Идентификация дублетных образцов гороха (Pisum sativum L.) в коллекции ВИР

Актуальность. Идентификация дублетных образцов в генетических банках семян весьма актуальна, поскольку увеличение объема коллекций за счет дублетов ведет к повышению затрат на поддержание, не расширяя уровень генетического разнообразия коллекций.
Материалы и методы. Изучали 17 пар образцов гороха Pisum sativum L. из коллекции ВИР, предположительно ошибочно внесенных в постоянный каталог дважды, но имеющих один и тот же интродукционный номер, поступившие в коллекцию в 1922–1996 гг. и репродуцированные к настоящему времени от двух до 16 раз. По результатам полевой оценки для молекулярного анализа было отобрано 15 пар дублетных образцов различного направления использования. RAPD-анализ выполнен с использованием пяти праймеров серии Operon. Суммарные запасные белки семян разделяли методом электрофореза в 12,5-процентном полиакриламидном геле в присутствии β-меркаптоэтанола и додецилсульфата натрия.
Результаты. Для установления идентичности или отличий образцов использовали следующие критерии: 1) сходство по морфологическим признакам (общему габитусу, окраске цветков, антоциановой пигментации цветков и вегетативных органов), срокам начала цветения; 2) идентичность или различие профилей RAPD-фрагментов; 3) идентичность или различие электрофоретических спектров запасных белков семян. На основании сравнительного анализа выявлены семь пар дублетных образцов; среди них пары к-81/к-1199, к-8331/к-8465, к-8719/к-8760, к-8757/к-8825 были полностью идентичными, а к-8464/к-8472, к-8740/к-8873, к-8689/к-8723 – гетерогенными, но преимущественно со сходными профилями RAPD-фрагментов и типами электрофоретических спектров белков семян.
Заключение. Для установления идентичности коллекционных образцов гороха, выявления дублетных, гетерогенных и засоренных образцов эффективна комплексная оценка, включающая фенотипирование растений в полевых условиях, а также анализ полиморфизма амплифицированных фрагментов ДНК и компонентов электрофоретических спектров запасных белков семян.

1. Andjelkovic V., Nikolic A., Kovacevic D, Mladenovic-Drinic S., Kravic N., Babic V. et al. Conserving maize in gene banks: Changes in genetic diversity revealed by morphological and SSR markers. Chilean Journal of Agricultural Research. 2018;78(1):30-38. DOI: 10.4067/S0718-58392018000100030

2. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Cкрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле (методические указания). Санкт-Петербург: ВИР; 2018.

3. Bobkov S.V., Lazareva T.N. Band composition of electrophoretic spectra of storage proteins in interspecific pea hybrids. Russian Journal of Genetics. 2012;48(1):47-52. DOI: 10.1134/S1022795411110068

4. Егги Э.Э. Электрофорез белков семян для сортовой идентификации высокополиморфных культур на примере козлятника восточного (Galega orientalis Lam.). Аграрная Россия. 2015;(11):14-20.

5. Konarev A.V., Vvedenskaya I.O., Nasonova E.A., Perchuk I.N. Use of prolamine polymorphism in studying genetic resources of forage grasses. Genetic Resources and Crop Evolution. 1995;42(13):197-209. DOI: 10.1007/bf02431253

6. Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян / под ред. В.Г. Конарева. Санкт-Петербург: ВИР; 2000.

7. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-685. DOI: 10.1038/227680a0

8. Lund B., Ortiz R., Skovgaard I.M., Waugh R., Andersen S.B. Analysis of potential duplicates in barley gene bank collections using re-sampling of microsatellite data. Theoretical and Applied Genetics. 2003;106(6):1129-1138. DOI: 10.1007/s00122-002-1130-y

9. McCouch S.R., McNally K.L., Wang W., Hamilton R.S. Geno mics of gene banks: A case study in rice. American Journal of Botany. 2012;99(2):407-423. DOI: 10.3732/ajb.1100385

10. Naik V.G., Dandin S.B. Identification of duplicate collections in the mulberry (Morus spp.) germplasm using RAPD analysis. The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 2006;66(4):287-292.

11. Palmé A.E., Hagenblad J., Solberg S.Ø., Aloisi K., Artemyeva A. SNP markers and evaluation of duplicate holdings of Brassica oleracea in two European genebanks. Plants. 2020;9(8):925. DOI: 10.3390/plants9080925

12. Перчук И.Н., Конарев А.В., Лоскутов И.Г., Блинова Е.В., Новикова Л.Ю., Хорева В.И., Колодинска-Брантестам А. Белковые маркеры, морфологические и селекционные признаки в идентификации дублетных образцов культурного овса в коллекциях ВИР (Россия) и Нордического генного банка (Nordgen, Швеция). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2016;177(3):82-93. DOI: 10.30901/2227-8834-2016-3-82-93

13. Podyma W. Rye genetic resources in Europe. Plant Breeding and Seed Science. 2003;48(2/2):37-44.

14. Поморцев А.А., Лялина Е.В. Лабораторный контроль сортовой принадлежности и сортовой чистоты партий семян и товарного зерна пивоваренного ячменя. Зерновое хозяйство России. 2009;(6):29-39.

15. Sidorova V.V., Kerv Yu.A., Konarev A.V. Identification of duplicate accessions in the sweet maize collection by means of zein electrophoresis. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(6):589-597. DOI: 10.18699/VJ20.652

16. Singh N., Wu S., Raupp W.J., Sehgal S., Arora S., Tiwari V. et al. Efficient curation of genebanks using next generation sequencing reveals substantial duplication of germplasm accessions. Scientific Reports. 2019;9(1):650. DOI: 10.1038/s41598-018-37269-0

17. Sisko M. Identification of hypothetical duplicate accessions of plums (Prunus domestica L.) within the Slovene plant gene bank collection using molecular markers. Agricultura. 2016;13(1-2):57-64. DOI: 10.1515/agricultura-2017-0007

18. Sochor M., Jemelková M., Doležalová I. Phenotyping and SSR markers as a tool for identification of duplicates in lettuce germplasm. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2019;55(3):110-119. DOI: 10.17221/68/2018-CJGPB

19. Van Hintum T.J.L., Knüpffer H. Duplication within and between germplasm collections: I. Identifying duplication on the basis of passport data. Genetic Resources and Crop Evolution. 1995;42(2):127-133. DOI: 10.1007/BF02539516

20. Van Treuren R., de Groot E.C., Boukema I.W., van de Wiel, van Hintum Th.J.L. Marker-assisted reduction of redundancy in a genebank collection of cultivated lettuce. Plant Genetic Resources. 2010;8(2):95-105. DOI: 10.1017/S1479262109990220

21. Virk P.S., Newbury H.J., Jackson M.T., Ford-Lloyd B.V. The identification of duplicate accessions within a rice germplasm collection using RAPD analysis. Theoretical and Applied Genetics. 1995;90(7-8):1049-1055. DOI: 10.1007/BF00222920

22. Вишнякова М.А., Буравцева Т.В., Булынцев С.В., Бурляева М.О., Семенова Е.В., Сеферова И.В., Александрова Т.Г., Яньков И.И., Егорова Г.П., Герасимова Т.В., Другова Е.В. Коллекция мировых генетических ресурсов зерновых бобовых ВИР: пополнение, сохранение и изучение. Методические указания. Санкт-Петербург: ВИР; 2010.

23. Индгаард Ф., Лоскутов И.Г., Солберг С.О., Ковалева О.Н., Колодинска-Брантестам А., Свенссон Я.Т. Низкозатратный метод для определения дублетов коллекции в генных банках. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2016;177(4):18-27. DOI: 10.30901/2227-8834-2016-4-18-27