Актуальность

vir-nw

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Proceedings on applied botany, genetics and breeding

2227-88342619-0982

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

10.30901/2227-8834-2020-3-70-80

vir-nw-727

Research Article

ГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ

GENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES

Оценка генетического разнообразия сортов и линий гороха с помощью SSR-анализа

Genetic diversity assessment in pea cultivars and lines using the SSR analysis

https://orcid.org/0000-0001-6246-1214

Гайнуллина

К. П.

Gainullina

K. P.

450054 г. Уфа, пр. Октября, 71; к.б.н.; Лаборатория геномики растений, старший научный сотрудник

450059 г. Уфа, ул. Р. Зорге, 19

71 Oktyabrya Ave., Ufa 450054;

19 R. Zorge St., Ufa 450059

karina28021985@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0002-1564-164X

Кулуев

Б. Р.

Kuluev

B. R.

450054 г. Уфа, пр. Октября, 71; д.б.н.; заведующий Лабораторией геномики растений.

71 Oktyabrya Ave., Ufa 450054

kuluev@bk.ru

https://orcid.org/0000-0002-7421-869X

Давлетов

Ф. А.

Davletov

F. A.

450059 г. Уфа, ул. Р. Зорге, 19; д.с.-х.н., доцент; заведующий Лабораторией селекции и семеноводства зернобобовых культур Башкирского НИИСХ.

19 R. Zorge St., Ufa 450059

davletovfa@mail.ru

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАН; Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics of Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Bashkir Research Institute of Agriculture of Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics of Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияBashkir Research Institute of Agriculture of Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

2020

12102020

18137080

2020

Гайнуллина К.П., Кулуев Б.Р., Давлетов Ф.А.

Gainullina K.P., Kuluev B.R., Davletov F.A.

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/727

Актуальность

Актуальность. Горох является основной зернобобовой культурой в Республике Башкортостан и широко распространенной во всем мире. Ключевую роль в селекции новых сортов гороха играет исходный материал, источником которого служат коллекции генетических ресурсов, отражающие фенотипическое и генотипическое разнообразие Pisum sativum L. Для изучения ДНК-полиморфизма различных генетических объектов, в том числе гороха, с успехом используются SSR-маркеры. Тем не менее распределение аллелей ряда микросателлитов в генотипах отдельных линий и сортов этой ценной зернобобовой культуры остается практически не исследованным.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведено изучение молекулярно-генетического полиморфизма 40 образцов гороха посевного различного эколого-географического происхождения из коллекции генетических ресурсов ВИР, а также региональной селекции. Микросателлитный анализ выполнялся с использованием пяти SSR-маркеров из геномной библиотеки микросателлитов (Agrogene®, Франция).

Результаты

Результаты. Все маркеры давали четкие электрофоретические профили и позволили амплифицировать от 2 (AB53) до 9 (AA355) аллелей на локус. Было выявлено 26 аллелей, в среднем 5,2 аллелей на локус. Индекс полиморфизма варьировал от 0,39 для локуса AB53 до 0,82 для локуса AA355, в среднем составляя 0,60. Совокупность использованных в работе SSR-маркеров позволила однозначно идентифицировать каждый из изученных генотипов гороха. Вычисленные генетические расстояния были использованы для построения дендрограммы, демонстрирующей распределение генотипов в соответствии с их генетической близостью.

Заключение

Заключение. При изучении исходного материала для селекции гороха методом SSR-анализа нами были получены данные, которые позволяют расширить представление о генетической структуре коллекции и полиморфизме изученных образцов. Результаты генотипирования сортов и линий могут быть использованы для их паспортизации, а также при подборе родительских пар для гибридизации.

Background

Background. Pea is the main leguminous crop in the Republic of Bashkortostan and widespread all over the world. The key role in the breeding of new pea cultivars is played by source material representing the phenotypic and genotypic diversity of Pisum sativum L., searched for in plant genetic resources collections. SSR markers are successfully used to study the DNA polymorphism of various genetic objects, including pea. However, the distribution of a number of microsatellite alleles in the genotypes of specific lines and cultivars of this valuable pulse crop remains practically unexplored.

Materials and methods

Materials and methods. Molecular genetic polymorphism was studied in 40 pea cultivar accessions of different ecological and geographical origin from the Vavilov Institute’s genebank of plant genetic resources or developed at regional breeding centers. Microsatellite analysis was performed using 5 SSR markers from the genomic library of microsatellites (Agrogene®, France).

Results

Results. All markers delivered good electrophoretic profiles and helped to amplify a number of alleles per locus varying from 2 (AB53) to 9 (AA355). The total number of alleles was 26, while the average number of alleles per locus was 5.2. The polymorphism information content (PIC) varied from 0.39 for locus AB53 to 0.82 for locus AA355, with the mean value of 0.60. The set of SSR markers used in the work made it possible to individualize each of the studied pea genotypes. The measured genetic distances were used to draw a dendrogram showing the distribution of genotypes according to their genetic relationship.

Conclusion

Conclusion. Through studying the source material for pea breeding by the SSR analysis the data were obtained that provide additional information about the genetic structure of the collection and the polymorphism of the studied cultivar accessions. The results of genotyping pea cultivars and lines can be used for their genetic identification or to select parental pairs for hybridization.

Pisum sativumгенетические ресурсымикросателлитные маркерыполиморфизмгенетическое сходство

Pisum sativumgenetic resourcesmicrosatellite markerspolymorphismgenetic relationship

Работа выполнена в рамках государственного задания № АААА-А19-119021190011-0 по теме «Поиск и идентификация молекулярных маркеров стрессоустойчивости растений и разработка подходов генетической паспортизации сельскохозяйственных культур».

The work has been done within the framework of State Task No. АААА-А19-119021190011-0 entitled: “Search for and identification of molecular markers for plant stress resistance and development of approaches to crop genetic passportization”.

References1

Abdel-Mawgood A.L., Ahmed M.M.M., Ali B.A. Application of molecular markers for hybrid maize (Zea mays L.) identification. Journal of Food, Agriculture and Environment. 2006;4(2):176-178.

Awadalla P., Ritland K. Microsatellite variation and evolution in the Mimulus guttatus species complex with contrasting mating systems. Molecular Biology and Evolution. 1997;14(10):1023-1034. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025708

Боронникова С.В. Молекулярное маркирование и генетическая паспортизация ресурсных и редких видов растений с целью оптимизации сохранения их генофондов. Аграрный вестник Урала. 2009;2(56):57-59.

Boronnikova S.V. Molecular marking and genetic certification resource and rare species of plants for the purpose of optimization of preservation of their genofunds. Agrarian Bulletin of the Urals. 2009;2(56):57-59. [in Russian]

Botstein D., White R.L., Skolnick M., Davis R.W. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. American Journal of Human Genetics. 1980;32(3):314-331.

Давлетов Ф.А. Селекция неосыпающихся сортов гороха в условиях Южного Урала. Уфа: Гилем; 2008.

Davletov F.A. Breeding of non-shattering pea cultivars under the conditions of the Southern Urals (Selektsiya neosypayushchikhsya sortov gorokha v usloviyakh Yuzhnogo Urala). Ufa: Gilem; 2008. [in Russian]

Давлетов Ф.А., Гайнуллина К.П. Влияние метеорологических условий на результаты гибридизации. Аграрный вестник Урала. 2011;4(83):5-6.

Davletov F.A., Gainullina K.P. The influence of meteorological conditions on the hybridization results. Agrarian Bulletin of the Urals. 2011;4(83):5-6. [in Russian]

Давлетов Ф.А., Гайнуллина К.П., Ашиев А.Р. Особенности роста и развития сортов и линий гороха различных морфотипов в условиях Южного Урала. Зерновое хозяйство России. 2011;5:22-31.

Davletov F.A., Gainullina K.P., Ashiev A.R. Peculiarities of growth and development of pea’s varieties and lines of different morphotypes in the conditions of South Urals. Grain Economy of Russia. 2011;5:22-31. [in Russian]

Давлетов Ф.А., Гайнуллина К.П., Ашиев А.Р. Изменчивость продолжительности вегетационного периода гороха посевного (Pisum sativum L.) в условиях Предуральской степи Республики Башкортостан. Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2014;19(3):49-59.

Davletov F.A., Gainullina K.P., Ashiev A.R. Variability of the duration of vegetative period of field pea (Pisum sativum L.) in the Cis-Ural steppe of the Republic of Bashkortostan. Herald of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan. 2014;19(3):49-59. [in Russian]

De Haan H. The breeding of peas in the Netherlands. Euphytica. 1954;3:188-194. DOI: 10.1007/BF00055592

Дрибноходова О.П., Гостимский С.А. Исследование аллельного полиморфизма микросателлитных локусов у разных линий, сортов и мутантов гороха посевного (Pisum sativum L.). Генетика. 2009;45(7):900-906.

Dribnokhodova O.P., Gostimsky S.A. Allele polymorphism of microsatellite loci in pea (Pisum sativum L.) lines, varieties, and mutants. Russian Journal of Genetics. 2009;45(7):900-906. [in Russian]

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

Dyachenko E.A., Ryzhova N.N., Kochieva E.Z., Vish nyakova M.A. Molecular genetic diversity of the pea (Pisum sativum L.) from the Vavilov Research Institute collection detected by the AFLP analysis. Russian Journal of Genetics. 2014;50(9):1040-1049. [in Russian] DOI: 10.7868/S0016675814090045

Гайнуллина К.П., Давлетов Ф.А. Создание и внедрение в производство высокопродуктивного технологичного сорта гороха Памяти Хангильдина. В кн.: Современное состояние, традиции и инновационные технологии в развитии АПК. Часть 1. Материалы международной научно-практической конференции в рамках XXVIII Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2018»; 14–16 марта 2018 г.; Уфа. Уфа: Башкирский ГАУ; 2018. Ч.1. С.29-33. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_34987801_24170663.pdf [дата обращения: 10.04.2020]

Gainullina K.P., Davletov F.A. Creation and introduction in agricultural industry of high-producing technological pea cultivar Pamyati Hangil’dina. In: Current state, traditions and innovative technologies in the development of the agro-industrial complex. Part 1 (Sovremennoye sostoyaniye, traditsii i innovatsionnyye tekhnologii v razvitii APK. Chast 1). Proceedings of the International Scientific and Practical Conference in the Framework of the XXVIII International Specialized Exhibition “Agrocomplex-2018”; March 14–26, 2018; Ufa. Ufa: Bashkir SAU; 2018. p.29- 33. [in Russian] URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_34987801_24170663.pdf [дата обращения: 10.04.2020]

Говоров Л.И. Горох. В кн.: Культурная флора СССР. Москва; Ленинград: Сельхозгиз; 1937.

Govorov L.I. Pea (Gorokh). In: Cultivated Flora of the USSR (Kulturnaya flora SSSR). Moscow; Leningrad: Selkhozgiz; 1937. [in Russian]

Гучетль С.З., Челюстникова Т.А., Антонова Т.С., Рамазанова С.А. Микросателлитные локусы как маркеры для идентификации и сертификации линий и гибридов подсолнечника селекции ВНИИМК. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2007;2(137):27-32.

Guchetl S.Z., Chelyustnikova T.A., Antonova T.S., Ra ma sanova S.A. Microsatellite loci as markers for identification and certification of sunflower lines and hybrids of VNIIMK breeding. Oil Crops. Scientific and Technical Bulletin of VNIIMK. 2007;137(2):27-32. [in Russian]

Guyomarc’h H., Sourdille P., Charmet G., Edwards K., Bernard M. Characterisation of polymorphic microsatellite markers from Aegilops tauschii and transferability to the D-genome of bread wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2002;104:1164-1172. DOI: 10.1007/s00122-001-0827-7

Jain S., Kumar A., Mamidi S., McPhee K. Genetic diversity and population structure among pea (Pisum sativum L.) cultivars as revealed by simple sequence repeat and novel genic markers. Molecular Biotechnology. 2014;56(10):925- 938. DOI: 10.1007/s12033-014-9772-y

Хлесткина Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(4/2):1044-1054.

Khlestkina E.K. Molecular markers in genetic studies and breeding. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(4/2):1044-1054. [in Russian]

Лихачева Л.И., Гималетдинова В.С. Селекционная оценка перспективных сортов гороха в условиях Среднего Урала. Зернобобовые и крупяные культуры. 2014;3(11):20-24.

Lihacheva L.I., Gimaletdinova V.S. Selection evaluation of promising varieties of peas in the conditions of Middle Ural. Legumes and Groat Crops. 2014;11(3):20- 24. [in Russian].

Loridon K., McPhee K., Morin J., Dubreuil P., Pilet-Nayel M.L., Aubert G. et al. Microsatellite marker polymorphism and mapping in pea (Pisum sativum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2005;111:1022-1031. DOI: 10.1007/s00122-005-0014-3

Ma Y., Coyne C.J., Grusak M.A., Mazourek M., Cheng P., Main D. et al. Genome-wide SNP identification, linkage map construction and QTL mapping for seed mineral concentrations and contents in pea (Pisum sativum L.). BMC Plant Biology. 2017;17:43. DOI: 10.1186/s12870-016-0956-4

Макашева Р.Х. Горох. В кн.: Культурная флора СССР. Ленинград: Колос; 1979.

Makasheva R.Kh. Pea (Gorokh). In: Cultivated Flora of the USSR (Kulturnaya flora SSSR). Leningrad: Kolos; 1979. [in Russian]

Поползухин П.В., Гайдар А.А., Василевский В.Д. Роль срока посева в выращивании семян сортов гороха посевного различного морфотипа в южной лесостепи Западной Сибири. В кн.: Зернобобовые культуры – развивающееся направление в России. Омск: Омский ГАУ; 2016. С.100-104. URL: https://elibrary.ru/ download/elibrary_26340635_29221627.pdf [дата обращения: 10.04. 2020].

Popolzukhin P.V., Gaidar A.A., Vasilevskii V.D. The role of the sowing schedule in the growing of cultivated pea seeds of various morphotypes in the southern forest-steppe of Western Siberia (Rol sroka poseva v vyrashchivanii semyan sortov gorokha posevnogo razlichnogo morfotipa v yuzhnoi lesostepi Zapadnoy Sibiri). In: Leguminous crops – a developing trend in Russia (Zernobobovye kultury – razvivayushcheyesya napravleniye v Rossii). Omsk: Omsk SAU; 2016. p.100-104. [in Russian] URL: https://elibrary.ru/ download/elibrary_26340635_29221627.pdf [дата обращения: 10.04. 2020].

Qu J., Liu J. A genome-wide analysis of simple sequence repeats in maize and the development of polymorphism markers from next-generation sequence data. BMC Research Notes. 2013;6:403. DOI: 10.1186/1756-0500-6-403

Шелепина Н.В., Щуров А.Ю. Народнохозяйственное значение и особенности химического состава зерна гороха. Научные записки ОрелГИЭТ. 2010;1:537-539.

Shelepina N.V., Shchurov A.Y. National economic significance and features of the chemical composition of pea grain (Narodnokhozyaystvennoye znacheniye i osobennosti khimicheskogo sostava zerna gorokha). Nauchnye zapiski OrelGIET = Scientific Notes of Orel State University of Economic and Trade. 2010;1:537-539. [in Russian]

Singh A.K., Rai R., Singh B.D., Chand R., Srivastava C.P. Validation of SSR markers associated with rust (Uromyces fabae) resistance in pea (Pisum sativum L.). Physiology and Molecular Biology of Plants. 2015;21(2):243–247. DOI: 10.1007/s12298-015-0280-8

Сулимова Г.Е. ДНК-маркеры в генетических исследованиях: типы маркеров, их свойства и области применения. Успехи современной биологии. 2004;124(3):260-271.

Sulimova G.E. DNA-markers in genetic studies: types of markers, their characteristics and application. Advances in Current Biology. 2004;124(3):260-271. [in Russian]

Tautz D. Hypervariability of simple sequences as a general source for polymorphic DNA markers. Nucleic Acids Research. 1989;17(16):6463-6471. DOI: 10.1093%2Fnar%2F17.16.6463

Yang T., Fang L., Zhang X., Hu J., Bao S., Hao J. et al. Highthroughput development of SSR markers from pea (Pisum sativum L.) based on next generation sequencing of a purified Chinese commercial variety. PLoS One. 2015;10(10):e0139775. DOI: 10.1371/journal.pone.0139775

Zhang Z., Deng Y., Tan J., Hu S., Yu J., Xue Q. A genome-wide microsatellite polymorphism database for the indica and japonica rice. DNA Research. 2007;14(1):37-45. DOI: 10.1093/dnares/dsm005

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