Характеристика и подбор SSR-маркеров для оценки генетического разнообразия образцов проса посевного (Panicum miliaceum L.)

Актуальность. Просо посевное (Panicum miliaceum L.) – цельнозерновая культура, богатая питательными веществами, с коротким вегетационным периодом, что делает его удобным для выращивания в различных агроэкологических зонах. Изучение генетического разнообразия проса в коллекциях важно для сохранения генетических ресурсов и селекции. SSR-маркеры благодаря высокому полиморфизму широко используются для анализа генетического материала растений.

Материалы и методы. На основе литературных данных отобраны 7 SSR-маркеров и оценена их возможность выявлять генетическую вариабельность 13 образцов проса коллекции ВИР из разных агроэкологических зон методом ПЦР с последующим электрофорезом в агарозном геле. Геномную ДНК выделяли из этиолированных проростков модифицированным CTAB-методом. Рассчитаны параметры генетической вариабельности: число аллелей (Na), эффективное число аллелей (Ne), ожидаемая гетерозиготность (He) и полиморфное информационное содержание (PIC). Матрицу генетических расстояний строили на основе коэффициента Нея. Анализ главных координат (PCoA) и филогенетическое дерево (UPGMA) построены с использованием программы DARwin 6.0.21.

Результаты. Из отобранных семи SSR-маркеров четыре (GB-PMM-073, GB-PMM-085, GB-PMM-121, GB-PMM-126) выявляли полиморфизм анализируемых образцов, остальные три (SSR 28, SSR 109, SSR 332) были мономорфны. Всего выявлено 19 аллельных вариантов, среднее число аллелей на один SSR-локус составило 2,7, среднее значение PIC – 0,471. Два маркера (GB-PMM-121, GB-PMM-073) продемонстрировали высокий уровень информативности (PIC > 0,6). Полученные ПЦР-продукты 13 образцов проса секвенировали, что позволило выявить дополнительные аллельные варианты в структуре последовательностей.

Заключение. Предварительные результаты позволяют рекомендовать выявленные полиморфные маркеры для оценки и генотипирования коллекций проса и характеристики селекционного материала.

1. Abdi S., Dwivedi A., Shashi, Kumar S., Bhat V. Development of EST-SSR markers in Cenchrus ciliaris and their applicability in studying the genetic diversity and cross-species transferability. Journal of Genetics. 2019;98(4):101. DOI: 10.1007/s12041-019-1142-x

2. Agarwal M., Shrivastava N., Padh H. Advances in molecular marker techniques and their replications in plant sciences. Plant Cell Reports. 2008;27(4):617-631. DOI: 10.1007/s00299-008-0507-z

3. Архестова Д.Х., Яхутлова А.А., Хаудов А.Д., Сокурова Л.Х., Кулемина Т.В. Эффективность ISSR-маркеров для выявления вариабельности генома образцов проса посевного (Panicum miliaceum L.). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(1):161-171. DOI: 10.30901/2227-8834-2024-1-161-171

4. Balli D., Bellumori M., Masoni A., Moretta M., Palchetti E., Bertaccini B. et al. Proso millet (Panicum miliaceum L.) as alternative source of starch and phenolic compounds: A study on twenty-five worldwide accessions. Molecules. 2023;28(17):6339. DOI: 10.3390/molecules28176339

5. Bhat S., Nandini C.A.V., Srinathareddy S., Jayarame G., Prabhakar K. Proso millet (Panicum miliaceum L.) – a climate resilient crop for food and nutritional security: A review. Environment Conservation Journal. 2019;20(3):113-124. DOI: 10.36953/ECJ.2019.20315

6. Cho Y.I., Chung J.W., Lee G.A., Ma K.H., Dixit A., Gwag J.G. et al. Development and characterization of twenty-five new polymorphic microsatellite markers in proso millet (Panicum miliaceum L.). Genes and Genomics. 2010;32(3):267-273. DOI: 10.1007/s13258-010-0007-8

7. Cuevas H.E., Prom L.K. Evaluation of genetic diversity, agronomic traits, and anthracnose resistance in the NPGS Sudan Sorghum Core collection. BMC Genomics. 2020;21(1):88. DOI: 10.1186/s12864-020-6489-0

8. Elshire R.J., Glaubitz J.C., Sun Q., Poland J.A., Kawamoto K., Buckler E.S. et al. A robust, simple genotyping-by-sequencing (GBS) approach for high diversity species. PLoS One. 2011;6(5):e19379. DOI: 10.1371/journal.pone.0019379

9. ФAO. Просо России. Москва: ФАО; 2024. DOI: 10.4060/cd0716ru

10. Филюшин М.А., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Характеристика генов антоцианидин-3-О-глюкозилтрансфераз перца (Capsicum spp.) и их роль в биосинтезе антоцианов. Генетика. 2023;59(5):517-529. DOI: 10.31857/S0016675823050041

11. Flajsman M., Stajner N., Kocjan Acko D. Genetic diversity and agronomic performance of Slovenian landraces of proso millet (Panicum miliaceum L.). Turkish Journal of Botany. 2019;43(2):185-195. DOI: 10.3906/bot-1807-83

12. Gami P.B., Solanki S.D., Prajapati C.D., Patel M.S. Study of genetic architecture for yield related traits in pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. Pharma Innovation. 2021;10(12):128-133. DOI: 10.22271/tpi.2021.v10.i12b.9351

13. Hunt H.V, Vander Linden M., Liu X., Motuzaite-Matuzevicuite G., Colledge S., Jones M.K. Millets across Eurasia: chronology and context of early records of the genera Panicum and Setaria from archaeological sites in the Old World. Vegetation History and Archaeobotany. 2008;17 Suppl 1:5-18. DOI: 10.1007/s00334-008-0187-1

14. Kalia R.K., Rai M.K., Kalia S., Singh R., Dhawan A.K. Microsatellite markers: An overview of the recent progress in plants. Euphytica. 2011;177(3):309-334. DOI: 10.1007/s10681-010-0286-9

15. Кулемина Т.В., Хорева В.И., Шеленга Т.В., Курцева А.Ф., Сидоренко В.С. Биохимические показатели качества зерна просовидных культур в условиях юга Нечерноземной зоны РФ. Аграрная Россия. 2010;(1):19-23. DOI: 10.30906/1999-5636-2010-1-19-23

16. Liu S., Feuerstein U., Luesink W., Schulze S., Asp T., Studer B. et al. DArT, SNP, and SSR analyses of genetic diversity in Lolium perenne L. using bulk sampling. BMC Genetics. 2018;19(1):10. DOI: 10.1186/s12863-017-0589-0

17. Lu H., Zhang J., Liu K.B., Wu N., Li Y., Zhou K. et al. Earliest domestication of common millet (Panicum miliaceum) in East Asia extended to 10,000 years ago. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009;106(18):7367-7372. DOI: 10.1073/pnas.0900158106

18. Mohammadi S.A., Prasanna B.M. Analysis of genetic diversity in crop plants – Salient statistical tools and considerations. Crop Science. 2003;43(4):1235-1248. DOI: 10.2135/cropsci2003.1235

19. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1973;70(12):3321-3323. DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321

20. Souza C.P.F., Ferreira C., de Souza E.H., Neto A.R.S., Marconcini J.M., da Silva Ledo C.A. et al. Genetic diversity and ISSR marker association with the quality of pineapple fiber for use in industry. Industrial Crops and Products. 2017;104:263-268. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.04.059

21. Suvi W.T., Shimelis H.A., Laing M.D., Mathew I., Shayanowako A.I.T. Assessment of the genetic diversity and population structure of rice genotypes using SSR markers. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B – Soil and Plant Science. 2019;70(1):76-86. DOI: 10.1080/09064710.2019.1670859

22. Temnykh S., Park W.D., Ayres N., Cartinhour S., Hauck N., Lipovich L. et al. Mapping and genome organization of microsatellite sequences in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics. 2000;100(5):697-712. DOI: 10.1007/s001220051342

23. Zargar M., Dyussibayeva E., Orazov A., Zeinullina A., Zhirnova I., Yessenbekova G. et al. Microsatellite-based genetic diversity analysis and population structure of proso millet (Panicum miliaceum L.) in Kazakhstan. Agronomy. 2023;13(10):2514. DOI: 10.3390/agronomy13102514