vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2021-3-151-158vir-nw-1040Research ArticleИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ПРОБЛЕМIDENTIFICATION OF THE DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES FOR SOLVING FUNDAMENTAL AND APPLIED PROBLEMSАнализ вариабельности микросателлитных локусов сортов яблони селекции ВИРMicrosatellite loci variability in apple cultivars developed at VIRhttps://orcid.org/0000-0002-8009-6780ШлявасА. В.ShlyavasA. V.

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

ann2668@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9618-5932ТрифоноваА. А.TrifonovaA. A.

119991 Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3

3 Gubkina St., Moscow 119333, Russia

aichka89@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7215-9908ЧепиногаИ. С.ChepinogaI. S.

353384 Россия, Краснодарский край, г. Крымск, ул. Вавилова, 12

12 Vavilova St., Krymsk, Krasnodar Territory 353384, Russia

kross67@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6505-7372СиднинА. С.SidninA. S.

404160 Россия, Волгоградская обл., г. Краснослободск, квартал Опытная станция ВИР, 30

30 VIR Exp. Station Block, Krasnoslobodsk 404160, Russia

gnuvosvniir@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8479-4949БорисК. В.BorisK. V.

119991 Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3

3 Gubkina St., Moscow 119333, Russia

docboris@mail.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationИнститут общей генетики имени Н. И. Вавилова Российской академии наукРоссияVavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, Крымская опытно-селекционная станция ВИРРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, Krymsk Experiment Breeding Station of VIRRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, Волгоградская опытная станция ВИРРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, Volgograd Experiment Station of VIRRussian Federation2021081020211823151158Copyright © Шлявас А.В., Трифонова А.А., Чепинога И.С., Сиднин А.С., Борис К.В., 20212021Шлявас А.В., Трифонова А.А., Чепинога И.С., Сиднин А.С., Борис К.В.Shlyavas A.V., Trifonova A.A., Chepinoga I.S., Sidnin A.S., Boris K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1040Актуальность

Актуальность. Микросателлитные (SSR) маркеры в настоящее время широко применяются как для исследования генетического разнообразия коллекций плодовых, в том числе яблони (Malus × domestica Borkh.), так и для генотипирования отдельных образцов. В крупнейшей в России коллекции яблони ВИР сохраняются сорта, созданные на пяти опытных станциях ВИР в разное время. Данные сорта ранее не изучались с использованием микросателлитных маркеров.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучено 35 сортов яблони селекции ВИР и четыре родительские формы с использованием набора из 10 SSR-маркеров (CH02c02b, CH03d01, CH01f03b, CH02d08, CH02c02a, CH05e03, CH02c09, CHVf1, CH01h01, COL). Фрагментный анализ проведен на ABI Prism 3130xl. Результаты. У 35 сортов яблони селекции ВИР выявлено 97 аллелей по десяти изученным локусам. Количество аллелей на локус варьировало от 5 (CH02с02b) до 17 (CH02c02a). Частота уникальных аллелей составила 26,8%, редких аллелей – 12,4%. Уровень информативности маркеров варьировал от 0,49 (СН02с02b) до 0,91 (CH02c02a) при среднем значении 0,76. Показатели ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности для изученной выборки в среднем составили 0,79 и 0,56 соответственно. Кластерный анализ, проведенный по результатам исследования, не выявил четкого разделения сортов по месту происхождения, однако выявил дифференциацию согласно родословным.

Заключение

Заключение. Выявлен высокий уровень полиморфизма 35 сортов яблони селекции ВИР с использованием десяти SSR-маркеров. Данные об аллельном составе изученных сортов могут быть использованы для их идентификации и в дальнейшем для установления происхождения сортов с неизвестной родословной.

Background

Background. Microsatellite (SSR) markers are now widely used both for studying genetic diversity in fruit crop collections, including apple (Malus × domestica Borkh.), and for genotyping individual accessions. The apple collection held by VIR, being the largest in Russia, contains cultivars bred at five experiment stations of VIR. These cultivars not only meet the requirements of horticulture in the region of their origin, but also are interesting as sources of valuable traits for breeding programs. However, these cultivars have not previously been studied using microsatellite markers. Materials and methods. A set of 10 SSR markers (CH02c02b, CH03d01, CH01f03b, CH02d08, CH02c02a, CH05e03, CH02c09, CHVf1, CH01h01, COL) was used for genotyping 35 apple cultivars developed at VIR and four parental forms. Fluorescently labeled PCR products were separated by capillary electrophoresis on ABI Prism 3130xl.

Results

Results. In 35 apple cultivars from VIR, 97 alleles were identified at ten studied loci. The number of alleles per locus varied from 5 (CH02c02b) to 17 (CH02c02a). The frequency of unique alleles was 26,8%, with 12,4% for rare alleles. Polymorphism information content (PIC) values varied from 0,49 (CH02c02b) to 0,91 (CH02c02a) and averaged 0,76. Expected and observed heterozygosity levels averaged 0,79 and 0,56, respectively. Cluster analysis did not reveal a clear division of cultivars according to the place of origin (experiment stations of VIR), but revealed clustering according to pedigrees.

Conclusion

Conclusion. A high level of polymorphism was observed in 35 apple cultivars from VIR using ten SSR markers. The obtained data on the allelic composition of the studied cultivars can be used for their identification and contribute to more efficient collection  management. Further studying and SSR genotyping of VIR’s apple collection and comparison with the data obtained in the presented work can help to identify the origin of cultivars with unknown pedigrees.

Malus × domestica Borkh.SSR-маркерыгенетическое разнообразиегенотипированиеMalus × domestica Borkh.SSR markersgenetic diversitygenotypingРабота выполнена в рамках государственного зада- ния согласно бюджетным проектам ВИР по теме № 0662- 2020-0004 «Коллекции ВИР вегетативно размножаемых культур (картофель, плодовые, ягодные, декоративные, виноград) и их диких родичей – изучение и рациональное использование» и при поддержке гранта РФФИ 17-29-08020.The work was done within the framework of the State Task according to the theme plan of VIR, Project No. 0662-2019-0004 “Collections of vegetatively propagated crops (potato, fruit, berry and ornamental crops, grapes) and their wild relatives at VIR: studying and sustainable utilization”, and supported by the grant from the Russian Foundation for Basic Research, No. 17-29-08020.ReferencesBaric S., Storti A., Hofer M., Guerra W., Dalla Via J. Molecular genetic identification of apple cultivars based on microsatellite DNA analysis. I. The database of 600 validated profiles. Erwerbsobstbau. 2020;62(2):117-154. DOI: 10.1007/s10341-020-00483-0Baric S., Storti A., Hofer M., Guerra W., Dalla Via J. Molecular genetic identification of apple cultivars based on microsatellite DNA analysis. I. The database of 600 validated profiles. Erwerbsobstbau. 2020;62(2):117-154. DOI: 10.1007/s10341-020-00483-0Атлас лучших сортов плодовых и ягодных культур Краснодарского края. Т. 1. Яблоня / под ред. Г. В. Еремина. Краснодар; 2008.Eremin G.V. (ed.). Atlas of the best varieties of fruit and berry crops in Krasnodar Territory. Vol. 1. Apple tree (Atlas luchshikh sortov plodovykh i yagodnykh kultur Krasnodarskogo kraya. T. 1. Yablonya). Krasnodar; 2008. [in Russian]Gianfranceschi L., Seglias N., Tarchini R., Komjanc M., Gessler C. Simple sequence repeats for the genetic analysis of apple. Theoretical and Applied Genetics. 1998;96(8):1069-1076. DOI: 10.1007/s001220050841Gianfranceschi L., Seglias N., Tarchini R., Komjanc M., Gessler C. Simple sequence repeats for the genetic analysis of apple. Theoretical and Applied Genetics. 1998;96(8):1069-1076. DOI: 10.1007/s001220050841Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis. Paleontologia Electronica. 2001;4(1):9.Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis. Paleontologia Electronica. 2001;4(1):9.Куликов И.М., Кудрявцев А.М., Марченко Л.А., Морозова Н.Г., Борис К.В., Трифонова А.А. и др. Полиморфизм микросателлитных локусов сортов яблони (Malus domestica Borkh.) современной селекции ФГБНУ ВСТИСП. Садоводство и виноградарство. 2018;(1):6-10. DOI: 10.25556/VSTISP.2018.1.10495Kulikov I.M., Kudryavtsev A.M., Marchenko L.A., Mo rozova N.G., Boris K.V., Trifonova A.A. et al. Polymorphism of microsatellite loci of apple varieties (Malus domestica Borkh.) of ARHIBAN contemporary breeding. Horticulture and Viticulture. 2018;(1):6-10. [in Russian] DOI: 10.25556/VSTISP.2018.1.10495Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution. 2018;35(6):1547-1549. DOI: 10.1093/molbev/msy096Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution. 2018;35(6):1547-1549. DOI: 10.1093/molbev/msy096Lassois L., Denancé C., Ravon E., Guyader A., Guisnel R., Hibrand-Saint-Oyant L. et al., Genetic diversity, population structure, parentage analysis, and construction of core collections in the French apple germplasm based on SSR markers. Plant Molecular Biology Reporter. 2016;34(4):827-844. DOI: 10.1007/s11105-015-0966-7Lassois L., Denancé C., Ravon E., Guyader A., Guisnel R., Hibrand-Saint-Oyant L. et al., Genetic diversity, population structure, parentage analysis, and construction of core collections in the French apple germplasm based on SSR markers. Plant Molecular Biology Reporter. 2016;34(4):827-844. DOI: 10.1007/s11105-015-0966-7Liebhard R., Gianfranceschi L., Koller B., Ryde C.D., Tarchini R., Van De Weg E. et al. Development and characterization of 140 new microsatellites in apple (Malus × domestica Borkh.). Molecular Breeding. 2002;10(4):217-241. DOI: 10.1023/A:1020525906332Liebhard R., Gianfranceschi L., Koller B., Ryde C.D., Tarchini R., Van De Weg E. et al. Development and characterization of 140 new microsatellites in apple (Malus × domestica Borkh.). Molecular Breeding. 2002;10(4):217-241. DOI: 10.1023/A:1020525906332Nagy S., Poczai P., Cernák I., Gorji A.M., Hegedüs G., Taller J. PICcalc: an online program to calculate polymorphic information content for molecular genetic studies. Biochemical Genetics. 2012;50(9-10):670-672. DOI: 10.1007/s10528-012-9509-1Nagy S., Poczai P., Cernák I., Gorji A.M., Hegedüs G., Taller J. PICcalc: an online program to calculate polymorphic information content for molecular genetic studies. Biochemical Genetics. 2012;50(9-10):670-672. DOI: 10.1007/s10528-012-9509-1Peace C.P., Bianco L., Troggio M., Van De Weg E., Hovard N.P, Cornill A. et al. Apple whole genome sequences: recent advances and new prospects. Horticulture Research. 2019;6:59. DOI: 10.1038/s41438-019-0141-7Peace C.P., Bianco L., Troggio M., Van De Weg E., Hovard N.P, Cornill A. et al. Apple whole genome sequences: recent advances and new prospects. Horticulture Research. 2019;6:59. DOI: 10.1038/s41438-019-0141-7Peakall R., Smouse P.E. GenALEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460Peakall R., Smouse P.E. GenALEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460Pereira-Lorenzo S., Urrestarazu J., Ramos-Cabrer A.M., Miranda C., Pina А., Dapena E. et al. Analysis of the genetic diversity and structure of the Spanish apple genetic resources suggests the existence of an Iberian genepool. Annals of Applied Biology. 2017;171(3):424-440. DOI: 10.1111/aab.12385Pereira-Lorenzo S., Urrestarazu J., Ramos-Cabrer A.M., Miranda C., Pina А., Dapena E. et al. Analysis of the genetic diversity and structure of the Spanish apple genetic resources suggests the existence of an Iberian genepool. Annals of Applied Biology. 2017;171(3):424-440. DOI: 10.1111/aab.12385Pikunova A.V., Sedov E.N., Gorbatchova N.G., Dolzhikova M.A., Yanchuk T.V., Serova Z.M. et al. Microsatellite loci polymorphism of apple (Malus domestica Borkh.) genotypes with different ploidy level. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):442-450. DOI: 10.1134/S1022795418040129Pikunova A.V., Sedov E.N., Gorbatchova N.G., Dolzhikova M.A., Yanchuk T.V., Serova Z.M. et al. Microsatellite loci polymorphism of apple (Malus domestica Borkh.) genotypes with different ploidy level. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):442-450. DOI: 10.1134/S1022795418040129Silfverberg-Dilworth E., Matasci C.L., Van de Weg W.E., Van Kaauwen M.P.W., Walser M., Kodde L.P. et al. Microsatellite markers spanning the apple (Malus × domestica Borkh.) genome. Tree Genetics and Genomes. 2006;2:202-224. DOI: 10.1007/s11295-006-0045-1Silfverberg-Dilworth E., Matasci C.L., Van de Weg W.E., Van Kaauwen M.P.W., Walser M., Kodde L.P. et al. Microsatellite markers spanning the apple (Malus × domestica Borkh.) genome. Tree Genetics and Genomes. 2006;2:202-224. DOI: 10.1007/s11295-006-0045-1Супрун И.И, Ушакова Я.В., Токмаков С.В., Дюрель Ч.Э., Денанс К., Ульяновская Е.В. Изучение генетического разнообразия современных сортов яблони (Malus × domestica Borkh.) отечественной селекции с использованием микросателлитных локусов. Сельскохозяйственная биология. 2015;50(1):37-45. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.1.37rusSuprun I.I., Ushakova Ya.V., Tokmakov S.V., Durel Ch.E., Denance C., Ul’yanovskayaE.V. Genetic diversity study of modern Russian apple (Malus × domestica Borkh.) cultivars by the SSR loci analysis. Agricultural Biology. 2015;50(1):37-45. [in Russian] DOI: 10.15389/agrobiology.2015.1.37rusVinatzer B.A., Patocchi A., Tartarini S., Gianfranceschi L., Sansavini S., Gessler C. Isolation of two microsatellite markers from BAC clones of the Vf scab resistance region and molecular characterization of scab-resistant accessions in Malus germplasm. Plant Breeding. 2004;123(4):321-326. DOI: 10.1111/j.14390523.2004.00973.xVinatzer B.A., Patocchi A., Tartarini S., Gianfranceschi L., Sansavini S., Gessler C. Isolation of two microsatellite markers from BAC clones of the Vf scab resistance region and molecular characterization of scab-resistant accessions in Malus germplasm. Plant Breeding. 2004;123(4):321-326. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2004.00973.x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.