Молекулярно-генетическая характеристика образцов брокколи (Brassica oleracea L. var. italica Plenck) коллекции ВИР

Актуальность. Брокколи – скороспелая, урожайная овощная культура, ценная по содержанию многих биологически активных соединений и минеральных элементов. В 2020 г. в Госреестре РФ зарегистрировано 47 гибридов и 8 сортов брокколи, среди них 14 сортов и гибридов российской селекции. Необходимость совершенствования сортимента по целому ряду актуальных направлений селекции требует привлечения новых эффективных методов, в том числе методов маркер-вспомогательной селекции и ассоциативного картирования. Оценка коллекции брокколи ВИР с использованием молекулярно-генетических маркеров позволит предоставить новый исходный материал для селекции улучшенных сортов.

Материалы и методы. Проведено молекулярно-генетическое исследование 39 сортов и гибридных популяций брокколи различного географического происхождения, отличающихся по биологическим особенностям и направлениям использования. Для анализа были отобраны 35 маркеров микросателлитных последовательностей, специфичных для генома Brassica L.

Результаты и заключение. С помощью использованных праймеров идентифицировано 110 полиморфных фрагментов. В изученных локусах идентифицировано от трех до семи аллелей. Показатель дискриминационной силы маркеров варьировал от 0,75 до 0,96 и в среднем составил 0,91, среднее число фрагментов на маркер – 4,4. У исследованных образцов выявлено 10 уникальных и 12 редких (встречающихся менее чему 8% образцов) аллелей. В то же время аллель локуса BC65 длиной 201 пн обнаружен у 95% образцов, то есть был практически общим. Все использованные маркеры имеют достаточно высокую диагностическую ценность для анализа генетического полиморфизма и могут быть использованы для ДНК-идентификации сортов брокколи. Анализ генетического сходства коллекционных образцов, выполненный методом Unweighted Neighbor-Joining в программе DarWin, позволил выявить четыре близкородственных кластера в изученной выборке генотипов. 

1. Amiryousefi A., Hyvönen J., Poczai P. iMEC: Online Marker Efficiency Calculator. Applications in Plant Sciences. 2018;6(6):e01159. DOI: e01159.10.1002/aps3.1159

2. Artemyeva A.M., Budahn H., Chesnokov Yu.V. Association mapping of morphological and physiological-biochemical traits in Brassica rapa L. species. Russian Agricultural Sciences. 2013;39(4):107-111. DOI: 10.3103/S1068367413020031

3. Артемьева А.М., Клоке Э., Чесноков Ю.В. Анализ филогенетических связей вида Brassica oleracea L. (Капуста огородная). Информационный вестник ВОГиС. 2009;13(4):759-771.

4. Артемьева А.М., Соловьева А.Е. Генетическое разнообразие и биохимическая ценность капустных овощных растений рода Brassica L. Вестник новосибирского государственного аграрного университета. 2018;49(4):50-61. DOI: 10.31677/2072-6724-2018-49-4-50-61

5. Домблидес А.С., Домблидес Е.А., Бондарева Л.Л., Пивоваров В.Ф. Классификация отечественных сортов капусты Brassica oleracea L. c использованием SSR-маркеров. Овощи России. 2018;(5):9-12. DOI: 10.18619/2072-9146-2018-5-9-12

6. Falush D, Stephens M, Pritchard J.K. Inference of population structure using multilocus genotype data: linked loci and correlated allele frequencies. Genetics. 2003;164(4):1567-1587.

7. Izzah N.K., Lee J., Perumal S., Park J.Y., Ahn K. Fu D. et al. Microsatellite-based analysis of genetic diversity in 91 commercial Brassica oleracea L. cultivars belonging to six varietal groups Genetic Resources and Crop Evolution. 2013;60(7):1967-1986. DOI: 10.1007/s10722-013-9966-3

8. Liu S., Liu Y., Yang X., Tong C., Edwards D., Paterson A.H. et al. The Brassica oleracea genome reveals the asymmetrical evolution of polyploid genomes. Nature Communications. 2014;5:3930. DOI: 10.1038/ncomms4930

9. Lou P., Zhao J., Kim J.S., Shen S., Del Carpio D.P., Song X. et al. Quantitative trait loci for flowering time and morphological traits in multiple population of Brassica rapa. Journal of Experimental Botany. 2007;58(14):4005-4016. DOI: 10.1093/jxb/erm255

10. Lowe A.J., Jones A.E., Raybould A.F., Trick M, Moule C.J., Edwards K.J. Transferability and genome specificity of a new set of microsatellite primers among Brassica species of the U triangle. Molecular Ecology Notes. 2002;2(1):7-11. DOI: 10.1046/j.1471-8286.2002.00126.x

11. Lowe A.J., Moule C.L, Trick M., Edwards K.J. Efficient largescale development of microsatellites for marker and mapping applications in Brassica crop species. Theoretical and Applied Genetics. 2004;108(6):1103–1112. DOI: 10.1007/s00122-003-1522-7

12. Piquemal J., Cinquin E., Couton F., Rondeau C., Seignoret E., Doucet I. et al. Construction of an oilseed rape (Brassica napus L.) genetic map with SSR markers. TAG. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(8):14-23. DOI: 10.1007/s00122-005-0080-6

13. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000;155(2):945-959.

14. Шаптуренко М.Н., Печковская Т.В., Вакула С.И., Якимович А.В., Забара Ю.М., Хотылева Л.В. Информативные EST-SSR-маркеры для типирования и внутривидовой дифференциации Brassica oleracea var. capitata L. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(1):51-56. DOI: 10.18699/VJ16.133

15. Suwabe K., Tsukazaki H., Iketani H., Hatakeyama K., Fujimura M., Nunome T. et al. Simple sequence repeatbased comparative genomics between Brassica rapa and Arabidopsis thaliana the genetic origin of clubroot resistance. Genetics. 2006;173(1):309-319. DOI: 10.1534/genetics.104.038968

16. Tonguç M., Griffiths P.D. Genetic relationships of Brassica vegetables determined using database derived simple sequence repeats. Euphytica. 2004;137(2):193-201. DOI: 10.1023/B:EUPH.0000041577.84388.43

17. VegMarks: A DNA marker database for vegetables. 2006- 2020. Available from: https://vegmarks.nivot.affrc.go.jp/ [accessed Aug. 12, 2020].

18. Walley P.G., Carder J., Skipper E., Mathas E., Lynn J., Pink D. et al. A new broccoli × broccoli immortal mapping population and framework genetic map: tools for breeders and complex trait analysis. Theoretical and Applied Genetics. 2012;124(3):467-477. DOI: 10.1007/s00122-011-1721-6