Применение SCoT-маркеров для оценки генетической изменчивости российских сортов овсяницы и фестулолиума

  • Юлиан Муратович Мавлютов Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия
  • Валентина Леонидовна Коровина Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия
  • Ирина Александровна Клименко Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия
DOI: https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-3-53-63

Аннотация

Необходимым условием повышения эффективности селекционного процесса кормовых злаковых трав является комплексная оценка исходного материала, в том числе с помощью современных ДНК-технологий. Цель исследования состояла в изучении эффективности использования системы SCoT-маркеров, основанных на ПЦР, при анализе межвидовой и межсортовой генетической изменчивости овсяницы (Festuca) и фестулолиума (× Festulolium F. Aschers. et Graebn.). Проведено генотипирование 13 сортов российской селекции с применением 25 SCoT-маркеров, рекомендованных в литературных источниках в качестве информативных при анализе злаковых культур. Показана высокая эффективность техники SCoT-маркирования как инструмента выявления ДНК-полиморфизма между видами и сортами овсяницы и фестулолиума. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов идентификации и паспортизации сортов, а информация о генетическом сходстве или различии будет полезна при подборе родительских форм для селекционного процесса.

Биографии авторов

Юлиан Муратович Мавлютов, Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия

научный сотрудник лаборатории молекулярно-генетических исследований кормовых культур

Валентина Леонидовна Коровина, Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия

старший научный сотрудник лаборатории генофонда

Ирина Александровна Клименко, Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса, Научный городок, корп. 1, 141055, г. Лобня, Московская область, Россия

кандидат сельскохозяйственных наук; старший научный сотрудник, заведующий лабораторией молекулярно-генетических исследований кормовых культур

Литература

  1. Kostenko SI, Kosolapov VM, Pilipko SV, Kostenko ES. Breeding perrenial gramineous for adaptive forage production. Fodder Journal. 2016;8:35–39. Russian.
  2. Zolotarev VN, Katkov VA, Karpin VI. The biological-genetic and technological basis of a seed multiplication for varieties of forage grasses, created with use the induced tetraploids. Adaptive Fodder Production. 2013;2:44–52. Russian.
  3. Kosolapov VM, Shamsutdinov ZSh, Ivshin GI, Kuleshov GF, Novoselov MYu, Novoselova AS, et al. Osnovnye vidy i sorta kormovykh kul’tur: itogi nauchnoi deyatel’nosti Tsentral’nogo selektsionnogo tsentra [The basic species and varieties of fodder crops: results of scientific activity of the Central Breeding Center]. Shamsutdinov ZSh, Novoselova AS, Kosolapov VM, Agafodorova MN, Volovik VT, Drobysheva LV, et al., editors. Moscow: Nauka; 2015. 545 p. Russian.
  4. Klimenko IA, Kozlov NN, Shamustakimova AO, Dushkin VA. Investigation of forage crops genetic diversity using molecular DNA markers. Adaptive Fodder Production. 2019;4:89–100. Russian. DOI: 10.33814/AFP-2222-5366-2019-4-89-100.
  5. Saprykin SV, Zolotarev VN, Ivanov IS, Stepanova GV, Saprykina NV, Labinskaya RM. Nauchnye osnovy selektsii i semenovodstva mnogoletnikh trav v Tsentral’no-Chernozemnom regione Rossii [Scientific bases of breeding and seed production of perennial grasses in the Central Chernozem region of Russia]. Saprykin SV, Zolotarev VN, Stepanova GV, editors. Voronezh: Voronezhskaya oblastnaya tipografiya; 2020. 496 p. Russian.
  6. Loera-Sánchez M, Studer B, Kölliker R. DNA-based assessment of genetic diversity in grassland plant species: challenges, approaches, and applications. Agronomy. 2019;9(12):881. DOI: 10.3390/agronomy9120881.
  7. Shahabzadeh Z, Mohammadi R, Darvishzadeh R, Jaffari M. Genetic structure and diversity analysis of tall fescue populations by EST-SSR and ISSR markers. Molecular Biology Reports. 2020;47(1):655–669. DOI: 10.1007/s11033-019-05173-z.
  8. Cheng Y, Ma X, Zhou K, Humphreys MW, Zhang XQ. Phylogenetic analysis of Festuca – Lolium complex using SRAP markers. Genetic Resources and Crop Evolution. 2016;63(1):7–18. DOI: 10.1007/s10722-015-0324-5.
  9. Roldán-Ruiz I, van Euwijk FA, Gilliland TJ, Dubreuil P, Dillmann C, Lallemand J, et al. A comparative study of molecular and morphological methods of describing relationships between perennial ryegrass (Lolium perenne L.) varieties. Theoretical and Applied Genetics. 2001;103(8):1138–1150. DOI: 10.1007/s001220100571.
  10. Tanhuanpää P, Erkkilä M, Kalendar R, Schulman AH, Manninen O. Assessment of genetic diversity in Nordic timothy (Phleum pratense L.). Hereditas. 2016;153:5. DOI: 10.1186/s41065-016-0009-x.
  11. Collard BCY, Mackill DJ. Start codon targeted (SCoT) polymorphism: a simple, novel DNA marker technique for generating gene-targeted markers in plants. Plant Molecular Biology Reporter. 2009;27(1):86–93. DOI: 10.1007/s11105-008-0060-5.
  12. Michelmore RW, Paran I, Kesseli RV. Identification of markers linked to disease-resistance genes by bulked segregant analysis: a rapid method to detect markers in specific genomic regions by using segregating populations. PNAS. 1991;88(21):9828–9832. DOI: 10.1073/pnas.88.21.9828.
  13. Dellaporta SL, Wood J, Hicks JB. A plant DNA minipreparation: version II. Plant Molecular Biology Reporter. 1983;1(4):19–21. DOI: 10.1007/BF02712670.
  14. Klimenko IA, Kozlov NN, Kostenko SI, Shamustakimova AO, Mavlyutov YuM. Identifikatsiya i pasportizatsiya sortov kormovykh trav (klevera lugovogo, lyutserny izmenchivoi, posevnoi i khmelevidnoi) na osnove DNK-markerov [Identification and certification of forage grasses varieties (red clover, bastard alfalfa, common alfalfa and black medick alfalfa), based on DNA markers]. Moscow: Ugresha T; 2020. 35 p. Russian. DOI: 10.33814/978-5-6043194-9-9.
  15. Amirmoradi B, Talebi R, Karami E. Comparison of genetic variation and differentiation among annual Cicer species using start codon targeted (SCoT) polymorphism, DAMD-PCR, and ISSR markers. Plant Systematics and Evolution. 2012;298(9):1679–1688. DOI: 10.1007/s00606-012-0669-6.
  16. Jiang LF, Qi X, Zhang XQ, Huang LK, Ma X, Xie WG. Analysis of diversity and relationships among orchardgrass (Dactylis glomerata L.) accessions using start codon-targeted markers. Genetics and Molecular Research. 2014;13(2):4406–4418. DOI: 10.4238/2014.June.11.4.
  17. Yan H, Zhang Y, Zeng B, Yin G, Zhang X, Ji Y, et al. Genetic diversity and association of EST-SSR and SCoT markers with rust traits in orchardgrass (Dactylis glomerata L.). Molecules. 2016;21(1):66. DOI: 10.3390/molecules21010066.
  18. Safari H, Zebarjadi A, Kahrizi D, Jafari AA. The study of inter-specific relationships of Bromus genus based on SCoT and ISSR molecular markers. Molecular Biology Reports. 2019;46(5):5209–5223. DOI: 10.1007/s11033-019-04978-2.
  19. Kondratskaya IP, Yukhimuk AN, Stolepchenko VA, Chizhik OV, Kozlovskaya ZG, Vasko PP, et al. The creating of intergenetic hybrids of Festulolium of Festuca arundinacea morphotipe with the use of post-genomic technologies and DNA-marking. In: Kunakh VA, Drobyk NM, Azizov IV, Andreev IO, Atanasov A, Blume YaB, et al., editors. Factors in experimental evolution of organisms. Volume 25. Kyiv: M. I. Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine; 2019. p. 253–259. Russian. DOI: 10.7124/FEEO.v25.1172.
  20. Peakall R, Smouse PE. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes. 2006;6(1):288–295. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x.
  21. Perrier X, Jacquemoud-Collet JP. DARwin software [Internet]. Paris: CIRAD; 2006 [cited 2022 June 7]. Available from: https://darwin.cirad.fr/.
  22. Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000;155(2):945–959. DOI: 10.1093/genetics/155.2.945.
  23. Falush D, Stephens M, Pritchard JK. Inference of population structure using multilocus genotype data: linked loci and correlated allele frequencies. Genetics. 2003;164(4):1567–1587. DOI: 10.1093/genetics/164.4.1567.
  24. Evanno G, Regnaut S, Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software Structure: a simulation study. Molecular Ecology. 2005;14(8):2611–2620. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x.
  25. Earl DA, vonHoldt BM. Structure Harvester: a website and program for visualizing Structure output and implementing the Evanno method. Conservation Genetics Resources. 2012;4(2):359–361. DOI: 10.1007/s12686-011-9548-7.
  26. Kondratskaya IP, Yukhimuk AN, Chizhik OV, Reshetnikov VN. [DNA markers as a means of assessing the genetic diversity and identification of grasses]. In: Demidchik VV, Smolich II, Padutov VE, Shashko AYu, editors. Kletochnaya biologiya i biotekhnologiya rastenii. Tezisy dokladov III Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii; 24–27 maya 2022 g.; Minsk, Belarus’ [Plant cell biology and biotechnology. Abstracts of the 3rd International scientific and practical conference; 2022 May 24–27; Minsk, Belarus]. Minsk: Belarusian State University; 2022. p. 70. Russian.
  27. Pivorienė O, Pašakinskienė I. Genetic diversity assessment in perennial ryegrass and Festulolium by ISSR fingerprinting. Zemdirbyste-Agriculture. 2008;95(2):125–133.
  28. Fu Kaixin, Guo Zhihui, Zhang Xinquan, Fan Yan, Wu Wendan, Li Daxu, et al. Insight into the genetic variability analysis and cultivar identification of tall fescue by using SSR markers. Hereditas. 2016;153:9. DOI: 10.1186/s41065-016-0013-1.
  29. Zolotarev VN. Economic and biological characteristics festulolium varieties Fest and features cultivation. Adaptive Fodder Production. 2022;2:35–48. Russian.
  30. Trukhan OV. The development of red fescue seed production. Adaptive Fodder Production. 2016;2:71–79. Russian.
  31. Zolotarev VN, Perepravo NI. [Distinctive features of varieties of fescue-ryegrass hybrids when cultivated for seeds]. In: Novye i netraditsionnye rasteniya i perspektivy ikh ispol’zovaniya. Materialy XII Mezhdunarodnoi konferentsii; 6–10 iyunya 2016 g.; Yalta, Rossiya [New and non-traditional plants and prospects for their use. Proceedings of the 12th International conference; 2016 June 6–10; Yalta, Russia]. Moscow: RUDN University; 2016. p. 314–317. Russian.
  32. Perepravo NI, Kosolapov VM, Ryabova VE, Zolotarev VN, Karpin VI, Lebedeva NN, et al. Vozdelyvanie i ispol’zovanie novoi kormovoi kul’tury – festuloliuma – na korm i semena [Cultivation and use of a new forage crop – festulolium – for fodder and seeds]. Moscow: Publishing House of the Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy; 2012. 28 p. Russian.
Опубликован
2022-11-15
Ключевые слова: овсяница, фестулолиум, генетическое разнообразие, SCoT-маркеры, ДНК-полиморфизм, генотипирование
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания по проекту 0442-2019-0001АААА-А19-119122590053-0
Как цитировать
Мавлютов, Ю. М., Коровина, В. Л., & Клименко, И. А. (2022). Применение SCoT-маркеров для оценки генетической изменчивости российских сортов овсяницы и фестулолиума. Экспериментальная биология и биотехнология, 3, 53-63. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-3-53-63
Выпуск
№ 3 (2022): Экспериментальная биология и биотехнология
Раздел
Генетика и молекулярная биология

Copyright (c) 2022 Экспериментальная биология и биотехнология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).