vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2019-4-81-87vir-nw-459Research ArticleГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙGENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESГенетический полиморфизм современных сортов льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) российской селекции с использованием SSR-маркеровGenetic polymorphism of modern common flax (Linum usitatissimum L.) cultivars developed at Russian breeding centers using SSR markersБазановТ. А.BazanovT. A.

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

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041

t.bazanov@fnclk.ruУщаповскийИ. В.UshchapovskiiI. V.

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

17/56 Komsomolsky Ave., Tver 170041

ЛемешВ. А.LemeshV. A.

220072 г. Минск, ул. Академическая, 27

27 Akademicheskaya St., Minsk 220072

V.Lemesh@igc.byБогдановаМ. В.BahdanavaM. V.

220072 г. Минск, ул. Академическая, 27

27 Akademicheskaya St., Minsk 220072

ЛагуновскаяЕ. В.LahunovskayaA. V.

220072 г. Минск, ул. Академическая, 27

27 Akademicheskaya St., Minsk 220072

Федеральный научный центр лубяных культурРоссияFederal Research Center of Bast CropsRussian FederationИнститут генетики и цитологии НАН БеларусиБеларусьInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus20190601202018048187Copyright © Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Лемеш В.А., Богданова М.В., Лагуновская Е.В., 20202020Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Лемеш В.А., Богданова М.В., Лагуновская Е.В.Bazanov T.A., Ushchapovskii I.V., Lemesh V.A., Bahdanava M.V., Lahunovskaya A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/459Актуальность

Актуальность. Молекулярное маркирование геномов растений, основанное на использовании ДНК-маркеров, становится надежным инструментом в вопросах сортовой идентификации и может обеспечить защиту авторских прав селекционных учреждений, чистоту процессов семеноводства и прозрачность отечественного рынка семян. Для решения задач по идентификации и паспортизации сельскохозяйственных культур большое значение имеет система SSR-маркеров, которая может успешно применяться и на льне-долгунце, и на льне масличном. Целью данного исследования стало изучение полиморфизма ряда современных российских сортов льнадолгунца и разработка их генетического паспорта.

Материалы и методы

Материалы и методы. Из значительного многообразия SSRмаркеров (более 1300), используемых в работах с культурой льна (Linum usitatissimum L.), наиболее информативными для задач паспортизации представляется набор из 11 SSR-праймеров, который характеризуется наиболее точным генотипированием образцов. С использованием предложенного набора маркеров было проведено изучение полиморфизма одиннадцати сортов льна-долгунца селекции трех географически отдаленных оригинаторов – тверской, псковской и томской селекции.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. В изучаемой выборке было определено 53 аллеля, из которых 15 оказались редкими, в том числе 11 – уникальных. Каждый образец льна содержал свойственный только ему набор аллелей. Использование буквенного кода для SSR-маркеров позволило разработать генетические паспорта, позволяющие проводить точное генотипирование морфологически сложно различимых образцов, что показывает возможность проведения паспортизации всех сортов льна, включенных в Государственный реестр селекционных достижений РФ. Кластерный анализ с построением дендрограммы генетического подобия выявил различия изученных образцов в распределении по месту селекции и продолжительности вегетационного периода.

Background

Background. Molecular identification of plant genomes, based on the use of DNA markers, is becoming a reliable tool for cultivar identification. Widespread application of DNA markers will ensure protection of breeders’ rights for plant breeding centers, purity of seed production processes, and transparency of the domestic crop seed market. The system of SSR markers is suitable to solve the problems of identification and genetic profiling of many crops; it could be successfully used on flax and linseed. The aim of this work was to study the polymorphism of a number of modern Russian common flax cultivars and develop their genetic profiles.

Materials and methods

Materials and methods. Among the large number of SSR markers (over 1300) used for common flax (Linum usitatissimum L.), the most informative for genotype identification is, in our opinion, the set of 11 SSR primers, characterized by their highest precision. This set of markers was used to study the polymorphism of eleven flax cultivars developed in three geographically diverse locations – Tver, Pskov and Tomsk.

Results and discussion

Results and discussion. In the studied group of cultivars 53 alleles were identified: 15 of these appeared to be rare, including 11 unique ones. Each flax sample contained its specific set of alleles. Using the alphabetic code for SSR markers made it possible to develop genetic profiles for more precise genotyping of flax samples hardly distinguishable morphologically, thus providing an opportunity to effectuate genetic profiling for all flax cultivars listed in the State Register of Breeding Achievements in Russia. Cluster analysis with a dendrogram showing genetic similarities helped to find differences among the studied flax samples in their distribution according to the place of their origination and the duration of their growing seasons.

ленмолекулярные маркерыПЦРгенетическая паспортизацияселекцияflaxmolecular markersPCRgenetic profilingplant breedingРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России по теме № 0477-2019-0023.ReferencesЧесноков Ю.В. ДНК-фингерпринтинг и анализ генетического разнообразия у растений. Сельскохозяйственная биология. 2005;40(1):20-40.Chesnokov Yu.V. DNA-fingerprinting and analysis of genetic diversity in plants. Agricultural Biology. 2005;40(1):20-40. [in Russian]. Cloutier S., Miranda E., Ward K., Radovanovic N., Reimer E., Walichnowski A. et al. Simple sequence repeat marker development from bacterial artificial chromosome end sequences and expressed sequence tags of flax (Linum usitatissimum L.). Theor Appl Genet. 2012;125(4):685-694. DOI: 10.1007/s00122-112-1860-4. Cloutier S., Miranda E., Ward K., Radovanovic N., Reimer E., Walichnowski A. et al. Simple sequence repeat marker development from bacterial artificial chromosome end sequences and expressed sequence tags of flax (Linum usitatissimum L.). Theor Appl Genet. 2012;125(4):685-694. DOI: 10.1007/s00122-112-1860-4Давидчук Н.Д., Корабельская Е.М., Еремеева Н.В., Кобыльский Г.И. Полиморфизм запасных белков и использование его в семеноводстве пшеницы и ячменя. Вестник Тамбовского государственного университета. 2009;149(1):116-121.Davidchuk N.D., Korabelskaya E.M., Eremeeva N.V., Kobylsky G.I. Polymorphism of storage proteins and its use in wheat and barley seed production (Polimorfizm zapasnykh belkov i ispolzovaniye yego v semenovodstve pshenitsy i yachmenya). Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of Tambov State University. 2009;149(1):116-121. [in Russian]Dholakia B.B., Ammiraju J.S.S., Santra D.K., Singh H., Katti M.V., Lagu M.D. et al. Molecular marker analysis of protein content using PCR-based markers in wheat. Biochem Genet. 2001;39(9-10):325-338. DOI: 10.1023/a:1012256813965Dholakia B.B., Ammiraju J.S.S., Santra D.K., Singh H., Katti M.V., Lagu M.D. et al. Molecular marker analysis of protein content using PCR-based markers in wheat. Biochem Genet. 2001;39(9-10):325-338. DOI: 10.1023/a:1012256813965Gong Y., Xu S., Mao W., Hu Q., Zhang G., Ding J. et al. Developing new SSR markers from ESTs of pea (Pisum sativum L.). J. Zhejiang Univ. Sci. B. 2010;11(9):702-707. DOI: 10.1631/jzus.B1000004Gong Y., Xu S., Mao W., Hu Q., Zhang G., Ding J. et al. Developing new SSR markers from ESTs of pea (Pisum sativum L.). J. Zhejiang Univ. Sci. B. 2010;11(9):702-707. DOI: 10.1631/jzus.B1000004Гостимский С.А., Кокаева З.Г., Коновалов Ф.А. Изучение организации и изменчивости генома растений с помощью молекулярных маркеров. Генетика. 2005;41(4):480-490.Gostimsky S.A., Kokaeva Z.G., Konovalov F.A. Studying plant genome variation using molecular markers. Russian Journal of Genetics. 2005;41(4):480-490. [in Russian]Лемеш В.А., Богданова М.В., Хотылева Л.В. Полиморфизм микросателлитных локусов сортов льна масличного. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2012;56(4):77-82.Lemesh V.A., Bogdanova M.V., Khotyleva L.V. Microsatellite loci polymorphism of linseed varieties. Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus. 2012;56(4):77-82. [inRussian]Лемеш В.А., Богданова М.В., Семашко Т.В., Бейня В.А., Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Полиморфизм микросателлитных локусов льна (Linum usitatissimum L.) как основа генетической паспортизации сортов. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2013;57(2):74-78.Lemesh V.A., Bogdanova M.V., Semashko T.V., Beinya V.A., Kilchevskiy A.V., Khotyleva L.V. Polymorphism of flax (Linum usitatissimum L.) microsatellite loci as a basis for genetic sertification of varieties. Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus. 2013;57(2):74-78. [in Russian]Малышев С.В. Идентификация и паспортизация сортов сельскохозяйственных культур (мягкой пшеницы, картофеля, томата, льна и свеклы) на основе ДНК-маркеров. Методические рекомендации. Минск; 2006.Malyshev S.V. Identification and certification of crop varieties (common wheat, potato, tomato, flax and beetroot) based on DNA markers. Guidelines (Identifikatsiya i pasportizatsiya sortov selskokhozyaystvennykh kultur (myagkoy pshenitsy, kartofelya, tomata, lna i svekly) na osnove DNK-markerov. Metodicheskiye rekomendatsii). Minsk; 2006. [in Russian]Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973;70(12):3321-3323 DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973;70(12):3321-3323 DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321Nogué F., Mara K., Collonnier C., Casacuberta J.M. Genome engineering and plant breeding: impact on trait discovery and development. Plant Cell Rep. 2016;35(7):1475-1486. DOI: 10.1007/s00299-016-1993-zNogué F., Mara K., Collonnier C., Casacuberta J.M. Genome engineering and plant breeding: impact on trait discovery and development. Plant Cell Rep. 2016;35(7):1475-1486. DOI: 10.1007/s00299-016-1993-zПопова Г.А., Мичкина Г.А. Томской селекции и семеноводству льнадолгунца 80 лет. В кн.: Льноводство: современное состояние и перспективы развития. Материалы межрегиональной научно-практической конференции с международным участием, Томск, ͬ4 июля 2017 г. С. 10-15. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35006187 [дата обращения: 06.11.2019].Popova G.A., Michkina G.A. 80 years of Tomsk breeding and seed-growing of fibre flax. In: Flax growing: current status and development prospects (Lnovodstvo: sovremennoye sostoyaniye i perspektivy razvitiya). Proceedings of the Interregional Scientific and Practical Conference with International Participation, Tomsk, July 4, 2017. Tomsk; 2017. p.10-15. [in Russian] URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35006187 [accessed on: 06.11.2019].Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol. 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. Mol Biol Evol. 1987;4(4):406-425. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454Степин А.Д., Рысева Т.А., Кострова Г.А., Уткина С.В., Романова Н.В. Селекционная оценка гибридных популяций льнадолгунца в Псковском НИИСХ. Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;(4):26-35.Stepin A.D., Ryseva T.A., Kostrova G.A., Utkina S.V., Romanova N.V. Breeding-related assessment of hybrid common flax populations in Pskov Research Institute of Agriculture (Selektsionnaya otsenka gibridnykh populyatsiy lna-dolguntsa v Pskovskom NIISKH) Izvestiya Velikokukskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii = News of Velikiye Luki State Agricultural Academy. 2018;(4):26-35. [in Russian]Thiel T., Michalek W., Varshney R., Graner A. Exploiting EST databases for the development and characterization of gene-derived SSR-markers in barley (Hordeum vulgare L.). Theor Appl Genet. 2003;106(3):411-422. DOI: 10.1007/s00122-002-1031-0Thiel T., Michalek W., Varshney R., Graner A. Exploiting EST databases for the development and characterization of gene-derived SSR-markers in barley (Hordeum vulgare L.). Theor Appl Genet. 2003;106(3):411-422. DOI: 10.1007/s00122-002-1031-0Tian A.G., Wang J., Cui P., Han Y.J., Xu H., Cong L.J. et al. Charac terization of soybean genomic features by analysis of its expressed sequence tags. Theor Appl Genet. 2004;108(5):903-913. DOI: 10.1007/s00122-003-1499-2Tian A.G., Wang J., Cui P., Han Y.J., Xu H., Cong L.J. et al. Charac terization of soybean genomic features by analysis of its expressed sequence tags. Theor Appl Genet. 2004;108(5):903-913. DOI: 10.1007/s00122-003-1499-2Ущаповский И.В., Лемеш В.А., Богданова М.В., Гузенко Е.В. Особенности селекции и перспективы применения молекулярно-генетических методов в генетико-селекционных исследованиях льна (Linum usitatissimum L.) (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2016;51(5):602-616. DOI: 10.15389/agrobiology.2016.5.602rusUshchapovskii I.V., Lemesh V.A., Bogdanova M.V., Guzenko E.V. Particularity of breeding and perspectives on the use of molecular genetic methods in flax (Linum usitatissimum L.) genetics and breeding research (review). Agricultural Biology, 2016;51(5):602-616. [in Russian] DOI: 10.15389/agrobiology.2016.5.602rusVarshney R.K., Glaszmann J.-C., Leung H., Ribaut J.-M. More genomic resources for less-studied crops. Trends Biotechnol. 2010;28(9):452-460. DOI: 10.1016/j.tibtech.2010.06.007Varshney R.K., Glaszmann J.-C., Leung H., Ribaut J.-M. More genomic resources for less-studied crops. Trends Biotechnol. 2010;28(9):452-460. DOI: 10.1016/j.tibtech.2010.06.007Yu J., Bernardo R. Changes in genetic variance during advanced cycle breeding in maize. Crop Sci. 2004;44(2):405-410. DOI: 10.2135/cropsci2004.4050Yu J., Bernardo R. Changes in genetic variance during advanced cycle breeding in maize. Crop Sci. 2004;44(2):405-410. DOI: 10.2135/cropsci2004.4050Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы). Теория и практика. Том I. Москва: Агрорус, 2008.Zhuchenko A.A. Adaptive crop production (ecological and genetic principles, Theory and practice. Vol. I (Adaptivnoye rasteniyevodstvo [ekologo-geneticheskiye osnovy]. T. I). Moscow: Agrorus; 2008. [in Russian]

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