Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1

ГЕНОТИПИРОВАНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ СОРТОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ (SSR) МАРКЕРОВ

Е.К. ХЛЕСТКИНА,

2. Число аллелей в микросателлитных локусах 5A-хромосомы, выявленное у шести сортов мягкой пшеницы (Саратовская 29, Диамант, мироновская 808, Одесская 51, Ульяновка, Скороспелка 35)

Как правило, увеличение числа микросателлитных маркеров на один сорт приводит к более подробному молекулярно-генетическому описанию последнего, но особенно не влияет на эффективность идентификации сортов. Однако в ходе нашей работы к набору из 22 микросателлитных маркеров потребовалось добавить еще один -- Xgwm533, для того чтобы дифференцировать сорта Победа и Нарымская 3, которые оказались идентичными по 22 локусам. При исследовании отечественных яровых сортов мягкой пшеницы на основе использования 23 микросателлитных маркеров был выявлен полиморфизм среди образцов. При этом количество аллелей на один маркер варьировало от 2 до 11 (в контроле -- от 2 до 12). В некоторых вариантах встречались так называемые нулевые аллели (многократно воспроизводимое отсутствие амплификации в определенных образцах). Иногда, наоборот, у одного сорта выявлялся более чем один аллель, что можно объяснить наличием внутрисортовой гетерогенности, так как образцы ДНК каждого сорта получены из смеси пяти зерновок. По данным SSR-анализа, каждый сорт обладал характерным, не повторяющимся у других сортов набором аллелей.

Для удобства сравнения молекулярных генотипов сортов между собой нами была разработана модель геномного паспорта (рис. 1). Для этого аллели были пронумерованы от 1 до 12, причем номер каждого аллеля соответствовал микросателлитному локусу определенной длины. Например, у маркера Xgwm577 номер 1 означает нулевой аллель, номер 2 или 12 -- аллель длиной соответственно 128 или 218 п.н. При разработке геномного паспорта против каждого маркера был проставлен выявленный аллель сорта. Так, по индивидуальным геномным паспортам у сортов Саратовская 29 и Chinese Spring имеется только 3 общих аллеля из 23 (см. рис. 1). Среди отечественных сортов выявлены не только такие генотипы, которые различаются по одному или двум аллелям из 23, но также имеющие по 20 идентичных аллелей из 23.

Рис. 1. Модель геномного паспорта различных сортов пшеницы на основе наиболее часто встречаемых аллелей по 23 микросателлитным локусам (Xgwm, XTaglgap): а и б -- соответственно сорта Саратовская 29 и Chinese Spring; в, г и д -- «средние» гипотетические сорта селекции соответственно 1920-2000, 1920-1960 и 1961-2000 годов; 1-12 -- порядковые номера аллелей.

Рис. 2. Дендрограмма генетического сходства между 54 сортами мягкой пшеницы, культивируемыми на протяжении ХХ века в Сибирском регионе (контролем служили сорта Chinese Spring, Aztec и Soissons). Для статистического анализа и построения дендрограммы применяли компьютерную программу NTSYS (16).

Например, в генотипе сорта Крохинская из 23 аллелей 21 оказался идентичным таковым сортов Победа и Нарымская 3. Интересно, что эти три стародавних сорта (селекция 1920-1960 годов) происходят из разных областей (Якутия, Томская и Вологодская обл.) и их родословные не сохранились. Возможно, что эти сорта представляют собой модификацию одного и того же сорта, который широко распространился на территории России в начале XX века и получил в разных областях различные названия. Обнаружено также высокое дактилоскопическое сходство между сортами Цезиум 111 (отобран из местного сорта Черноколоска, Омская обл.) и Сибирка 1818 (отобран из местного сорта Сибирка, Иркутская обл.), имеющих 21 общий аллель из 23. Максимальные различия (20 из 23 аллелей) были отмечены между сортом Балаганка и рядом современных сортов (например, у сортов Саратовская 36 и Балаганка имеется только 3 общих аллеля из 23). Существенно отличались от большинства сортов стародавние сорта сибирской селекции Красноярская 1103, Селенгинская, Лютесценс 116.

Результаты геномной дактилоскопии были подвергнуты статистической обработке и представлены в виде дендрограммы, которая позволяет разделять сорта на группы и подгруппы в зависимости от их генетического сходства (рис. 2). Так, среди сортов, культивируемых на протяжении ХХ века в Сибирском регионе, нами выделено два крупных кластера, один из которых включает преимущественно сорта, созданные до 1960 года, а другой -- современные сорта, созданные после 1960 года. Это свидетельствует о качественном сдвиге генетического разнообразия сортов мягкой пшеницы, культивируемых в Сибири, произошедшем в 60-е годы прошлого столетия.

На основании результатов микросателлитного анализа мы составили гипотетические генотипы по 54 яровым сортам пшеницы разных периодов селекции. Для выделения «среднего» генотипа по каждому локусу был выбран наиболее часто встречающийся аллель. Например, аллель в локусе XTaglgap длиной 250 п.н. наиболее часто встречается у сортов 1920-1960 годов селекции и у всех изученных сортов в целом, а длиной 238 п.н. -- у сортов 1961-2000 годов селекции (рис. 3). Таким образом по 23 микросателлитным локусам были составлены генотипы «средних» отечественных сортов разных периодов селекции (см. рис. 1).

Рис. 3. Частота встречаемости аллелей различной длины в микросателлитном локусе XTaglgap: 1, 2 и 3 -- соответственно стародавние, современные и все сорта мягкой пшеницы отечественной селекции.

Затем эти гипотетические генотипы сравнивали с генотипами отдельных сортов. Для «среднего» стародавнего сорта не выявлено преимущественного сходства с генотипом какого-либо из сортов, тогда как «средний» отечественный сорт и особенно «средний» современный сорт имели высокое сходство с генотипом сорта Саратовская 29. При сравнении генотипа сорта Саратовская 29 с различными «средними» генотипами доля общих аллелей возрастала от «среднего» стародавнего (43 %) к «среднему» современному сорту (78 %) почти в 2 раза; сходство «средних» генотипов с сортом Chinese Spring (контроль) было постоянным и составляло около 20 %. Следовательно, использование сорта Саратовская 29 в селекции пшеницы оказало существенное влияние на формирование «среднего» генотипа современного отечественного сорта. Это согласуется с известными данными о том, что сорт Саратовская 29 широко вовлекали в скрещивания, начиная с 1960 года (17).

Данные микросателлитного генотипирования содержат информацию, необходимую для оценки генетических ресурсов, а именно, для определения таких характеристик, как число аллелей на локус и коэффициент генетического разнообразия, среднее значение которого для отечественных сортов пшеницы составило 0,70 (табл. 3). При исследовании 998 сортов мягкой пшеницы из 66 стран мира коэффициент генетического разнообразия в целом составил 0,77, а по генофондам отдельных крупных регионов -- от 0,65 (Северная Европа) до 0,74 (Ближний Восток) (12). Следовательно, уровень генетического разнообразия отечественных сортов мягкой пшеницы соответствует среднестатистическим показателям по странам мира, однако среднее число аллелей на один локус ниже -- соответственно 6,6 и 11,5 (12). У современных сортов средний коэффициент генетического разнообразия (0,62) несколько ниже, чем у стародавних (0,68) (Р < 0,001).

3. Характеристика микросателлитных локусов стародавних и современных отечественных сортов мягкой пшеницы

Таким образом, использование набора из 23 микросателлитных маркеров для геномной дактилоскопии позволяет однозначно охарактеризовать каждый изученный отечественный сорт мягкой пшеницы. На основании обработки полученных данных впервые предложен вариант составления геномного паспорта различных сортов мягкой пшеницы. Создана база данных, включающая анализ ядерного генома 60 отечественных сортов пшеницы с помощью 19-210 микросателлитных маркеров. Планируется дальнейшее расширение этой базы данных как за счет включения новых сортов, так и новых маркеров. Показано, что набор аллелей стародавних отечественных сортов пшеницы отличается от набора аллелей современных сортов как качественно, так и количественно, поэтому коллекция стародавних сортов является важным потенциальным источником генетического разнообразия мягкой пшеницы и ее необходимо поддерживать. Установлена степень генетического сходства исследуемых сортов, что является ценной информацией для селекции, особенно при отсутствии четких данных по родословной. Полученные результаты важны для поддержания и совершенствования коллекций отечественных сортов мягкой пшеницы, а также могут использоваться для охраны авторских прав, сертификации семян и контроля подлинности сортового материала.

ЛИТЕРАТУРА

1.Хавкин Э.Е. ДНК-технологии в растениеводстве. С-х. биол., 2003, 3: 26-41.

2.Salina E.A., Dobrovolskaya O.B., Efremova T.T. e.a. Microsatellite monitoring of recombination around of Vrn-B1 locus of wheat during early backcross breeding. Plant Breed., 2003, 122: 116-110.

3.Brown S.M., Szewc - Mc Fadden A.K., Kresov i c h S. Development and application of simple sequence repeat (SSR) loci for plant genome analysis. In: Methods of genome analysis in plants /Ed. P.P. Jauhar. N.-Y., London, Tokyo, 1996: 147-159.

4.Салина Е.А., Леонова И.Н., Родер М.С. и др. Микросателлиты пшеницы: перспективы использования для картирования генов и анализа реконструированных геномов. Физиол. раст., 2001, 48: 441-446.

5.Gupta P.K., Varshney R.K., Sharm a P.C. e.a. Molecular markers and their applications in wheat breeding. Plant Breed., 1999, 118: 369-390.

6.Stephenson P., Bryan G., Kirby J. e.a. Fifty new microsatellite loci for the wheat genetic map. Theor. Appl. Gen., 1998, 97: 946-949.

7.Roeder M.S., Korzun V., Wendehake K. e.a. A microsatellite map of wheat. Genetics, 1998, 149: 2007-2023.

8.Plaschke J., Ganal M.W., Rцder M.S. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theor. Appl. Gen., 1995, 91: 1001-1007.

9.Prasad M., Varshney R.K., R o y J.K. e.a. The use of microsatellites for detecting DNA polymorphism, genotype identification and genetic diversity in wheat. Theor. Appl. Gen., 2000, 100: 584-592.

10.Ben Amer I.M., Boerner A., R o e d e r M.S. Detection of genetic diversity in Libyan wheat genotypes using wheat microsatellite markers. Gen. Res. Crop Evol., 2001, 48: 579-585.

11.Chebotar S.V., Roeder M.S., Boerner A. e.a. Characterization of Ukrainian bread wheat (Triticum aestivum L.) germplasm by using microsatellite markers. Proc. Int. Symp. «Biotechnology approaches for exploitation and preservation of plant resources». Yalta, Ukraine, 2002: 8-11.

12.Huan g X.Q., Boerner A., Roeder M.S. e.a. Assessing genetic diversity of wheat (Triticum aestivum L.) germplasm using microsatellite markers. Theor. Appl. Gen., 2002, 105: 699-707.

13.Roeder M.S., Wendehake K., Korzun V. e.a. Construction and analysis of a microsatellite-based database for European wheat cultivars. Theor. Appl. Gen., 2002, 106: 67-73.

14.Devos K.M., Bryan G.J., Collins A.J. e.a. Application of two microsatellite sequences in wheat storage proteins as molecular markers. Theor. Appl. Gen., 1995, 90: 247-252.

15.Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1973, 70: 3321-3323.

16.Rohlf F.J. NTSYS-pc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System. vers. 2.0. Applied Biostatistics Inc., N. Y., 1998.

17.Morgounov A., Zykin V.A., Sereda G.A. e.a. A. Siberian and North Kazakhstan wheat pool. In: The world wheat book. A history of wheat breeding /Eds. A.P. Bonjean, W.J. Angus. Paris - N.Y., 2001: 755-772.

Размещено на Allbest.ru