vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-1-163-176vir-nw-1508Research 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 PROBLEMSМолекулярно-генетическое разнообразие сортов льна (Linum usitatissimum L.), представленных в Госреестре селекционных достижений Российской ФедерацииMolecular genetic diversity of flax cultivars (Linum usitatissimum L.) represented in the State Register for Selection Achievements of the Russian Federationhttps://orcid.org/0000-0001-9544-5528БазановТ. А.BazanovT. A.

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник

170041 Россия, Тверь, Комсомольский пр., 17/56

Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041, Russia 

t.bazanov@fnclk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0602-1211УщаповскийИ. В.UschapovskyI. V.

кандидат биологических наук, доцент, заместитель директора по научной работе

170041 Россия, Тверь, Комсомольский пр., 17/56

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Deputy Director for Research 

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041, Russia 

i.uschapovskv@fnclk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4633-392XЛогиноваН. Н.LoginovaN. N.

научный сотрудник 

170041 Россия, Тверь, Комсомольский пр., 17/56

 Researcher 

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041, Russia 

n.loginova@fnclk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6559-9577СмирноваЕ. В.SmirnovaE. V.

аспирант, младший научный сотрудник

170041 Россия, Тверь, Комсомольский пр., 17/56

 Postgraduate Student, Associate Researcher 

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041, Russia 

ev.smirnova@fnclk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7797-2578МихайловаП. Д.MikhailovaP. D.

 младший научный сотрудник 

170041 Россия, Тверь, Комсомольский пр., 17/56

 Associate Researcher 

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041, Russia 

p.mikhaylova@fnclk.ruФедеральный научный центр лубяных культурРоссияFederal Research Center for Bast Fiber CropsRussian Federation2023220420231841163176Copyright © Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Логинова Н.Н., Смирнова Е.В., Михайлова П.Д., 20232023Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Логинова Н.Н., Смирнова Е.В., Михайлова П.Д.Bazanov T.A., Uschapovsky I.V., Loginova N.N., Smirnova E.V., Mikhailova P.D.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/1508

Актуальность. При исследовании генетического разнообразия сельскохозяйственных растений, представленного как в виде разрешенных к возделыванию сортов, так и в виде многообразия образцов рабочих и национальных коллекций, применяют молекулярные маркеры, которые позволяют проводить идентификацию сортов, устанавливать филогенетические связи между ними и выявлять ценные генотипы для создания новых высокопродуктивных сортов. Одним из эффективных способов решения этих задач является применение SSR-маркеров. Целью данной работы является изучение генетического разнообразия современных сортов льна, представленных в Госреестре сортов Российской Федерации, с помощью SSR-маркеров, определение их филогенетических связей и генетическая паспортизация.Материалы и методы. Объектом исследования стали 82 сорта льна (60 сортов льна-долгунца, 22 сорта льна масличного) и 3 образца стародавних кряжевых льнов. Генетический анализ проводился методом ПЦР с использованием набора из 11 SSR-маркеров, меченых флуоресцентными красителями, с последующей детекцией продуктов на генетическом анализаторе.Результаты. При исследовании сортов было обнаружено 50 аллелей в 11 локусах, количество аллелей на локус варьировало от 2 до 10, в среднем 4,55 аллелей. Каждый образец льна содержал свойственный только ему набор аллелей.Заключение. Полученная SSR-база данных позволила разработать генетические паспорта каждого сорта в виде буквенно-цифрового кода. Также был проведен кластерный анализ и построена дендрограмма генетического подобия. Выявленные родственные связи между сортами согласуются с информацией об их происхождении.

Background. When researching crop genetic diversity, including flax species, molecular markers are used to identify cultivars, establish phylogenetic relationships among them and select valuable genotypes and sources of useful traits. One of the effective ways to solve these tasks is the use of SSR markers, as a molecular method. The aim of this work was to study the molecular genetic polymorphism of modern flax cultivars listed in the State Register for Selection Achievements of the Russian Federation, find out their phylogenetic relationships and develop a version of their genetic certification.Materials and methods. The materials for the research were 82 flax cultivars (60 cultivars of fiber flax and 22 of oilseed flax) and 3 ancient landraces. Genetic analysis was carried out using the PCR method with a set of 11 SSR markers labeled with fluorescent dyes, followed by the detection of products on the genetic analyzer.Results. The study of the cultivars revealed 50 alleles at 11 loci, with the number of alleles per locus ranging from 2 to 10, averaged to 4.55 alleles per locus. Each flax sample contained a unique set of alleles.Conclusion. The resulting SSR database made it possible to develop genetic certificates for each cultivar in the form of an alphanumeric code. A cluster analysis was also carried out and a dendrogram of genetic similarity was constructed. The identified sib relationships among the cultivars confirmed the information about their origin.

лен-долгунецлен масличныйДНК-маркерыПЦРполиморфизмгенетическая паспортизацияселекцияfiber flaxoilseed flaxDNA markersPCRpolymorphismgenetic certificationbreedingРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России по теме № 0477-2019- 0023.The work was carried out within the framework of the state task assigned by the Ministry of Education and Science of Russia, Theme No. 0477-2019-0023. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesЧесноков Ю.В. Генетические маркеры: сравнительная классификация молекулярных маркеров. Овощи России. 2018;(3):11-15. DOI: 10.18619/2072-9146-2018-3-11-15Chesnokov Yu.V. Genetic markers: comparative classification of molecular markers. Vegetable Crops of Russia. 2018;(3):11-15. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2018-3-11-15Cullis C.A. (ed.). Genetics and genomics of Linum. 23rd ed. Cham: Springer Nature Switzerland; 2019. DOI: 10.1007/978-3-030-23964-0Cullis C.A. (ed.). Genetics and genomics of Linum. 23rd ed. Cham: Springer Nature Switzerland; 2019. DOI: 10.1007/978-3-030-23964-0El Sayed A., Ezzat S.M., Mostafa S., Zedan S., Abdel-Sattar E., El Tanbouly N. Inter simple sequence repeat analysis of genetic diversity and relationship in four Egyptian flaxseed genotypes. Pharmacognosy Research. 2018;10(2):166-172. DOI: 10.4103/pr.pr_126_17El Sayed A., Ezzat S.M., Mostafa S., Zedan S., Abdel-Sattar E., El Tanbouly N. Inter simple sequence repeat analysis of genetic diversity and relationship in four Egyptian flaxseed genotypes. Pharmacognosy Research. 2018;10(2):166-172. DOI: 10.4103/pr.pr_126_17Hoque A., Fiedler J.D., Rahman M. Genetic diversity analysis of a flax (Linum usitatissimum L.) global collection. BMC Genomics. 2020;21(1):557. DOI: 10.1186/s12864-020-06922-2Hoque A., Fiedler J.D., Rahman M. Genetic diversity analysis of a flax (Linum usitatissimum L.) global collection. BMC Genomics. 2020;21(1):557. DOI: 10.1186/s12864-020-06922-2Jiang H., Pan G., Liu T., Chang L., Huang S., Tang H. et al. Development and application of novel InDel markers in flax (Linum usitatissimum L.) through whole-genome re-sequencing. Genetic Resources and Crop Evolution. 2022;69(4):1471-1483. DOI: 10.1007/s10722-021-01313-2Jiang H., Pan G., Liu T., Chang L., Huang S., Tang H. et al. Development and application of novel InDel markers in flax (Linum usitatissimum L.) through whole-genome re-sequencing. Genetic Resources and Crop Evolution. 2022;69(4):1471-1483. DOI: 10.1007/s10722-021-01313-2Nag S., Mandal R., Mitra J. Exploration of genetic structure and association mapping for fibre quality traits in global flax (Linum usitatissimum L.) collections utilizing SSRs markers. Plant Gene. 2020;24:100256. DOI: 10.1016/j.plgene.2020.100256Nag S., Mandal R., Mitra J. Exploration of genetic structure and association mapping for fibre quality traits in global flax (Linum usitatissimum L.) collections utilizing SSRs markers. Plant Gene. 2020;24:100256. DOI: 10.1016/j.plgene.2020.100256Nagabhushanam B., Mir M.I., Nagaraju M., Sujatha E., Devi B.R., Kumar B.K. Genetic diversity analysis of Linseed (Linum usitatissimum L.) accessions using RAPD Markers. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2021;33(7):589-599. DOI: 10.9755/ejfa.2021.v33.i7.2736Nagabhushanam B., Mir M.I., Nagaraju M., Sujatha E., Devi B.R., Kumar B.K. Genetic diversity analysis of Linseed (Linum usitatissimum L.) accessions using RAPD Markers. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2021;33(7):589-599. DOI: 10.9755/ejfa.2021.v33.i7.2736Niyitanga S., Yang X., Guerriero G., Jin S., Qi J., Zhang L. et al. Editorial: Applied genetics of natural fiber plants. Frontiers in Genetics. 2021;12:647225. DOI: 10.3389/fgene.2021.647225Niyitanga S., Yang X., Guerriero G., Jin S., Qi J., Zhang L. et al. Editorial: Applied genetics of natural fiber plants. Frontiers in Genetics. 2021;12:647225. DOI: 10.3389/fgene.2021.647225Pan G., Chen A., Li J., Huang S., Tang H., Chang L. et al. Genomewide development of simple sequence repeats database for flax (Linum usitatissimum L.) and its use for genetic diversity assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67(4):865-874. DOI: 10.1007/s10722-020-00882-yPan G., Chen A., Li J., Huang S., Tang H., Chang L. et al. Genomewide development of simple sequence repeats database for flax (Linum usitatissimum L.) and its use for genetic diversity assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67(4):865-874. DOI: 10.1007/s10722-020-00882-yПетрушин В.В., Кудрякова С.А., Золотова Р.П. Результаты испытания новых сортов льна-долгунца для условий Костромской области. Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2017;1(49):112-116.Petrushin V.V, Kudryakova S.A., Zolotova R.P. Results of test new of grades of long-fibred flax for conditions of the Kostroma region. Modern High Technologies. Regional Appendix. 2017;1(49):112-116. [in Russian].Понажев В.П., Рожмина Т.А., Павлова Л.Н. Проблемы обеспечения льняной отрасли высококачественным льносырьем. Достижения науки и техники АПК. 2014;(3):61-63.Ponazhev V.P., Rozhmina T.A., Pavlova L.N. Problems of maintenance of the flax industry high-quality raw materials. Achievements of Science and Technology of AIC. 2014;(3):61-63. [in Russian].Попова Г.А., Мичкина Г.А. 80 лет Томской селекции и семеноводству льна-долгунца. В кн.: Льноводство: современное состояние и потенциал развития. Материалы межрегиональной научно-практической конференции; 04 июля 2017 г.; Томск, Россия. Томск: Графика; 2017. С.10-15.Popova G.A., Michkina G.A. 80 years of Tomsk breeding and seed-growing of fibre flax. In: Flax growing: current status and development potential. Proceedings of the Interregional Scientific and Practical Conference; July 04, 2017; Tomsk. Russia (Lnovodstvo: sovremennoye sostoyaniye i potentsial razvitiya. Materialy mezhregionalnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii; 04 iyulya 2017 g.; Tomsk, Rossiya). Tomsk: Grafika; 2017. p.10-15. [in Russian].Пороховинова Е.А., Шеленга Т.В., Матвеева Т.В., Павлов А.В., Григорьева Е.А., Брач Н.Б. Полиморфизм генов, контролирующих низкое содержание линоленовой кислоты, у линий генетической коллекции льна ВИР. Экологическая генетика. 2019; 17(2):5-19. DOI: 10.17816/ecogen1725-19Porokhovinova E.A., Shelenga T.V., Matveeva T.V., Pavlov A.V., Grigorieva E.A., Brutch N.B. Polymorphism of genes controlling low level of linolenic acid in lines from VIR flax genetic collection. Ecological Genetics. 2019;17(2):5-19. [in Russian]. DOI: 10.17816/ecogen1725-19Saha D., Rana R.S., Das S., Datta S., Mitra J., Cloutier S.J. et al. Genome-wide regulatory gene-derived SSRs reveal genetic differentiation and population structure in fiber flax genotypes. Journal of Applied Genetics. 2019;60(1):13-25. DOI: 10.1007/s13353-018-0476-zSaha D., Rana R.S., Das S., Datta S., Mitra J., Cloutier S.J. et al. Genome-wide regulatory gene-derived SSRs reveal genetic differentiation and population structure in fiber flax genotypes. Journal of Applied Genetics. 2019;60(1):13-25. DOI: 10.1007/s13353-018-0476-zSaitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular Biology and Evolution. 1987;4(4):406-425. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular Biology and Evolution. 1987;4(4):406-425. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454Saroha A., Pal D., Kaur V., Kumar S., Bartwal A., Aravind J.et al. Agro-morphological variability and genetic diversity in linseed (Linum usitatissimum L.) germplasm accessions with emphasis on flowering and maturity time. Genetic Resources and Crop Evolution. 2022;69(1):315-333. DOI: 10.1007/s10722-021-01231-3Saroha A., Pal D., Kaur V., Kumar S., Bartwal A., Aravind J.et al. Agro-morphological variability and genetic diversity in linseed (Linum usitatissimum L.) germplasm accessions with emphasis on flowering and maturity time. Genetic Resources and Crop Evolution. 2022;69(1):315-333. DOI: 10.1007/s10722-021-01231-3Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: Росинформагротех; 2022. URL: https://gossortrf.ru/wp-content/uploads/2022/06/Реестр%20на%20допуск%202022.pdf [дата обращения: 06.04.2022].State Register for Selection Achievements Admitted for Usage (National List). Vol. 1 “Plant varieties” (official publication). Moscow; Rosinformagrotekh; 2022. [in Russian]. URL: https://clck.ru/34D6pF [дата обращения: 06.04.2022].Talebi S.M., Matsyura A. Genetic structure of some Iranian, New and Old Worlds Linum usitatissimum L. populations. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science. 2021;45(4):1143-1153. DOI: 10.1007/S40995-021-01074-8Talebi S.M., Matsyura A. Genetic structure of some Iranian, New and Old Worlds Linum usitatissimum L. populations. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science. 2021;45(4):1143-1153. DOI: 10.1007/S40995-021-01074-8Трабурова Е.А., Конова А.М., Гаврилова А.Ю., Зуева С.М., Чехалков С.М. Сравнительная характеристика среднеспелых сортов льна-долгунца смоленской селекции. Аграрный вестник Урала. 2020;1(192):28-34. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-28-34Traburova E.A., Konova A.M., Gavrilova A.Y., Zuyeva S.M., Chekhalkov S.M. Comparative characteristics of mediummaturing varieties of fiber-flax of Smolensk selection. Agrarian Bulletin of the Urals. 2020;1(192):28-34. [in Russian]. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-28-34You F.M., Cloutier S., Rashid K.Y., Duguid S. Flax (Linum usitatissimum L.) genomics and breeding In: J.M. Al-Khayri, S.M. Jain, D.V. Johnson (eds). Advances in Plant Breeding Strategies: Industrial and Food Crops. Cham: Springer; 2019. p.277-317. DOI: 10.1007/978-3-030-23265-8_9You F.M., Cloutier S., Rashid K.Y., Duguid S. Flax (Linum usitatissimum L.) genomics and breeding In: J.M. Al-Khayri, S.M. Jain, D.V. Johnson (eds). Advances in Plant Breeding Strategies: Industrial and Food Crops. Cham: Springer; 2019. p.277-317. DOI: 10.1007/978-3-030-23265-8_9

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