CC BY
0
РАЗРАБОТКА МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ ДЛЯ ГЕНОТИПИРОВАНИЯ
ЯБЛОНИ ДОМАШНЕЙ
С.А. Вишняков, студент
Волгоградский государственный университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-9-2-10-12
Аннотация. ISSR маркеры являются одним из самых распространённых маркеров для генотипирования и мониторинга изменчивости видов растений. Определение генетической дифференциации растений одного вида играет важную роль для ускорения селекции полезных для сельского хозяйства культур. В ходе данного из двух хромосом яблони (Malus domestica) было идентифицировано более трёх сотен микросаттелитных повторов, из которых были выбраны пятнадцать. Полученные данные послужат началом для дальнейшего тестирования их работоспособности и пригодности к применению в лабораторных условиях.
Ключевые слова: молекулярная селекция, ДНК-маркеры, SSR, ISSR, яблоня.
Яблоня (Malus ssp.), одна из наиболее часто выращиваемых плодовых культур в зонах умеренного климата. Род Malus чрезвычайно богат разнообразием и насчитывает от 25 до 78 видов в зависимости от таксономической классификации. Высокие уровни межвидовой гибридизации происходят естественным образом, что приводит к появлению генетических примесей, способствующих разнообразию внутри рода. В дополнение к естественной диверсификации рода, антропогенная деятельность, включая отбор и скрещивание, привела к появлению примерно 10 000 сортов по всему миру. Идентификация специфичности зародышевой плазмы видов яблони чрезвычайно полезна для успешного сохранения и эффективного использования генетических ресурсов [1].
Генетическая изменчивость и аллельное разнообразие видов и сортов растений обычно исследуются для выявления их отличия. Идентификация структуры популяции и родства в коллекциях зародышевой плазмы является фундаментальной предпосылкой для выявления надежных ассоциаций маркер-признак.
Из-за доминантного наследования и из-за того, что растения часто являются мно-гоаллельными, маркеры простого повтора последовательности (SSR) широко используются при исследовании генетического разнообразия яблони для его оценки,
структуры популяции и анализа происхождения. Однако учеными часто сообщается о недостатках SSR. Нестабильность SSR резко возрастает с возрастом растения. Определенные химические вещества или излучение могут вызывать двуцепо-чечные разрывы ДНК, и восстановление этих разрывов обычно приводит к небольшим вставкам или делециям в месте разрыва. Эти инсерции, по-видимому, могут способствовать нестабильности ББЯ [2].
Учитывая важность этой культуры, существует необходимость понимания эволюционного процесса, сохранения генетического разнообразия и популяционной генетической структуры яблони. Молекулярные маркеры продемонстрированы как достоверный инструмент для идентификации генетического разнообразия и интерпретации филогенетических взаимосвязей внутри видов сельскохозяйственных культур и между ними. Различные ДНК-маркеры могут быть использованы для улучшения урожая с помощью молекулярной селекции методом оценки генетического разнообразия и анализа структуры популяции [3].
Понимание генетического разнообразия яблони является одним из главных требований для улучшения урожая. Генетическое расстояние или генетическое сходство являются наиболее важными пара-
метрами, используемыми для расчета генетического разнообразия культурных растений. Традиционная селекция является дорогостоящим процессом и может занимать десятилетия перед тем, как будет выведен удачный сорт растения, обладающий лучшими показателями урожайности. Таким образом, ДНК-маркеры становятся очень удобными для понимания генетической изменчивости полезных агрономических признаков для использования в программах улучшения урожая и для разработки жизнеспособных стратегий молекулярной селекции [4].
В большом количестве генотипов морфологическая изменчивость характеризуется и связана со специфическими ДНК-маркерами для оценки генетического разнообразия. Традиционные морфологические маркеры очень полезны, они могут быть эффективно подтверждены молекулярными маркерами для точной идентификации и размещения таких генотипов в более подходящих положениях на основе их генетического родства. ISSR-маркеры являются наиболее эффективным инструментом для анализа генетического разнообразия благодаря низкой стоимости, простоте, воспроизводимости и отсутствию предварительных знаний [5].
Маркеры ISSR представляют собой ло-кусы, связывающие специфическую гене-
Полученные ISSR маркеры позволят отслеживать генетическое разнообразие вида Malus domestica, что является одним из
тическую информацию и повторяющиеся фрагменты ДНК между двумя идентичными микросателлитными сайтами. ISSR в высокой степени полиморфен и необходим в исследованиях развития, наследственных процессов, биоразнообразия и картирования генома; этот метод на основе ПЦР может устранить некоторые недостатки существующих методов маркирования, включая дорогостоящий характер AFLP и плохую воспроизводимость RAPD, и применяется к широкому разнообразию видов растений [5].
Материалы и методы Для поиска микросаттелитных последовательностей был использован онлайн инструмент MISA. Выбор микросаттелитов для дальнейшего подбора праймеров к ним осуществлялся следующим образом: выбирались преимущественно ди- и три-нуклиотидные повторы, число повторений которых не превышало десяти.
При разработке праймеров на 3' конце после окончания повтора оставлялся один селективный нуклеотид.
Результаты и их обсуждение В таблице представлены праймеры, в последовательность которых входит простой нуклеотидный повтор, на конце 3' конца которого располагается селективный нуклеотид.
начальных этапов по выведению новых сортов методами молекулярной селекции.
Таблица. Праймеры для ISSR маркеров.
№ SSR ISSR-маркер
1 (ACA)6 5" -ACAACAACAACAACAACAA-3"
2 (GA)9 5" -GAGAGAGAGAGAGAGAGAT-3"
3 (GT)6 5" -GTGTGTGTGTGTA-3"
4 (AAT)6 5" -AATAATAATAATAATAATA-3"
5 (ACT)6 5" -ACTACTACTACTACTACTA-3"
6 (TC)7 5" -TCTCTCTCTCTCTCT-3"
7 (TG)8 5" -TGTGTGTGTGTGTGTGA-3"
8 (ATG)5 5" -ATGATGATGATGATGT-3"
9 (GAA)7 5" -GAAGAAGAAGAAGAAGAAGAAA-3"
10 (TA)10 5" -TATATATATATATATATATAT-3"
11 (AT)9 5" -ATATATATATATATATATA-3"
12 (AG)9 5" -AGAGAGAGAGAGAGAGAGA-3"
13 (TAT)8 5" -TATTATTATTATTATTATTATTATT-3"
14 (CA)7 5" -CACACACACACACAT-3"
15 (AATA)6 5" -AATAAATAAATAAATAAATAAATAA-3"
Библиографический список
1. Application of genome-wide insertion/deletion markers on genetic structure analysis and identity signature of Malus accessions / X. Wang, F. Shen, Y. Gao // BMC Plant Biology. -2020. - Т. 20. - С. 1-13.
2. Microsatellite instability in Arabidopsis increases with plant development / A. Golubov, Y. Yao, P. Maheshwari // Plant physiology. - 2010. - Т. 154, № 3. - С. 1415-1427.
3. Diversity in 113 cowpea [Vigna unguiculata (L) Walp] accessions assessed with 458 SNP markers / K.F. Egbadzor, K. Ofori, M. Yeboah // SpringerPlus. - 2014. - Т. 3. - С. 1-15.
4. Molecular marker for characterization of traditional and hybrid derivatives of Eleusine cor-acana (L.) using ISSR marker / J. Venkatesan, V. Ramu, T. Sethuraman // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. - 2021. - Т. 19, № 1. - С. 178.
5. Al-Yasi H.M. Comparing genetic differentiation and variation using ISSR and SCoT among Juniper plant markers in Saudi Arabia / H.M. Al-Yasi, R. Al-Qthanin // Frontiers in Plant Science. - 2024. - Т. 15. - С. 1356917.
DEVELOPMENT OF MOLECULAR MARKERS FOR GENOTYPING
OF MALUS DOMESTICA
S.A. Vishnyakov, Student Volgograd State University (Russia, Volgograd)
Abstract. ISSR markers are one of the most common markers for genotyping and monitoring variability in plant species. Determining the genetic differentiation of plants of the same species is important for accelerating the breeding of agriculturally useful crops. In this study, more than three hundred microsattelite repeats were identified from two chromosomes of apple (Malus domestica), of which fifteen were selected. The data obtained will serve as a starting point for further testing of their performance and suitability for use in the laboratory.
Keywords: molecular breeding, DNA markers, SSR, ISSR, apple trees.
