SSR-генотипирование и оценка генетического полиморфизма образцов свеклы (Beta vulgaris L.) из коллекции ВИР

Актуальность. Микросателлитные маркеры (SSR) широко используются для изучения генетического разнообразия коллекций различных сельскохозяйственных культур, в том числе свеклы (Beta vulgaris L.), а также для генотипирования отдельных образцов. Мировое биоразнообразие свеклы представлено в коллекции ВИР. Коллекция, имеющая 100-летнюю историю, включает 2422 образца, собранных по всему миру. Многие из этих образцов ранее не изучались с помощью микросателлитных маркеров.

Материалы и методы. Изучено 96 образцов коллекции ВИР, объединенных в девять групп по отдельным признакам, с использованием набора из 35 транскриптомных SSR-маркеров. Фрагментный анализ проводили на генетическом анализаторе «НАНОФОР 05». При расчете длины фрагмента и генетическом анализе использовались программы Peak Scanner, Excel, GenAIEx, PHYLIP и Unipro UGENE.

Результаты. У 96 образцов свеклы коллекции ВИР выявлено суммарно 293 аллеля для тридцати пяти изученных локусов. Количество аллелей на локус варьировало от 4 (Unigene10114 и Unigene77067) до 13 (Unigene24552 и Unigene25611). Уровень гетерозиготности (He) был довольно высокий и составлял 0,75. Кластерный анализ, проведенный по результатам исследования, выявил дифференциацию согласно разновидностям. Выявлено 50 уникальных аллелей для идентификации столовой свеклы, для кормовой и сахарной – 28 и 9 соответственно.

Заключение. Выявлен высокий уровень полиморфизма 96 образцов свеклы, входящих в состав коллекции ВИР, с использованием тридцати пяти транскриптомных SSR-маркеров. Полученные данные могут быть использованы для уточнения происхождения образцов свеклы. Используемый набор SSR-маркеров позволяет эффективно паспортизовать образцы свеклы.

1. Biancardi E., McGrath J.M., Panella L.W., Lewellen R.T., Stevanato P. Sugar beet. In: J.E. Bradshaw (ed.). Handbook of Plant Breeding. Vol 7. Root and Tuber Crops. New York, NY: Springer; 2010. p.173-219. DOI: 10.1007/978-0-387-92765-7_6

2. Chen P., Chen S., Pi Z., Li S., Wu Z. Genetic diversity analysis of monogerm cytoplasmic male sterile and maintainer lines of sugar beet. Agronomy. 2024;14(10): 2217. DOI: 10.3390/agronomy14102217

3. Felsenstein J. PHYLIP (Phylogeny Inference Package) version 3.6. Distributed by the author. Seattle, WA: University of Washington; 2005.

4. Fugate K.K., Campbell L.G., Covarrubias-Pazaran G., Rodriguez-Bonilla L., Zalapa J. Genetic differentiation and diversity of sugarbeet germplasm resistant to the sugar beet root maggot. Plant Genetic Resources. 2019;17(6):514-521. DOI: 10.1017/S1479262119000388

5. Fugate K.K., Campbell L.G., Covarrubias-Pazaran G., Rodriguez-Bonilla L., Zalapa J.E. Genetic diversity is enhanced in Wild × Cultivated hybrids of sugar beet (Beta vulgaris L.) despite multiple selection cycles for cultivated traits. Genetic Resources and Crop Evolution. 2021;68(6):2549-2563. DOI: 10.1007/s10722-021-01149-w

6. Fugate K.K., Fajardo D., Schlautman B., Ferrareze J.P., Bolton M.D., Campbell L.G. et al. Generation and characterization of a sugarbeet transcriptome and transcript‐based SSR markers. The Plant Genome. 2014;7(2):0038. DOI: 10.3835/plantgenome2013.11.0038

7. Гончаров С.В. Риски импортозамещения сортимента сахарной свёклы в России. Сахар. 2024;(2):60-64. DOI: 10.24412/2413-5518-2024-2-60-64

8. Heberle H., Meirelles G.V., da Silva P.S., Telles G.P., Minghim R. InteractiVenn: a web-based tool for the analysis of sets through Venn diagrams. BMC Bioinformatics. 2015;16(1):169. DOI: 10.1186/s12859-015-0611-3

9. Kimura M., Crow J.F. The number of alleles that can be maintained in a finite population. Genetics. 1964;49(4):725-738. DOI: 10.1093/genetics/49.4.725

10. Kuznetsova T.V., Aniskina J.V., Kolobova O.S., Velishaeva N.S., Logvinov A.V., Mischenko V.N. et al. Multiplex microsatellite analysis technology for genetic identification of sugar beet lines and hybrids. Applied Biochemistry and Microbiology. 2025;61(8):1632-1639. DOI: 10.1134/S0003683825700425

11. McGrath J.M., Panella L. Sugar beet breeding. In: I. Goldman (ed.). Plant Breeding Reviews. Vol. 42. New York, NY: John Wiley & Sons, Inc.; 2019: p.167-218. DOI: 10.1002/9781119521358.ch5

12. Налбандян А.А., Федулова Т.П., Черепухина И.В., Руденко Т.С., Багмутова Т.Н. Молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация гибридов сахарной свеклы с использованием микросателлитных маркеров. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2024;(4):70-88. DOI: 10.26897/0021-342X-2024-4-70-88

13. Налбандян А.А., Федулова Т.П., Крюкова Т.И., Черепухина И.В., Куликова Н.В. Полиморфные микросателлитные маркеры для изучения генетического разнообразия сахарной свеклы Beta vulgaris L. Российская сельскохозяйственная наука. 2022;(6):3-8. DOI: 10.31857/S2500262722060011

14. 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

15. Nei M. Genetic distance between populations. The American Naturalist. 1972;106(949):283-292. DOI: 10.1086/282771

16. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M.; the UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012;28(8):1166-1167. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts091

17. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes. 2006;6(1):288-295. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x

18. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460

19. Peng F., Pi Z., Li S., Wu Z. Genetic diversity and population structure analysis of excellent sugar beet (Beta vulgaris L.) germplasm resources. Horticulturae. 2024;10(2):120. DOI: 10.3390/ horticulturae10020120

20. Пивоваров В.Ф., Пышная О.Н., Гуркина Л.К. Овощи – продукты и сырье для функционального питания. Вопросы питания. 2017;86(3):121-127.

21. Roshanzamir H, Rouzbehan Y, Aghashahi A, Rezaei J. Effects of feeding different dietary rates of mixed fodder beet tops-wheat straw silage on the performance of Holstein lactating cows. Journal of Animal Science. 2024;102:skae179. DOI: 10.1093/jas/skae179

22. Сабетова Л.А., Левина М.В. Направления использования вторичных отходов свеклосахарного производства. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2017;5(19):132-141.

23. Shannon C.E., Weaver W. The mathematical theory of communication. Urbana, IL: The University of Illinois Press; 1949.

24. Смоленцева Е.В. Производство сахара в мире и факторы на него влияющие. Московский экономический журнал. 2019;(8):584-599. DOI: 10.24411/2413-046X-2019-18026

25. Smouse P.E., Banks S.C., Peakall R. Converting quadratic entropy to diversity: Both animals and alleles are diverse, but some are more diverse than others. PLoS One. 2017;12(10):e0185499. DOI: 10.1371/journal.pone.0185499

26. Sun B., Li S., Pi Z., Wu Z., Wang R. Assessment of genetic diversity and population structure of exotic sugar beet (Beta vulgaris L.) varieties using three molecular markers. Plants (Basel). 2024;13(21):2954. DOI: 10.3390/plants13212954

27. Taheri S., Lee Abdullah T., Yusop M.R., Hanafi M.M., Sahebi M., Azizi P. et al. Mining and development of novel SSR markers using next generation sequencing (NGS) data in plants. Molecules. 2018;23(2):399. DOI: 10.3390/molecules23020399

28. Tayyab M., Wakeel A., Mubarak M.U., Artyszak A., Ali S., Hakki E.E. et al. Sugar beet cultivation in the tropics and subtropics: challenges and opportunities. Agronomy. 2023;13(5):1213. DOI: 10.3390/agronomy13051213

29. Ветрова С.А., Степанов В.А., Заячковский В.А. Экологическое испытание сортов свеклы столовой селекции ФГБНУ ФНЦО. Овощи России. 2023;(1):60-68. DOI: 10.18619/2072-9146-2023-1-60-68

30. Wu X., Pi Z., Li S., Wu Z. Exploring sampling strategies and genetic diversity analysis of red beet germplasm resources using SSR markers. Horticulturae. 2024;10(9):1008. DOI: 10.3390/horticulturae10091008

31. Zhao J.J., Sun L.L., Pi Z., Li S.N., Wu Z.D. Genetic diversity analysis of 89 monogerm maintainer lines of sugar beet. Sugar Tech. 2025;27(6):873-887. DOI: 10.1007/s12355-025-01545-x