Совместное применение SSR- и ISSR-маркеров для изучения генетического разнообразия сельскохозяйственных культур

УДК 633.521:631.527

Совместное применение SSR- и ISSR-маркеров для изучения генетического разнообразия сельскохозяйственных культур

Базанов Т. А., кандидат химических наук

Ущаповский И. В., кандидат биологических наук

Логинова Н. Н.

Смирнова Е. В.

Михайлова П. Д.

ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур»

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский пр-т, д. 17/56

E-mail: t.bazanov@fnclk.ru

Применение различных ДНК-маркеров давно зарекомендовало себя как востребованный метод исследования биологических объектов. При этом совместное использование маркерных систем разного типа показывает более высокую эффективность. Целью работы стало совместное изучение полиморфизма различных сельскохозяйственных культур с использованием маркеров Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) и Simple Sequence Repeat (SSR). Работа выполнена в ФГБНУ «ФНЦ ЛК» (г. Тверь). Объектами данного исследования стали 18 современных сортов рыжика посевного и 10 сортов конопли посевной, включённых в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации. Рыжик посевной (Camelina sativa L.) — масличная культура, характеризующаяся высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот в масле семян. Конопля посевная (Cannabis sativa L. subsp. sativa) — техническая культура комплексного применения, традиционно используемая для получения волокна и масла. Обе культуры являются перспективными и могут служить в качестве модельных объектов. Генетический анализ проводился методом ПЦР с использованием специально подобранных наборов SSR- и ISSR-маркеров отечественной и зарубежной разработки. Генетические маркеры позволили выявить в исследуемых сортах рыжика и конопли большое количество разнообразных аллелей, построить карты филогенетических отношений исследованных культур. Совместное использование SSR- и ISSR-маркеров позволило расширить знания о уровне полиморфизма исследованных сортов, разделить и идентифицировать близкородственные сорта, дифференцировать озимые и яровые генотипы, выявить уровень генетической близости сортов в зависимости от их происхождения. Дендрограммы филогенетических отношений позволили показать отличия в данных, получаемых при применении различных маркерных систем, и сделать вывод о полезности их совместного использования при исследовании генетического разнообразия сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: SSR-, ISSR-, ДНК-маркер, рыжик посевной, конопля посевная, генетическое разнообразие.

Полный текст статьи сейчас можно приобрести в электронной библиотеке за 200 рублей или прочитать через 6 месяцев на сайте журнала.

Combination of SSR- with ISSR-markers to test crop genetic diversity

Bazanov T. A., PhD Chem. Sc.

Ushchapovskiy I. V., PhD Biol. Sc.

Loginova N. N.

Smirnova E. V.

Mikhaylova P. D.

Federal Research Center of Fibre Crops

170041, Russia, Tver, Komsomolskiy prospect, 17/56

E-mail: t.bazanov@fnclk.ru

Use of DNA markers is a common method for studying biological objects. Combination of different markers showed higher effectiveness. The aim was to detect DNA polymorphism of various crops via Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) and Simple Sequence Repeat (SSR) techniques. This experiment was conducted at the Federal Research Center of Fibre Crops (Tver) on 18 varieties of Camelina sativa and 10 varieties of Cannabis sativa enlisted in the State Register of Breeding Achievements Authorized for Use for Production Purposes in the Russian Federation. Camelina sativa L. — an oil crop with a high content of unsaturated fatty acids in seed oil. Cannabis sativa L. subsp. sativa — an industrial crop used conventionally for fiber and oil production. Both plants are promising crops and convenient model objects. Genetic analysis based on PCR used a set of domestic and foreign SSR- and ISSR-markers. Genetic markers identified a large number of various alleles in Camelina sativa and Cannabis sativa and enabled the construction of phylogenetic trees for the crops under investigation. Combination of SSR- with ISSR-markers resulted in more effective polymorphism detection, differentiation and identifiсation of closely related varieties, distinction of winter genotypes from the spring ones as well as identification of the level of genetic similarity depending on a variety origin. Phylogenetic analyses showed the impact of different markers on the data obtained and the advantages of marker combination when studying the genetic diversity of crops.

Keywords: SSR-, ISSR-, DNA-marker, Camelina sativa, Cannabis sativa, genetic diversity.

References

  1. Altukhov Yu. G. Geneticheskie protsessy v populyatsiyakh / Yu. G. Altukhov. — Moscow: Akademkniga, 2003. — 432 p.
  2. Analiz individualnoy izmenchivosti sortoobraztsov konopli posevnoy (Cannabis sativa L.) s ispolzovaniem SSR- i SCAR-markerov / T. A. Bazanov, I. V. Ushchapovskiy, N. N. Loginova, E. V. Smirnova, P. D. Mikhaylova // Agrarnaya nauka. — 2020. — No. 10. — P.68–72.
  3. Otsenka geneticheskogo raznoobraziya sortov ryzhika posevnogo (Camelina sativa L.) s ispolzovaniem SSR-markerov / T. A. Bazanov, I. V. Ushchapovskiy, N. N. Loginova, E. V. Smirnova, P. D. Mikhaylova // Agrarnaya nauka. — 2021. — No. 9. — P.108–112.
  4. Boboshina I. V. Izuchenie geneticheskogo polimorfizma nekotorykh sortov Triticum aestivum L. s ispolzovaniem ISSR-markerov / I. V. Boboshina, S. V. Boronnikova // Agrarnyy vestnik Urala. — 2012. — No. 5. — P.19–20.
  5. Konarev A. V. Ispolzovanie molekulyarnykh markerov v reshenii problem geneticheskikh resursov rasteniy i selektsii / A. V. Konarev // Agrarnaya Rossiya. — 2006. — No. 6 — P.4–22.
  6. Kostyukova E. E. Molekulyarno-geneticheskiy analiz redkikh vidov orkhidnykh Bryanskoy oblasti / E. E. Kostyukova, V. V. Zayakin, I. Ya. Nam // Byulleten Bryanskogo otdeleniya RBO. — 2013. — No. 1. — P.51–55.
  7. Prakhova T. Ya. Analiz i otsenka iskhodnogo materiala dlya selektsii ryzhika ozimogo v usloviyakh lesostepi srednego Povolzhya / T. Ya. Prakhova // Mezhdunarodnyy selskokhozyaystvennyy zhurnal. — 2022. — No. 1 (385). — P.75–78.
  8. Novye napravleniya selektsii i sovershenstvovanie tekhnologii semenovodstva konopli posevnoy: monografiya / V. A. Serkov, I. V. Bakulova, I. I. Pluzhnikova, N. V. Kriushin. — Penza: Penzenskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet, 2019. — P.155.
  9. Sulimova G. E. DNK-markery v geneticheskikh issledovaniyakh: tipy markerov, ikh svoystva i oblasti primeneniya / G. E. Sulimova // Uspekhi sovremennoy biologii. — 2004. — Vol. 124. — No. 3. — P.260–271.
  10. Agarwal M. Advances in molecular marker techniques and their applications in plant sciences / M. Agarwal, N. Shrivastava, H. Padh // Plant cell reports. — 2008. — Vol. 27. — No. 4. — P.617–631.
  11. DNA fingerprinting of Cannabis sativa using inter-simple sequence repeat (ISSR) amplification / M. Kojoma, O. Iida, Y. Makino, S. Sekita, M. Satake // Planta Medica. — 2002. — Vol. 68. — No. 01. — P.60–63.
  12. Microsatellites within genes: structure, function and evolution / Y. C. Li, A. B. Korol, T. Fahima, E. Nevo // Molecular biology and evolution. — 2004. — Vol. 21. — No. 6. — P.991–1007.
  13. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations / M. Nei // Proceeding of the National Academy of Sciences. — 1973. — Vol. 70. — No. 12. — P.3321–3323.
  14. Onofri C. Genomics and Molecular Markers in Cannabis sativa L. / C. Onofri, G. Mandolino // Cannabis sativa L. Botany and Biotechnology. — Springer, Cham, 2017. — P.319–342.
  15. Analysis of the genetic diversity of Chinese native Cannabis sativa cultivars by using ISSR and chromosome markers / L. G. Zhang, Y. Chang, X. F. Zhang, F. Z. Guan, H. M. Yuan, Y. Yu, L. J. Zhao // Genetic and Molecular Research. — 2014. — Vol. 13. — No. 4. — P.490–500.

Обсуждение закрыто.