CC BY
13
https://doi.Org/10.30766/2072-9081.2022.23.2.184-193 1
УДК 633.854.54:633.52:575
Анализ структуры сортов масличного льна на основе полиморфных микросателлитных локусов
О 2022. С. 3. Гучетль , Т. А. Челюстникова, А. А. Аверина
ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта», г. Краснодар, Российская Федерация
Повышенная рентабельность производства масличного льна является стимулом для создания новых сортов с высокими показателями урожайности и расширения зон возделывания культуры. Ограниченность генетического разнообразия вида Linum usitatissimum L., вследствие самоопыления, и исходных форм, используемых при создании новых сортов льна масличного, сдерживают эффективность селекционной работы. Цель исследования - определение генетической структуры сортов масличного льна с использованием системы из 10 микросателлитных локусов. Материалом исследования служили четыре сорта селекции Всероссийского НИИ масличных культур. ДНК выделяли СТАВ-методом Электрофоретическоеразделение ампликонов проводили в 8%-м полиакриламидном геле с последующим окрашиванием бромистым этидием Основные показатели генетической изменчивости, а также анализ молекулярной вариансы AMOVA, показатели F-статистики Райта, анализ главных координат (PCoA) определяли с помощью программы GenAlEx 6.5. Суммарно выявлено 53 аллеля. Для каждого сорта рассчитаны основные показатели генетического разнообразия. По статистическим характеристикам (Na, Ne, I, F) сорт Нилин является источником наибольшего генетического разнообразия. Для всех сортов соотношение ожидаемой He и наблюдаемой Ho гетерозиготности соответствует инбредным популяциям с минимальной долей случайного скрещивания. По аллельному состоянию 10 SSR-локусов сорт Снегурок относится к линейному типу, что соответствует его происхождению. Составлен его генетический паспорт по данным локусам. По результатам анализа молекулярной вариансы (AMOVA) 71 % общей дисперсии обусловлен генетическими различиями между сортами, а 29 % - внутрисортовыми
Ключевые слова: Linum usitatissimum L., ДНК, SSR, полимеразная цепная реакция, генетическое разнообразие
Благодарности: работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» (тема FGRU-2019-0002, № ЕГИСУ НИОКТР АААА-А20-120121890075-8). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы. Конфликт интересов: авторы заявили об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Гучетль С. З., Челюстникова Т. А., Аверина А. А. Анализ структуры сортов масличного льна на основе полиморфных микросателлитных локусов. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022;23(2):184-193. DOI: https://doi.Org/10.30766/2072-9081.2022.23.2.184-193
Поступила: 10.01.2022 Принята к публикации: 25.02.2022 Опубликована онлайн: 20.04.2022
Analysis of the structure of linseed flax varieties based on polymorphic microsatellite loci
© 2022. Saida Z. Guchetl13, Tatyana A. Chelyustnikova, Anastasia A. Averina
V. S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops, Krasnodar, Russian Federation
High profitability of linseed flax production is an incentive for developing new varieties with high yield performance and for expansion of cultivation areas. The restricted genetic diversity of Linum usitatissimum L. due to self-pollination and of initial forms used by developing the new linseed flax varieties limits the efficiency of the breeding work. The purpose of the research was to determine the genetic structure of linseed flax varieties using a system of 10 microsatellite loci. Four varieties bred by the V. S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops were used as the research material. DNA was isolated by the CTAB method. Electrophoretic separation of amplicons was performed in 8 % poly-acrylamide gel followed by ethidium bromide staining. The determination of the main indicators of genetic variability, analyzed molecular variance (AMOVA), the Wright F-statistics indicators, and the principal coordinates analysis (PCoA) was carried out using the GenAlEx 6.5 program. A total of 53 alleles have been identified. The main indicators of genetic diversity were calculated for each variety. According to statistical characteristics (Na, Ne, I, F), the variety Nilin is the source of the greatest genetic diversity. For all varieties, the ratio of expected heterozygosity (He) and observed heterozygosity (Ho) corresponds to inbred populations with a minimum proportion of random crossing. By the allelic state of the 10 SSR loci, the variety Snegurok belongs to the linear type, which corresponds to its o rigin. The genetic passport of this variety has been compiled according to these loci. According to the results of the analysis of molecular variance (AMOVA), 71 % of the total dispersion is due to genetic differences between the varieties, and 29 % is due to intra-varietal differences.
Keywords: Linum usitatissimum L., DNA, SSR, polymerase chain reaction, genetic diversity
Acknowledgements: the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of V. S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops (theme No. FGRU-2019-0002, Unified state information system for recording the results of research and development work No. АААА-А20-120121890075-8). The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.
Conflict of interest: the authors stated no conflict of interest.
For citations: Guchetl S. Z., Chelyustnikova T. A., Averina A. A. Analysis of the structure of linseed flax varieties based on polymorphic microsatellite loci. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2022;23(2): 184-193. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.2.184-193
Received: 10.01.2022 Accepted for publication: 25.02.2022 Published online: 20.04.2022
Масличный лен - ценная техническая культура многопрофильного использования. В семенах современных сортов содержится около 50 % технического масла, которое применяется в производстве лакокрасочных материалов, в полиграфической, текстильной и других отраслях промышленности. Высокая доля а-линоленовой жирной кислоты, способствующей снижению в организме уровня холестерина, улучшению жирового и белкового обмена, повышает интерес к использованию льняного масла в пищу в качестве лечебно-профилактической добавки. Лен не только биологически ценная, но и экономически выгодная культура с широким диапазоном почвенно-климатических условий для выращивания. В 2019 году Россия вышла на второе, после Канады, место в мире по производству семян льна, является крупнейшим поставщиком льняного масла на глобальном рынке. По прогнозу ФАО1, к 2024 году можно ожидать увеличение спроса на мировом рынке на семена льна на 400 тыс. т (+21 % к показателю 2019 года), льняное масло - на 260 тыс. т (более чем вдвое). Повышенная рентабельность производства масличного льна является стимулом к созданию новых высокоурожайных сортов, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам, что будет способствовать расширению ареала возделывания культуры.
Успех селекционной работы в значительной мере определяется исходным материалом, вовлеченным в процесс, степенью его генетического разнообразия. Лён обыкновенный (Ьтит usitatissimum Ь), вид, к которому относятся культивируемые сорта, является самоопылителем с вероятностью энтомофиль-ного и аэрофильного переопыления 1-5 % [1]. Самоопыление - весомый фактор, влияющий на обеднение генофонда культуры. При разработке селекционных программ в качестве родительских форм чаще используются сорта с комплексом наиболее ценных признаков, что также приводит к снижению их генетического
разнообразия. Индивидуальный отбор является основным методом отбора у самоопылителей. В результате его применения создаются сорта, выравненные по морфологическим и основным хозяйственно важным признакам. Однако изучение сортов культур-самоопылителей показывает, что многие из них представляют собой смесь биотипов (скорее, генотипов) с разным соотношением растений, относящихся к ним [2].
Генетическое разнообразие масличного льна относительно невелико вследствие самоопыления и ограниченного числа исходных форм [3]. Для вовлечения в селекционные программы в качестве родительских форм генетически удаленных образцов широко проводится генотипирование коллекций исходного материала культурных растений [4, 5, 6]. Основным инструментом в проведении таких работ являются маркерные системы, основанные на нуклеотидной вариабельности генома. В настоящее время чаще других для диффе-ренцировки растений внутри вида, идентификации сортов используют системы микроса-теллитных маркерных локусов. Микросател-литные локусы (simple sequence repeats - SSR) представлены тандемными повторами простых последовательностей в структуре ДНК, причина полиморфизма которых - сайт-специфическое варьирование длины повтора, обусловленное различием в числе единиц повтора [7]. Микросателлитные локусы обладают свойствами идеальных маркеров: кодоминантны, распределены по всему геному, обладают значительной аллельной вариабельностью, доступны и высокоинформативны.
Для льна разработана достаточно обширная база микросателлитных локусов [8, 9], используемая для изучения генетического разнообразия культурного льна [10] и идентификации его сортов [11].
Ранее нами были проведены работы по формированию информативной маркерной системы с последующим генотипированием коллекции сортообразцов масличного льна [12, 13].
'ФЕБУ «Центр Агроаналитики». Масличные. [Электронный ресурс] URL: https://specagro.ru/analytics/202005/daydzhest-maslichnye-eksport-produkcii-apk-iz-rossii-v-kitay-prevysil-1 -mlrd-doll (дата обращения: 25.02.2022).
Цель исследований - определение генетической структуры различных сортов масличного льна с использованием системы полиморфных микросателлитных локусов.
Новизна исследований заключается в получении экспериментальных данных о моле-кулярно-генетической структуре и генетическом разнообразии современных сортов масличного льна для их дальнейшего вовлечения в селекционные программы в качестве родительских форм, а также для развития стратегий по сохранению генетического разнообразия селекционного материала.
Материал и методы. Материалом для исследования выбраны четыре сорта масличного льна селекции Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур имени В. С. Пустовойта (ВНИИМК): Даник, Снегурок, Нилин и Август. Сорт Даник получен методом многократного индивидуального отбора на инфекционном фузариозном фоне из сложной межсортовой гибридной популяции F8, характеризуется дружностью цветения и созревания, высокой устойчивостью к полеганию и высокой масличностью [14]. Сорт Нилин получен методом многократного индивидуального отбора на жёстком инфекционном фоне из сортообразца Ставропольского НИИСХ. Семена сорта содержат масло пищевого направления использования с низким (2,9 %) содержанием линоленовой кислоты. Высота растений 80 см и выше, что предполагает также использование льносоло-мы сорта на волокно [15]. Сорт Август создан методом индивидуального отбора из гибридной популяции третьего поколения, отличается очень высокой устойчивостью к фузариозу, осыпанию и полеганию [16]. Линейный сорт Снегурок создан на основе оригинальной технологии полиплоидной рекомбинации генома. Отличается высокой устойчивостью к отрицательным зимним температурам [17]. Сорта Даник, Нилин и Снегурок созданы на Центральной экспериментальной базе ВНИИМК, сорт Август - на Сибирской опытной станции ВНИИМК.
Для оценки генетической структуры сортов использовали выборки объемом до 50 растений каждого сорта. ДНК выделяли из тканей индивидуальных растений в стадии «елочка» описанным ранее СТАВ-методом [13]. В качестве инструмента для исследования использована маркерная система из 10 микро-сателлитных локусов [12].
Амплификацию проводили в 25 мкл реакционной смеси, включавшей: 2,5 мкл 10-кратного Taq ДНК-полимеразного буфера, 1 ед. реком-бинантной термостабильной ДНК-полимеразы (Сибэнзим, Москва), 3 мМ MgCh, по 0,2 мМ каждого из дезоксирибонуклеозидфосфатов; по 10 пМ праймеров, фланкирующих амплифи-цируемый локус, 0,25 мкл раствора (20 мг/мл) бычьего сыворотночного альбумина и 10 нг матричной ДНК. Амплификацию проводили в термоциклере S1000™ (BioRad, США) при соблюдении температурно-временного режима, оптимального для каждой пары праймеров [12].
Электрофоретическое разделение ампли-конов проводили в 8%-м полиакриламидном геле, в камерах вертикального электрофореза (VE-20, ДНК-технология, Россия). Окрашивание фракций амплифицированной ДНК осуществляли бромистым этидием. Визуализацию и документирование результатов проводили, используя систему BIO-PRINT (Vilber Lourmat, Франция). Размер фрагментов ДНК определяли с использованием программного обеспечения BioCapture той же системы относительно маркера длины фрагментов ДНК GeneRuler 100 bp DNA Ladder Thermo Scientific. Аллельный вариант локуса обозначали числом п. н. фрагмента ДНК. Основные показатели генетической изменчивости (число аллелей на локус Na, эффективное число аллелей Ne, наблюдаемая Но и ожидаемая Не гетерозиготности, информационный индекс Шеннона I, индекс фиксации F), а также анализ молекулярной вариансы АMOVA (Analysis of Molecular Variance), анализ главных координат (PCoA) определяли с помощью программы GenAlEx 6.5 [18].
Результаты и обсуждение. В предыдущих исследованиях, при генотипировании 17 сортов масличного льна системой из 10 SSR-локусов, определено, что часть сортов гомогенна по аллельному составу, а часть - гетероген-на. Для генотипирования этих сортов использовали образцы ДНК, которые представляли собой смесь из пяти индивидуальных растений. У гомогенных сортов было выявлено по одной аллели на каждый локус, у гетерогенных - две и более аллелей на локус [13]. Гетерогенность могла быть следствием как гетерозиготности отдельных растений, так и наличием контрастных аллельных вариант в выборке.
В текущем исследовании для уточнения причины гетерогенности образцов провели амплификацию ДНК отдельных растений. Результаты анализа продуктов амплификации ДНК пяти индивидуальных растений гетеро-
генного сорта Даник по четырем локусам (Lu8, Lu9, Lull и Lu24) показали, что растение 1 гетерозиготно по локусам Lu9, Lull и Lu24. Растения 2, 3 и 4 гомозиготны и генетически идентичны. Растение 5 генетически отлично от других растений выборки по четырем локусам. Таким образом, очевидно, что проанализированный образец сорта Даник включает как гомозиготные растения с различным аллельным состоянием локусов, так и гетерозиготные.
Для анализа генетической структуры выбраны четыре сорта масличного льна -
Даник, Снегурок, Нилин и Август. В сумме выборка составила 194 растения. С использованием системы из 10 пар праймеров, фланкирующих полиморфные микросателлитные локусы, амплифицированно 53 аллеля. Количество ам-плифицированных аллелей на локус варьировало от 2 до 10 со средним значением 5,3 аллеля на локус. Наиболее полиморфным оказался локус Ьи8, у него выявлено 10 аллелей с частотой встречаемости от 0,01 до 0,96. Наименее полиморфный локус Ьи10 - выявлено 2 аллеля с частотой встречаемости 0,37 и 1,00 (табл. 1).
Таблица 1 - Частоты встречаемости аллельных вариантов десяти микросателлитных локусов у сортов масличного льна/
Table 1 - Frequency of occurrence of allelic variants of 10 microsatellite loci in linseed flax varieties
Локус / Locus Даник / Danik Снегурок / Snegurok Нилин / Nilin Август /Avgust
171-0,65 192-0,40 197-0,56 200-0,02
Lu1 175*-0,21 151-1,00 182-0,31
197-0,79 185-0,01
192-0,02
172-0,05 184-0,74 190-0,21 171-0,65
Lu3 159-1,00 182-0,31 180-0,98
185-0,01 184-0,02
192-0,02
Lu7 120-0,02 143-0,98 143-0,04 151-0,78 162-0,18 143-0,02
143-0,98 151-0,02 151-0,98
116-0,06
153-0,02
116-0,87 145-0,01 160-0,56 108-0,04
Lu8 184-0,12 153-0,96 173-0,24 173-0,15
210-0,02 179-0,03 184-0,04 198-0,04 210-0,03 184-0,81
113-0,65 165-0,34 113-0,01 113-0,04 161-0,96
Lu9 146-0,01 113-1,00
161-0,98
Lu10 155-1,00 164-1,00 155-0,37 164-0,63 155-1,00
118-0,66 162-0,34 118-0,01 118-0,58 162-0,42
Lull 146-0,01 118-1,00
162-0,98
Lu21 134-0,01 134-0,01 145-0,97 160-0,02 153-0,91 145-0,01
145-0,99 160-0,09 153-0,99
118-0,65 164-0,35 111-0,01 111-0,96 160-0,04
Lu24 128-0,01 164-1,00
164-0,98
140-0,02
140-0,53 174-0,96 183-0,04 174-0,02 194-0,13 210-0,87
Lu25 200-0,44 183-0,02
207-0,02 194-0,50 200-0,43
: - обозначение аллельного варианта локуса / * - designation of the allelic variant of the locus
Число амплифицированных аллелей на локус у сортов различно. Например, по локусу Ьи8 амплифицировано 3, 3, 7, 3 аллели для сортов Даник, Снегурок, Нилин и Август соответственно. Наибольшее суммарное число амплифицированных аллелей выявлено у сорта Нилин - 29 аллелей. Для сортов Даник, Снегурок и Август этот показатель оказался одинаковым - 22 аллеля (табл. 2).
Эффективное число аллелей является мерой генетического разнообразия, характери-
зует локусы по частоте встречаемости аллелей. Исследуемые сорта различаются по данному показателю. Для сорта Нилин среднее значение эффективного числа аллелей 1,65, для сорта Даник - 1,52, сорта Август - 1,30, сорта Снегурок - 1, 04.
Для каждого сорта были рассчитаны основные показатели генетического разнообразия с использованием программы GenAlЕx 6.5 [18]. Полученные результаты представлены в таблице 3.
Таблица 2 - Характеристика изученных SSR-локусов у сортов масличного льна / Table 2 - Characteristics of the analyzed SSR-loci in linseed flax varieties
Число наблюдаемых/эффективных аллелей / Number of observed/effective alleles
Локус / Locus общее / general в сортах / in varieties
Даник / Danik Снегурок / Snegurok Нилин / Nilin Август /Avgust
Lui 9 2/1,49 1/1,00 4/1,90 5/2,13
Lu3 5 3/1,69 1/1,00 2/1,24 2/1,04
Lu7 4 2/1,04 2/1,04 3/1,55 2/1,05
Lu8 10 3/1,34 3/1,09 7/2,65 3/1,46
Lu9 4 2/1,84 3/1,04 1/1,00 2/1,09
Lu10 2 1/1,00 1/1,00 2/1,88 1/1,00
Luii 3 2/1,82 3/1,03 1/1,00 2/1,96
Lu21 4 2/1,02 3/1,06 2/1,93 2/1,02
Lu24 5 2/1,84 3/1,04 2/1,09 1/1,00
Lu25 7 3/2,07 2/1,09 5/2,27 2/1,29
Сумма / Total 53 22/15,15 22/10,39 29/16,51 22/13,04
Среднее / Mean 5,3 2,2/1,52 2,2/1,04 2,9/1,65 2,2/1,30
Таблица 3 - Основные показатели генетического разнообразия сортов масличного льна, выявленные микросателлитным анализом /
Table 3 - The main indicators of genetic diversity of linseed flax varieties revealed by microsatellite analysis
Сорт / Variety Na Ne I Ho He F
Даник / Danik 2,200±0,200 1,514±0,126 0,455±0,093 0,097±0,058 0,292±0,064 0,566±0,153
Снегурок / Snegurok 2,200±0,291 1,040±0,010 0,096±0,023 0,023±0,006 0,038±0,010 0,364±0,126
Нилин / Nilin 2,900±0,605 1,578±0,183 0,515±0,135 0,019±0,006 0,292±0,074 0,879±0,056
Август / Avgust 2,100±0,277 1,303±0,132 0,295±0,099 0,062±0,044 0,174±0,065 0,655±0,133
Примечания: Na - число аллелей на локус, Ne - эффективное число аллелей, I - информационный индекс Шеннона, Но - наблюдаемая гетерозиготность, Не - ожидаемая гетерозиготность, F - индекс фиксации /
Notes: Na - number of observed alleles, Ne - number of effective alleles, I - Shannon information index, Но - observed heterozygosity, Не - expected heterozygosity, F - Fixation index
Максимальное число аллелей на локус определено для сорта Нилин (2,9±0,6). Сорта Даник, Снегурок, Август по этому показателю малоразличимы. Эффективное число аллелей и индекс Шеннона - показатели, характеризующие уровень внутрисортового генетического
разнообразия, снижаются в направлении сортового ряда Нилин, Даник, Август, Снегурок. Соотношение наблюдаемой (Ho) и ожидаемой (He) гетерозиготности для всех анализируемых сортов происходит с численным перевесом в сторону ожидаемой гетерозиготности, что
является признаком инбредной популяции, в которой доля случайного скрещивания сведена к минимуму [19]. По статистическим характеристикам (Na, Ne, I, F) сорт Нилин показал наибольшее генетическое разнообразие.
По численному значению у сорта Снегурок показатели гетерозиготности (He, Ho) наименьшие. Сорт морозоустойчивого масличного льна Снегурок получен на основе оригинальной технологии полиплоидной рекомбинации генома (ТИР). Исходным для него растением послужила реплоидная особь С3 с рекомби-нированным геномом, выделенная из колхици-нированной тетраплоидной формы сорта Oliver с последующей многолетней полевой оценкой при подзимних посевах по признакам высокой морозоустойчивости и зимостойкости [17]. Анализируя структуру сорта по выборке из 49 индивидуальных растений, определили, что 46 растений гомозиготны, имеют одинаковый аллельный состав по 10 SSR-локусам, два растения гетерозиготны по спектрам пяти локусов, одно растение гомозиготно с чужеродным спек-
Расположение сортов по результатам анализа методом главных координат (РСоА) демонстрирует их дистанцированность друг от друга и отсутствие генетического родства. Максимально обособленно в системе координат расположен сорт Снегурок (рис. 1).
Таким образом, структура сортов, оцененная системой полиморфных микросател-литных локусов, различна. Сорта Даник, Август и Нилин созданы методом многократного индивидуального отбора из гибридных популяций Бв, Бэ и сортообразца, соответственно, на жестких инфекционных фонах по фенотипическим признакам [14, 15, 16] Индивидуальный отбор является практически основным видом отбора в селекции самоопылителей. В результате его применения создаются сорта, выравненные по морфологическим и основным хозяйственно
тром по четырем локусам. Уровень типичности использованного в исследовании образца 94 %. Три нетипичных растения могут быть результатом перекрестного опыления, либо механического засорения чужеродными семенами. Таким образом, установлен линейный характер сорта Снегурок с небольшой невыровненностью по микросаттелитным локусам. На основе полученных результатов можно составить генотипи-ческий паспорт сорта по 10 88Я-локусам: Ьи1ш, Ьи3159, ЬИ7143, ЬИ8153, ЬИ9Ш, Ьи10164, ЬиШб2, Ьи 21145, Ьи24164, Ьи25174. Напротив, гетерогенность аллельного состава микроса-теллитных локусов у остальных изучаемых сортов не позволяет отнести сорта Нилин, Даник и Август к линейным.
Анализ молекулярной вариансы (АМОУА) показывает распределение общей генетической изменчивости между исследованными сортами и в их пределах. Установлено, что 71,0 % от общей дисперсии обусловлена различиями между сортами, а 29,0 % - различиями между индивидами внутри сортов (табл. 4).
P
0,001
важным признакам. Однако изучение генетической структуры сортов культур-самоопылителей показывает, что многие из них представляют собой смесь генотипов с разной долей растений, к ним относящихся [2]. По полученным нами результатам, обозначенные выше сорта представляют собой популяции, состоящие из набора генотипов с различной частотой встречаемости (табл. 1). Нам не удалось представить эти сорта как сумму четко выраженных биотипов подобно тому, как сделано на сортах рапса [20]. Причина внутрисортового генетического разнообразия изученных сортов, возможно, заключается в том, что в процессе индивидуального отбора у самоопылителей достигается гомозиготность по ограниченному числу генов, определяющих основные морфологические и хозяйственные признаки. При этом
Таблица 4 - Результаты AMOVA анализа общего генетического разнообразия масличного льна четырех сортов /
Table 4 - Results of the AMOVA analysis of the total genetic diversity of four linseed flax varieties
Источник разнообразия / Source of diversity
Число степеней свободы (df) / Number of the degree of freedom
Сумма квадратов (SS) / Sum of squares
Доля в общей дисперсии, Part in total dispersion
абс. значения / absolute value
%
Между сортами / Among varieties
1
1601,34
10,92
71,0
Внутри сортов / Inside varieties
190
840,11
4,42
29,0
Всего / Total
193
2441,44
15,34
100,0
сохраняется гетерогенность по части нейтральных к отбору генов [2]. Микросателлитные ло-кусы представляют некодирующую часть генома, следовательно, нейтральны для селективных отборов по морфологическим и хозяйственным признакам. Некоторые отличия анализированных сортов-популяций по показателям внутрисортового генетического разнообразия (табл. 3) могут быть следствием различных схем скрещиваний и отборов в их происхождении (14, 15, 16, 17). Генетические различия между родительскими формами непосред-
ственно влияют на комбинационную изменчивость гибридного потомства, скорость гомози-готизации сорта и вероятность формирования особей с отличающимися от сортовой нормы признаками [21]. Полученные результаты о популяционной структуре и внутрисортовом генотипическом разнообразии могут быть полезны в подборе родительских пар при создании новых сортов, предлагая оптимальную основу для увеличения генетического фонда и развития стратегий по сохранению генетического разнообразия селекционного материала.
Рис. 1. Распределение сортов масличного льна в пространстве главных координат: Popí - Даник, Pop2 - Снегурок, Pop3 - Нилин, Pop4 -Август /
Fig. 1. Distribution of linseed flax varieties in the space of main coordinates: Popí - Danik, Pop2 -Snegurok, Pop3 - Nilin, Pop4 -Avgust
Заключение. Анализ генетической структуры сортов масличного льна Даник, Снегурок, Август и Нилин по 10 полиморфным микросателлитным локусам показал следующие результаты. В сумме детектировано 53 аллеля. По статистическим характеристикам №, I, F) сорт Нилин является источником наибольшего генетического разнообразия. Для всех сортов соотношение ожидаемой ^ и наблюдаемой Ho гетерозиготности соответствует инбредным популяциям с минимальной долей случайного скрещивания. По аллельному состоянию 10 88Я-локусов
сорт Снегурок относится к линейному типу, что соответствует его происхождению. Составлен его генетический паспорт по данным локусам. По результатам анализа молекулярной вариансы (ЛМОУЛ) 71 % общей дисперсии обусловлен генетическими различиями между сортами, 29 % - внутрисортовым генетическим разнообразием. Расположение сортов по результатам анализа методом главных координат (РСоЛ) демонстрирует их дистанцированность и отсутствие генетического родства. Максимально обособленно в системе координат расположен сорт Снегурок.
Список литературы
1. Зеленцов С. В., Мошненко Е. В., Рябенко Л. Г., Овчарова Л. Р. Типы и способы естественного опыления льна обыкновенного Linum usitatissimum Ь. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2018;(1(173)):105-113. БО1: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2018-1-173-105-113
2. Пухальский В. А. Проблемы генетической теории селекции растений. Вестник ВОГиС. 2005;9(3):306-316. Режим доступа: https://elibrarv.ru/item.asp?id=9127250
3. Ущаповский И. В., Лемеш В. А., Богданова М. В., Гузеню Е. В. Особенности селекции и перспективы применения молекулярно-генетических методов в генетико-селекционных исследованиях льна (Linum usitatissi-mum L.). Сельскохозяйственная биология. 2016;51(5):602-616. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.602rus
4. Varshney R. K., Bohra A., Yu J., Graner A., Zhang Q., Sorrells M. E. Designing future crops: genomics-assisted breeding comes of age. Trends in Plant Science. 2021;26(6):631-649. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.03.010
5. Gasi F., Sehic J., Grahic J., Hjeltnes S. H., Ordidge M., Benedikova D., Blouin-Delmas M., Drogoudi P., Giovannini D., Hofer M., Kahu K., Kovacs S., Lacis G., Lateur M., Toldam-Andersen T. B., Ognjanov V, Nybom H. Genetic assessment of the pomological classification of plum Prunus domestica L. accessions sampled across Europe. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67:1137-1161. DOI: https://doi.org/10.1007/s10722-020-00901-y
6. Супрун И. И., Степанов И. В., Токмаков С. В., Еремин Г. В. Оценка генетического полиморфизма сливы домашней на основе анализа микросателлитных локусов. Генетика. 2019;55(2);165-173.
DOI: https://doi.org/10.1134/S0016675819010144
7. Aiello D., Ferradini N., Torelli L., Volpi C., Lambalk J., Russi L., Albertini E. Evaluation of cross-species transferability of SSR markers in Foeniculum vulgare. Plants. 2020;9(2):175. DOI: https://doi.org/10.3390/plants9020175
8. Xin Deng, SongHua Long, DongFeng He, Xiang Li, YuFu Wang, DongMei Hao, CaiSheng Qiu, Xin-Bo Chen. Isolation and characterization of polymorphic microsatellite markers from flax (Linum usita-tissmum L.). African Journal of Biotechnology. 2011;10(5):734-739. URL:
https://www.researchgate.net/publication/224826039 Isolation and characterization of polymorphic microsatellite mar kers from flax Linum usitatissimum L
9. Soto-Cerda B. J., Saaverda H. U., Navarro C. N., Ortega P. M. Characterization of novel genic SSR markers in Linum usitatissimum (L.) and their transferability across eleven Linum species. Electronic Journal of Biotechnology. 2011;14(2):4-4.
10. Chandrawati R., Singh N., Kumar R., Kumar S., Singh P. K., Yadav V K., Ranade S. A., Yadav K. H. Genetic diversity, population structure and association analysis in linseed (Linum usitatissimum L.). Physiology and Molecular Biology of Plants. 2017;23(1):207-219. DOI: https://doi.org/10.1007/s12298-016-0408-5
11. Базанов Т. А., Ущаповский И. В., Логинова Н. Н., Смирнова Е. В., Михайлова П. Д. Формирование системы генетической паспортизации масличного льна. Аграрная наука. 2020;(7-8):80-83.
DOI: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-340-7-80-83
12. Челюстникова Т. А., Гучетль С. З., Антонова Т. С. Микросателлитные локусы для идентификации сортов льна масличного селекции ВНИИМК: подбор информативных праймеров и оптимальных условий ПЦР ДНК. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2019;(2(178)):41-46. DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2019-2-178-41-46
13. Гучетль С. З., Челюстникова Т. А. Генотипирование сортов льна масличного с использованием системы микросателлитных ДНК маркеров. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020;21(5):531-539. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2020.2L5.531-539
14. Рябенко Л. Г., Зеленцов В. С., Овчарова Л. Р., Галкина Г. Г., Скляров С. В. Сорт масличного льна Даник. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2015;(4(164)):141-142. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=25304529
15. Рябенко Л. Г., Зеленцов В. С., Овчарова Л. Р., Галкина Г. Г., Скляров С. В. Сорт масличного льна Нилин. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2015;(4(164)):143-144. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=25304530
16. Минжасова А. К., Лошкомойников И. А. Сорт масличного льна Август. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2017;(2(170)):115-116. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29712585
17. Рябенко Л. Г., Зеленцов С. В., Овчарова Л. Р., Зеленцов В. С., Скляров С. В., Мошненко Е. В. Зимующий сорт масличного льна Снегурок. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2020;(4(184)):99-102.
DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2020-4-184-99-102
18. 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: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
19. Чесноков Ю. В., Косолапов В. М. Генетические ресурсы растений и ускорение селекционного процесса. М.: ООО «Угрешская типография», 2016. 172 с. Режим доступа: https://www.vniikormov.ru/pdf/geneticheskie-resursy-rastenii-i-uskorenie-selektcionnogo-protcessa.pdf
20. Рогожина Т. Г., Анискина Ю. В., Карпачев В. В., Шилов И. А. Использование микросателлитного анализа для выявления биотипов у сортов ярового рапса (Brassica napus L.). Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2015;(2(162)):27-33. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=24037018
21. Лукомец В. М., Зеленцов С. В., Мошненко Е. В. Теоретическое обоснование возможности отбора перспективных особей в сортовых популяциях самоопылителей на примере сои. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2021;(2(186)):31-40. DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2021-2-186-31-40
References
1. Zelentsov S. V., Moshnenko E. V, Ryabenko L. G., Ovcharova L. R. Tipy i sposoby estestvennogo opyl-eniya l'na obyknovennogo Linum usitatissimum L. [The types and methods of natural pollination of flax Linum usi-tatissimum L.]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vse-rossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2018;(1(173)):105-113. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2018-1-173-105-113
2. Pukhal'skiy V. A. Problemy geneticheskoy teorii selektsii rasteniy. [Problems of the genetic theory of plant breeding]. Vestnik VOGiS. 2005;9(3):306-316. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=9127250
3. Ushchapovskiy I. V., Lemesh V A., Bogdanova M. V, Guzenko E. V Osobennosti selektsii i perspektivy primeneniya molekulyarno-geneticheskikh metodov v genetiko-selektsionnykh issledovaniyakh l'na (Linum usitatissimum L.). [Particularity of breeding and perspectives on the use of molecular genetic methods in flax (Linum usitatissimum L.) genetics and breeding research (review)]. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2016;51(5):602-616. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.602rus
4. Varshney R. K., Bohra A., Yu J., Graner A., Zhang Q., Sorrells M. E. Designing future crops: genomics-assisted breeding comes of age. Trends in Plant Science. 2021;26(6):631-649.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.03.010
5. Gasi F., Sehic J., Grahic J., Hjeltnes S. H., Ordidge M., Benedikova D., Blouin-Delmas M., Drogoudi P., Giovannini D., Hofer M., Kahu K., Kovacs S., Lacis G., Lateur M., Toldam-Andersen T. B., Ognjanov V, Nybom H. Genetic assessment of the pomological classification of plum Prunus domestica L. accessions sampled across Europe. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67:1137-1161. DOI: https://doi.org/10.1007/s10722-020-00901-y
6. Suprun I. I., Stepanov I. V., Tokmakov S. V., Eremin G. V Otsenka geneticheskogo polimorfizma slivy domashney na osnove analiza mikrosatellitnykh lokusov. [Study of prunus domestica genetic diversity by analysis of microsatellite loci]. Genetika = Russian Journal of Genetics. 2019;55(2);165-173. (In Russ.).
DOI: https://doi.org/10.1134/S0016675819010144
7. Aiello D., Ferradini N., Torelli L., Volpi C., Lambalk J., Russi L., Albertini E. Evaluation of cross-species transferability of SSR markers in Foeniculum vulgare. Plants. 2020;9(2): 175. DOI: https://doi.org/10.3390/plants9020175
8. Xin Deng, SongHua Long, DongFeng He, Xiang Li, YuFu Wang, DongMei Hao, CaiSheng Qiu, Xin-Bo Chen. Isolation and characterization of polymorphic microsatellite markers from flax (Linum usitatissmum L.). African Journal of Biotechnology. 2011;10(5):734-739. URL:
https://www.researchgate.net/publication/224826039 Isolation and characterization of polymorphic microsatellit e markers from flax Linum usitatissimum L
9. Soto-Cerda B. J., Saaverda H. U., Navarro C. N., Ortega P. M. Characterization of novel genic SSR markers in Linum usitatissimum (L.) and their transferability across eleven Linum species. Electronic Journal of Biotechnology. 2011;14(2):4-4.
10. Chandrawati R., Singh N., Kumar R., Kumar S., Singh P. K., Yadav V. K., Ranade S. A., Yadav K. H. Genetic diversity, population structure and association analysis in linseed (Linum usitatissimum L.). Physiology and Molecular Biology of Plants. 2017;23(1):207-219. DOI: https://doi.org/10.1007/s12298-016-0408-5
11. Bazanov T. A., Ushchapovskiy I. V, Loginova N. N., Smirnova E. V, Mikhaylova P. D. Formirovanie sistemy geneticheskoypasportizatsii maslichnogo l'na. [Formation of a system of genetic certification of linseed]. Agrarnaya nau-ka = Agrarian science. 2020;(7-8):80-83. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-340-7-80-83
12. Chelyustnikova T. A., Guchetl S. Z., Antonova T. S. Mikrosatellitnye lokusy dlya identifikatsii sortov l'na maslichnogo selektsii VNIIMK: podbor informativnykh praymerov i optimal'nykh usloviy PTsR DNK. [Microsatellite loci for identification of oil flax varieties of the breeding of V S. Pustovoit All-russian Research Institute of oil crops: selection of informative primers and optimal conditions for DNA PCR]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2019;(2(178)):41-46. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2019-2-178-41-46
13. Guchetl S. Z., Chelyustnikova T. A. Genotipirovanie sortov l'na maslichnogo s ispol'zovaniem sistemy mikrosatellitnykh DNK markerov. [Genotyping oil flax varieties using the microsatellite DNA marker system]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2020;21(5):531-539. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2020.2L5.531-539
14. Ryabenko L. G., Zelentsov V S., Ovcharova L. R., Galkina G. G., Sklyarov S. V. Sort maslichnogo l'na Danik. [A variety of oil flax Danik]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauch-no-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2015;(4(164)):141-142. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25304529
15. Ryabenko L. G., Zelentsov V S., Ovcharova L. R., Galkina G. G., Sklyarov S. V. Sort maslichnogo l'na Nilin. [A variety of oil flax Nilin]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-
issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2015;(4(164)):143-144. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25304530
16. Minzhasova A. K., Loshkomoynikov I. A. Sort maslichnogo l'na Avgust. [The new oil flax variety Avgust]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2017;(2(170)):115-116. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29712585
17. Ryabenko L. G., Zelentsov S. V, Ovcharova L. R., Zelentsov V. S., Sklyarov S. V., Moshnenko E. V Zimuyushchiy sort maslichnogo l'na Snegurok. [Winter variety of oil flax Snegurok]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2020;(4(184)):99-102. (In Russ.).
DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2020-4-184-99-102
18. 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: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
19. Chesnokov Yu. V, Kosolapov V M. Geneticheskie resursy rasteniy i uskorenie selektsionnogo protsessa. [Genetic resources of plants and acceleration of breeding process]. Moscow: OOO «Ugreshskaya tipografiya», 2016. 172 p. URL: https://www.vniikormov.ru/pdf/geneticheskie-resursy-rastenii-i-uskorenie-selektcionnogo-protcessa.pdf
20. Rogozhina T. G., Aniskina Yu. V, Karpachev V. V, Shilov I. A. Ispol'zovanie mikrosatellitnogo analiza dlya vy-yavleniya biotipov u sortov yarovogo rapsa (Brassica napus L.). [An application of microsatellite analysis for detection of biotypes from spring rapeseed cultivars (Brassica napus L.)]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2015;(2(162)):27-33. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24037018
21. Lukomets V. M., Zelentsov S. V., Moshnenko E. V. Teoreticheskoe obosnovanie vozmozhnosti otbora per-spektivnykh osobey v sortovykh populyatsiyakh samoopyliteley na primere soi. [Theoretical justification of the possibility to select perspective individuals in cultivar populations of self-pollinators on the example of soybean]. Maslichnye kul'tury. Nauchno-tekhnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnykh kul'tur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2021;(2(186)):31-40. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2021-2-186-31-40
Сведения об авторах
И Гучетль Саида Заурбиевна, кандидат биол. наук, зав. лабораторией молекулярно-генетических исследований, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта», ул. им. Филатова, д. 17, г. Краснодар, Российская Федерация, 350038, e-mail: vniimk@ vniimk.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2193-5230, e-mail: saida. guchetl@mail. ru
Челюстникова Татьяна Аркадьевна, аналитик лаборатории молекулярно-генетических исследований, ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта», ул. им. Филатова, д. 17, г. Краснодар, Российская Федерация, 350038, e-mail: [email protected], ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3981-5832
Аверина Анастасия Александровна, лаборант-исследователь лаборатории молекулярно-генетических исследований, ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта», ул. им. Филатова, д. 17, г. Краснодар, Российская Федерация, 350038, e-mail: [email protected], ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0599-9100
Information about the authors
И Saida Z. Guchetl, PhD in Biology, Head of the Laboratory of Molecular Genetic Research, leading researcher, V S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops, 17 Filatov street, Krasnodar, Russian Federation, 350038, e-mail: [email protected], ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2193-5230, e-mail: saida. [email protected]
Tatyana A. Chelyustnikova, analyst of the Laboratory of Molecular Genetic Research, V. S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops, 17 Filatov street, Krasnodar, Russian Federation, 350038, e-mail: [email protected], ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3981-5832
Anastasia A. Averina, laboratory assistant researcher of the Laboratory of Molecular Genetic Research, V. S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops, 17 Filatov street, Krasnodar, Russian Federation, 350038, e-mail: [email protected], ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0599-9100
El - Для контактов / Corresponding author
