжова Н.Н. Анализ вариабельности семейства генов устойчивости у представителей вида перца Capsicum annuum. Доклады академии наук, 2009, 425(2): 256-258.
  • 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: 253-255 (doi: 10.5897/AJB2004.000-2046).
  • 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: 1997-2015 (doi: 10.1007/s10722-013-9968-1).
  • Brugmans B., Wouters D., van Os H., Hutten R., van der Linden G., Visser R.G., van Eck H.J., van der Vossen E.A. Genetic mapping and transcription analyses of resistance gene loci in potato using NBS profiling. Theoretical and Applied Genetics, 2008, 117: 1379-1388 (doi: 10.1007/s00122-008-0871-7).
  • 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 (http://palaeo-elec-tronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm).
  • Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 2000, 155(2): 945-959 (https://www.genetics.org/content/155/2/945).
  • 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).
  • Plich J., Przetakiewicz J., liwka J., Flis B., Wasilewicz-Flis I., Zimnoch-Guzowska E. Novel gene Sen2 conferring broad-spectrum resistance to Synchytrium endobioticum mapped to potato chromosome XI. Theoretical and Applied Genetics, 2018, 131(11): 2321-2331 (doi: 10.1007/s00122-018-3154-y).
  • Hehl R., Faurie E., Hesselbach J., Salamini F., Witham S. TMV resistance gene N homologues are linked to Synchytrium endobioticum resistance in potato. Theoretical and Applied Genetics, 1999, 98: 379-386 (doi: 10.1007/s001220051083).
  • Ballvora A., Hesselbach J., Niewohner J., Leister D., Salamini F., Gebhardt C. Marker enrichment and high-resolution map of the segment of potato chromosome VII harbouring the nematode resistance gene Grol. Molecular and General Genetics, 1995, 249: 82-90 (doi: 10.1007/BF00290239).
  • Khiutti A., Afanasenko O., Antonova O., Shuvalov O., Novikova L., Krylova E., Chalaya N., Mironenko N., Spooner D.M., Gavrilenko T. Characterization of resistance to Synchytrium en-dobioticum in cultivated potato accessions from the collection of Vavilov Institute of Plant Industry (VIR) collection. Plant Breeding, 2012, 131: 744-750 (doi: 10.1111/j.1439-0523.2012.02005.x).
  • Sanz M.J., Loarce Y., Fominaya A., Vossen J.H., Ferrer E. Identification of RFLP and NBS/PK profiling markers for disease resistance loci in genetic maps of oats. Theoretical and Applied Genetics, 2013, 126(1): 203-218 (doi: 10.1007/s00122-012-1974-8).
  • Рогозина Е.В., Хавкин Э.Е. Межвидовые гибриды картофеля как доноры долговременной устойчивости к патогенам. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2017, 21(1): 30-41 (doi: 10.18699/VJ17.221).
  • 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).
  • Савельева Е.Н., Борис К.В., Кочиева Е.З., Кудрявцев А.М. Полиморфизм NBS-LRR генов устойчивости сортов яблони (Malus domestica Borkh.) по данным NBS-профайлинга. Генетика, 2016, 52(12): 1463-1468 (doi: 10.1134/S1022795416120115).
  • Sayar-Turet M., Dreisigacker S., Braun H.J., Hede A., MacCormack R., Boyd L.A. Genetic variation within and between winter wheat genotypes from Turkey, Kazakhstan, and Europe as determined by nucleotide-binding-site profiling. Genome, 2011, 54(5): 419-430 (doi: 10.1139/g11-008).
  • Ma F.F., Wu M., Liu Y.N., Feng X.Y., Wu X.Z., Chen J.Q., Wang B. Molecular characterization of NBS-LRR genes in the soybean Rsv3 locus reveals several divergent alleles that likely confer resistance to the soybean mosaic virus. Theoretical and Applied Genetics, 2018, 131(2): 253-265 (doi: 10.1007/s00122-017-2999-9).
  • Machida-Hirano R. Diversity of potato genetic resources. Breeding Science, 2015, 65(1): 26-40 (doi: 10.1270/jsbbs.65.26).
  • Kort J., Ross H., Rumpenhorst H.J., Stone A.R. An international scheme for the identification of pathotypes of potato cyst nematodes Globodera rostochiensis and G. pallida. Nematologica, 1977, 23: 333-339 (doi: 10.1163/187529277X00057).
  • Limantseva L., Mironenko N., Shuvalov O., Antonova O., Khiutti A., Novikova L., Afanasenko O., Spooner D., Gavrilenko T. Characterization of resistance to Globodera rostochiensis pathotype Ro1 in cultivated and wild potato species accessions. Plant Breeding, 2014, 133(5): 660-665 (doi: 10.1111/pbr.12195).
  • Barone A., Ritter E., Schachtschabel U., Debener T., Salamini F., Gebhardt C. Localization by restriction fragment length polymorphism mapping in potato of a major dominant gene conferring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Molecular Genetics and Genomics, 1990, 224(2): 177-182 (doi: 10.1007/bf00271550).
  • Bakker E., Achenbach U., Bakker J., van Vliet J., Peleman J., Segers B., van der Heijden S., van der Linde P., Graveland R., Hutten R., van Eck H., Coppoolse E., van der Vossen E., Bakker J., Goverse A. A high-resolution map of the H1 locus harboring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 109(1): 146-152 (doi: 10.1007/s00122-004-1606-z).
  • 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).
  • Гавриленко Т.А., Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Лебедева В.А., Евдокимова З.З., Га-джиев Н.М., Апаликова О.В., Алпатьева Н.В., Костина Л.И., Зотеева Н.М., Мамадбоки-рова Ф.Т., Егорова К.В. Молекулярный скрининг сортов и гибридов картофеля северозападной зоны Российской Федерации. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2018, 22(1): 35-45 (doi: 10.18699/VJ18.329).
  • 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.
  • Paal J., Henselewski H., Muth J., Meksem K., Menendez C., Salamini F., Ballvora A., Gebhardt C. Molecular cloning of the potato Gro 1-4 gene conferring resistance to pathotype Ro1 of the root cyst nematode Globodera rostochiensis, based on a candidate gene approach. The Plant Journal, 2004, 38(2): 285-297 (doi: 10.1111/j.1365-313X.2004.02047.x).
  • Finkers-Tomczak A., Bakker E., Boer J., Vossen E., Achenbach U., Golas T., Suryaningrat S., Smant G., Bakker J., Goverse A. Comparative sequence analysis of the potato cyst nematode resistance locus H1 reveals a major lack of co-linearity between three haplotypes in potato (So-lanum tuberosum ssp.). Theoretical and Applied Genetics, 2011, 122: 595-608 (doi: 10.1007/s00122-010-1472-9).
  • Ellenby C. Tuber forming species and varieties of the genus Solanum tested for resistance to the potato root eelworm Heterodera rostochiensis Wollenweber. Euphytica, 1954, 3: 195-202 (doi: 10.1007/BF00055593).
  • Chaparro-Garcia A., Wilkinson R.C., Gimenez-Ibanez S., Findlay K., Coffey M.D., Zipfel C., Rathjen J.P., Kamoun S., Schornack S. The receptor-like kinase SERK3/BAK1 is required for basal resistance against the late blight pathogen Phytophthora infestans in Nicotiana benthamiana. PLoS ONE, 2011, 6(1): e16608 (doi: 10.1371/journal.pone.0016608).
  • Leesutthiphonchai W., Vu A.L., Ah-Fong A.M.V., Judelson H.S. How does Phytophthora infestans evade control efforts? Modern insight into the late blight disease. Phytopathology, 2018, 108(8): 916-924 (doi: 10.1094/PHYT0-04-18-0130-IA).
  • Baebler S., Coll A., Gruden K. Plant molecular responses to Potato Virus Y: a continuum of outcomes from sensitivity and tolerance to resistance. Viruses, 2020, 12(2): pii:E217 (doi 10.3390/v12020217).
  • Szajko K., Strzelczyk-Zyta D., Marczewski W. Ny-1 and Ny-2 genes conferring hypersensitive response to potato virus Y (PVY) in cultivated potatoes: mapping and marker-assisted selection validation for PVY resistance in potato breeding. Molecular Breeding, 2014, 34: 267-271 (doi: 10.1007/s11032-014-0024-4).
  • Marczewski W., Flis B., Syller J., Strzelczyk-Zyta D., Hennig J., Gebhardt C. Two allelic or tightly linked genetic factors at the PLRV.4 locus on potato chromosome XI control resistance to potato leafroll virus accumulation. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 109(8): 1604-1609 (doi: 10.1007/s00122-004-1780-z).
  • Velasquez A.C., Mihovilovich E., Bonierbale M. Genetic characterization and mapping of major gene resistance to potato leafroll virus in Solanum tuberosum ssp. andigena. Theoretical and Applied Genetics, 2007, 114(6): 1051-1058. (doi: 10.1007/s00122-006-0498-5).
  • de Vries S., von Dahlen J.K., Schnake A., Ginschel S., Schulz B., Rose L.E. Broad-spectrum inhibition of Phytophthora infestans by fungal endophytes. FEMS Microbiology Ecology, 2018, 94(4): fiy037 (doi: 10.1093/femsec/fiy037).
  • Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Желтова В.В., Фомина Н.А., Костина Л.И., Мамадбоки-рова Ф.Т., Гавриленко Т.А. Скрининг сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) российской селекции с помощью маркеров Д-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., Митюш-кин 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).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp