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

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. 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. 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. 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. 

1. 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.

2. 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

3. 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.

4. 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.

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

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

7. 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.

8. 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.

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

10. 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.

11. 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

12. 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]

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

14. 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.

15. 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

16. 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

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

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

19. 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

20. 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

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

22. 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].

23. 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

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

25. 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

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

27. 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

28. 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

29. 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