Изучение генетического разнообразия мировой коллекции сои с использованием микросателлитных маркеров, связанных с устойчивостью к грибным болезням

Актуальность. Соя (Glycine max (L.) Merr.) становится одной из ведущих зернобобовых культур в Казахстане, что в свою очередь требует создания адаптированных сортов, характеризующихся более высокой урожайностью, улучшенными признаками качества и устойчивостью к новым грибным болезням. В связи с расширением генофонда культуры местные образцы, вовлекаемые в селекционные программы, необходимо изучать и документировать с использованием надежных и информативных типов ДНК-маркеров.

Материалы и методы. В настоящем исследовании изучена коллекция сои, включающая 288 образцов, в том числе 36 сортов и перспективных линий из Казахстана. Молекулярно-генетический анализ выполнен с использованием девяти полиморфных SSRмаркеров, семь из которых (Satt244, Satt565, Satt038, Satt309, Satt371, Satt570 и Sat_308) сцеплены с генами устойчивости к трем основным грибным болезням сои: церкоспорозу, корневой гнили и пурпурному церкоспорозу.

Результаты. Среднее значение индекса PIC (polymorphism information content) анализируемых SSR-маркеров составило 0,66 ± 0,07, что подтверждает высокий уровень их полиморфизма. Анализ методом главных координат показал, что местные образцы генетически наиболее близки к сортам из Восточной Азии. В 2018 и 2019 годах в условиях Алматинской области наблюдали высокую устойчивость образцов коллекции к трем изученным грибным болезням. Распределение полиморфных вариантов изученных SSR-маркеров в популяции не было статистически значимо связано с наличием устойчивости в полевых условиях.

Заключение. SSR-генотипирование коллекции сои позволило выявить образцы, обладающие аллелями SSR-локусов, ассоциированных с генами устойчивости к грибным болезням. Результаты исследований могут быть в дальнейшем использованы для ДНК-паспортизации и селекции перспективных сортов и линий сои. 

1. Bisen A., Khare D., Nair P., Tripathi N. SSR analysis of 38 genotypes of soybean (Glycine max (L.) Merr.) genetic diversity in India. Physiolology and Molecular Biology of Plants. 2015;21(1):109-115. DOI: 10.1007/s12298-014-0269-8

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

3. Cregan P.B., Jarwik T., Bush A.L., Shoemaker R.C., Lark K.G., Kahler A.L. et al. An integrated genetic linkage map of the soybean genome. Crop Science. 1999;39:1464-1490.

4. Dellaporta S.L., Wood J., Hicks J.B. A plant DNA minipreparation: Version II. Plant Molecular Biology Reporter. 1983;1(4):19-21. DOI: 10.1007/BF02712670

5. Ding J.J., Jiang C.L., Gu X., Yang X.H., Zhao H.H., Shen H.B. et al. Establishment of molecular ID of soybean varieties (lines) using SSR markers linked to resistance genes against Cercospora sojina. Acta Agronomica Sinica. 2012;38(12):2206-2216. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.02206

6. Earl D.A., von Holdt B.M. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conservation Genetic Resources. 2012;4(2):359-361. DOI: 10.1007/s12686-011-9548-7

7. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Molecular Ecology. 2005;14(8):2611- 2620. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x

8. Garcia M.C., Torre M., Marina M.L., Laborda F., Rod riquez A.R. Composition and characterization of soyabean and related products. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 1997;37(4):361-391. DOI: 10.1080/10408399709527779

9. Ghorbanipour A., Rabiei B., Rahmanpour S., Khodaparast S.A. Association analysis of charcoal rot disease resistance in soybean. Plant Pathology Journal. 2019;35(3):189-199. DOI: 10.5423/PPJ.OA.12.2018.0283

10. Hnetkovsky N., Chang S.J.C., Doubler T.W., Gibson P.T., Lightfoot D.A. Genetic mapping of loci underlying field resistance to soybean sudden death syndrome (SDS). Crop Science. 1996;36(2):393-400. DOI: 10.2135/cropsci1996.0011183X003600020030x

11. Idrees M., Irshad M. Molecular markers in plants for analysis of genetic diversity: A review. European Academic Research. 2014;2(1):1513-1540.

12. Iqbal M.J., Meksem K., Njiti V.N., Kassem M.A., Lightfoot D.A. Microsatellite markers identify three additional quantitative trait loci for resistance to soybean sudden-death syndrome (SDS) in Essex ×

13. Forrest RILs. Theoretical and Applied Genetics. 2001;102:187-192. DOI: 10.1007/s001220051634

14. Jackson E.W., Feng C., Fenn P., Chen P. Genetic mapping of resistance to purple seed stain in PI 80837 soybean. Journal of Heredity. 2008;99(3):319-322. DOI: 10.1093/jhered/esm123

15. Корсаков Н.И., Макашева Р.Х., Адамова О.П. Методика изучения коллекции зернобобовых культур. Ленинград: ВИР; 1968.

16. Makulbekova A., Iskakov A., Kulkarni K.P., Song J.T., Lee J.D. Current status of future prospects of soybean production in Kazakhstan. Plant Breeding and Biotechnology. 2017;5:55-66. DOI: 10.9787/PBB.2017.5.2.55

17. Maui А.А., Sauranbaev B.N., Orazbaev К.I. Soybean pathogens in the south-east of Kazakhstan. Journal of Humanities and Administrative Sciences. 2016;5:20-26. DOI: 10.26449/JOSHAS.19

18. В СКО начата реализация программы «Северная соя». 2019). Available from: https://www.zakon.kz/4971028-v-skonachata-realizatsiya-programmy.html [accessed May 20, 2020].

19. 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

20. Rouf Mian M.A., Wang T., Phillips D.V., Alvernaz J., Boerma H.R. Molecular mapping of the Rcs3 gene for resistance to frogeye leaf spot in soybean. Crop Science. 1999;39(6):1687- 1691. DOI: 10.2135/cropsci1999.3961687x

21. Singh R.K., Bhatia V.S., Bhat K.V., Mohapatra T., Singh N.K., Bansal K.C. et al. SSR and AFLP based genetic diversity of soybean germplasm differing in photoperiod sensitivity. Genetics and Molecular Biology. 2010;33(2):319-324. DOI: 10.1590/s1415-47572010005000024

22. U.S. Department of Agriculture. An official website of the United States government. 2020. Available from: http:// usda.gov/ [accessed May 20, 2020].

23. Voorrips R.E. MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs. Journal of Heredity. 2002;93(1):77-78. DOI: 10.1093/jhered/93.1.77

24. Wang D., Diers B.W., Arelli P.R., Shoemaker R.C. Loci underlying resistance to Race 3 of soybean cyst nematode in Glycine soja plant introduction 468916. Theoretical and Applied Genetics. 2001;103(4):561-566. DOI: 10.1007/pl00002910

25. Wang L.X., Guan R., Zhangxiong L., Chang R., Qiu L. Genetic diversity of Chinese cultivated soybean revealed by SSR markers. Crop Science. 2006;46(3):1032-1038. DOI: 10.2135/cropsci2005.0051

26. Wrather J.A., Anderson T.R., Arsyad D.M., Gai J., Ploper L.D., Porta-Puglia A. et al. Soybean disease loss estimates for the top 10 soybean producing countries in 1994. Plant Diseases. 1997;81(1):107-110. DOI: 10.1094/PDIS.1997.81.1.107

27. Zatybekov A., Abugalieva S., Didorenko S., Rsaliyev A., Turuspekov Y. GWAS of a soybean breeding collection from South East and South Kazakhstan for resistance to fungal diseases. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(5):536-543. DOI: 10.18699/VJ18.392

28. Затыбеков А.К., Абугалиева С.И., Дидоренко С.В., Туруспеков Е.К. Генетические основы устойчивости сои к грибковым болезням. Исследования, результаты. КазНАУ. 2017;1(73):128- 140.

29. Zatybekov A.K., Agibaev A.Z., Didorenko S.V., Abugalieva S.I., Turuspekov Y.K. Analysis of resistance to Septoria glycines in soybean world collection harvested in South-Eastern Kazakhstan. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Agricultural Sciences. 2018;5(47):44-52. DOI: 10.32014/2018.2224-526X.6

30. Zhong C., Sun S., Yao L., Ding J., Duan C., Zhu Z. Fine mapping and identification of a novel Phytophthora root rot resistance locus RpsZS18 on chromosome 2 in soybean. Frontiers in Plant Science. 2018;9:44. DOI: 10.3389/fpls.2018.00044