CC BY
0
РАЗРАБОТКА SSR МАРКЕРОВ ГЕНОВ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ У ЯБЛОНИ
ДОМАШНЕЙ
С.А. Вишняков, студент
Волгоградский государственный университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-9-2-7-9
Аннотация. SSR маркеры являются одними из самых распространённых маркеров для генотипирования и мониторинга изменчивости видов растений. Определение дифференциации генов растений важная часть методов молекулярной селекции и играет важную роль для ускорения выведения новых сортов полезных для сельского хозяйства культур. В этом исследовании представлена идентификация новых функциональных маркеров SSR, полученных из потенциальных генов-кандидатов на засухоустойчивость яблони. Будущие функциональные исследования этих различий в генах-кандидатах позволят выявить их роль в засухоустойчивости.
Ключевые слова: молекулярная селекция, ДНК-маркеры, SSR, яблоня, PCR In silico.
В последние годы во всём мире засуха стала основным фактором, который ограничивает урожайность сельскохозяйственных культур [1]. Засухоустойчивость растений обеспечивается за счёт координации множества сложных биохимических процессов. В частности, это касается биосинтеза и передачи сигналов от фитогормо-нов, таких как абсцизовая кислота, этилен и жасмонат. Кроме того, для снижения негативных последствий засушливого стресса растения вырабатывают осмопро-текторные соединения, такие как пролин, глицин, бетаин и трегалоза [2]. Многочисленные факторы транскрипции, включая белки, связывающие ABA-чувствительный элемент (ABRE), белки, реагирующие на обезвоживание (DREB), и факторы реакции на этилен (ERF), факторы транскрипции WRKY играют ключевую роль в контроле экспрессии генов, ответственных за реакцию растений на засуху.
Яблоко (Malus domestica) - один из наиболее часто потребляемых фруктов в мире. Их употребляют как в свежем, так и в переработанном виде в качестве джемов, ингредиентов в выпечке и детском питании, следовательно, производство яблок является экономически важной отраслью сельского хозяйства для многих регионов мира [5]. Прогнозируется, что в будущем различные регионы Европы станут более засушливыми [6], поэтому необходимо
подготовить производство яблок к более сильным засухам. Способность яблонь справляться со стрессом от засухи и достигать высокого урожая в этих условиях будет иметь большое экономическое значение. Правильный выбор засухоустойчивых сортов является одной из стратегий снижения воздействия этого стресса и содействия более стабильному производству яблок [7].
Быстрое и простое преобразование идентифицированных генов-кандидатов на засухоустойчивость в молекулярные маркеры, выявляющие вариации в этих генах, имеют важное значение для успешной селекции на засухоустойчивость. Простые повторы последовательности (SSR), также известные как микросаттелиты, являются наиболее часто используемыми маркерами для генотипирования важных для сельского хозяйства растений [3]. Помимо чистых форм, SSR также могут встречаться в сложных, прерывистых чистых и прерывистых сложных формах [4].
Подход с использованием генов-кандидатов был использован для разработки функциональных маркеров простого повтора последовательности (SSR) для ассоциативных исследований яблони домашней с целью улучшения селекции на засухоустойчивость.
Материалы и методы
Последовательности генов-кандидатов, придающих засухоустойчивость, были отобраны из базы данных NCBI Gene. Выбор пал на популярные в области изучения засухоустойчивости гены WRKY, DREB/ERF и SOD.
В последовательностях выбранных генов были найдены микросаттелитные по-
В таблице представлены пятнадцать пар SSR-праймеров к генам, ассоциированным с засухоустойчивостью растений. Разработанные праймеры являются SSR маркерами для определения засухоустойчивых популяций яблони домашней.
вторы с и использованием онлайн инструмента MISA [8]. Разработка праймеров производилась в программе Primer3Plus. SSR-праймеры подбирались из фланкирующих областях с обоих сторон микросат-телитных повторов.
Результаты и обсуждение
Подход определения наиболее засухоустойчивых особей с помощью SSR маркеров значительно ускоряет селекцию более устойчивых к абиотическим стрессам и, соответственно, продуктивных сортов растений.
Таблица. SSR-праймеры для генов засухоустойчивости
Ген засухоустойчивости SSR SSR-праймеры
ERF022-like T(10) F: CTAAGTGTTTGCTGCCTTGGT
R: AGTTATTCCATCTTTTTCATGAACTGA
DREB1E AT(16) F: CCCATTTCACAAATTTCGCACA
R: TTTAAACGTACCAATGTACTCCAAA
DREB1E AT(16) F: AGAAGAGCCCATTTCACAAATTT
R: AAGACGATCGTACCTTTTAACAAAA
DREB1E AT(16) F: TTCGCACAGGGTCTTCGAAA
R: AGGTTGAACTGTCGGTGCAA
WRKY44 AG(17) F: ATGATGGTGGCGGCGATAAA
R: AGATGAGCTATAACCACAAGATCA
WRKY57 AT(6) F: TGCGGATATATTGCAGGCTTAAC
R: TGCATGATAGACACGTACAGAT
WRKY57 AT(6) F: TAACTAGCAGGTGCACGTGG
R: ACGGTCGATGCATGATAGACA
WRKY57 TG(15) F: CAAGCGCATGCATTGGATCA
R: TCGACAAACTACATTTCCTAATTCA
WRKY57 TG(15) F: GAGACCCAAGCGCATGCATT
R: AACCTATCGAAAAGGATTACGAAACA
WRKY57 TG(15) F: GGCAGATGGAGTCGAGAGA
R: ATTACGAAACAAATTCAAAACGGTCG
WRKY57 TG(15) F: TGCAGAGATAGAAAGCATGGCT
R: CGACAAACTACATTTCCTAATTCATTT
WRKY57 TG(15) F: GAGACCCAAGCGCATGCATT
R: AACCTATCGAAAAGGATTACGAAACA
SOD TC(8) F: CTCTCTCTTTCCACCGGACG
R: TTGCTCCTCTCGCACTCAAA
SOD TC(8) F: GCTTCTCTCTCTTTCCACCGG
R: TGAGAGCTTGGAGGTGAAGG
SOD TC(8) F: GGCAATGATAGGAGGCCGAA
R: AGCAAAATTTGAGGGCTGACA
SOD TC(8) F: TCGTCATCAACACCAACTACCA
R: GAGCTTGGAGGTGAAGGACT
SOD CT(13) F: TCTGCTCTTTTCTACCCGCC
R: TGCTGCAAGAACGAAAGCAA
SOD CT(13) F: TGGATCTTTGGGAGGTGTGT
R: AATTTCATCTCCCTCCCCGC
SOD CT(13) F: ATCTCTCGCTCTCTGCTCTT
R: GCATGCTGCAAGAACGAAAG
Библиографический список
1. Crop production under drought and heat stress: plant responses and management options / S. Fahad [et al.] // Frontiers in plant science. - 2017. - Т. 8. - С. 1147. - DOI 10.3389/fpls.2017.01147.
2. Network candidate genes in breeding for drought tolerant crops / C.T. Krannich [et al.] // International journal of molecular sciences. - 2015. - Т. 16, № 7. - С. 16378-16400. -DOI 10.3390/ijms160716378.
3. Unravelling differences in candidate genes for drought tolerance in potato (Solanum tuberosum L.) by use of new functional microsatellite markers / C. Schumacher [et al.] // Genes. -2021. - Т. 12, № 4. - С. 494. - DOI 10.3390/genes12040494.
4. Chambers G.K. Microsatellites: consensus and controversy / G.K. Chambers, E.S. MacAvoy // Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. - 2000. - Т. 126, № 4. - С. 455-476. - DOI 10.1016/s0305-0491(00)00233-9.
5. Harris S.A. Genetic clues to the origin of the apple / S.A. Harris, J.P. Robinson, B E. Juniper // TRENDS in Genetics. - 2002. - Т. 18, № 8. - С. 426-430.
6. Climate change impacts, adaptive capacity, and vulnerability of European forest ecosystems / M. Lindner [et al.] // Forest ecology and management. - 2010. - Т. 259, № 4. - С. 698709.
7. Comparative study of drought stress effects on traditional and modern apple cultivars / I. Mihaljevic [et al.] // Plants. - 2021. - Т. 10, № 3. - С. 561.
8. MISA-web: a web server for microsatellite prediction / S. Beier [et al.] // Bioinformatics. -2017. - Т. 33, № 16. - С. 2583-2585.
DEVELOPMENT OF SSR MARKER GENES FOR DROUGHT TOLERANCE
IN DOMESTIC APPLE TREES
S.A. Vishnyakov, Student Volgograd State University (Russia, Volgograd)
Abstract. SSR markers are among the most common markers for genotyping and monitoring variability in plant species. Determination of plant gene differentiation is an important part of molecular breeding techniques and plays an important role in accelerating the development of new varieties of agriculturally useful crops. This study presents the identification of novel SSR functional markers derived from potential candidate genes for drought tolerance in apple tree. Future functional studies of these differences in candidate genes will reveal their role in drought tolerance.
Keywords: molecular breeding, DNA markers, SSR, apple trees, PCR In silico.
