doi: 10.15389/agrobiology.2021.1.32rus
УДК 635.21:575.1:577.21
Для выращивания растений картофеля использовали экспериментальную установку искусственного климата ЭУИК (Институт биоинженерии ФИЦ Биотехнологии РАН). Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 18-29-07007) и ФНТП развития сельского хозяйства РФ на 2017-2025 годы (подпрограмма «Развитие селекции и семеноводства картофеля в Российской Федерации»).
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ГЕНОМНЫХ RGA-ЛОКУСОВ СОВРЕМЕННЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ: ДАННЫЕ NBS-МАРКИРОВАНИЯ
Е.А. ДЬЯЧЕНКО ✉, А.В. КУЛАКОВА, Е.З. КОЧИЕВА, А.В. ЩЕННИКОВА
Свойственный растениям иммунитет направлен на защиту от биотических и абиотических стрессов и, как следствие, на адаптацию к изменяющимся условиям среды. На первом уровне защиты используется широкий спектр рецепторов фитопатогенов, кодируемых R-генами устойчивости. Присутствие в рецепторах консервативного NBS-домена дает возможность маркировать геном растения с помощью амплификации аналогов R-генов. На этом основано мультилокусное NBS-маркирование, которое позволяет эффективно охарактеризовать геном растения с точки зрения представленности и вариабельности семейства R-генов, продукты которых имеют NBS-домен. Этот метод применяется для изучения разнообразия локусов R-генов устойчивости сельскохозяйственных культур и родственных им дикорастущих видов, явлений интрогрессивной гибридизации и эволюции R-генов у видов растений с различной степенью резистентности к патогенам. Также с помощью NBS-маркирования проводится генотипирование коллекций генбанков, разработка кодоминантных маркеров и насыщение генетических карт. Существующая необходимость паспортизации и сравнения генотипов сортов и ограниченное число таких работ в России делают актуальными исследования по молекулярному маркированию сортов агрокультур отечественной и зарубежной селекции, возделываемых на территории Российской Федерации. В настоящей работе NBS-маркирование было использовано для генотипирования 60 сортов и пяти перспективных селекционных клонов картофеля Solanum tuberosum отечественной и зарубежной селекции, а также образца родственного вида Solanum stoloniferum (в качестве внешней группы). С помощью двух комбинаций праймер/фермент (NBS7/MseI и NBS9/MseI) было сгенерировано 204 NBS-фрагмента, включая 144 (70,6 %) полиморфных и один уникальный для сорта Гала. Для каждого сорта был определен индивидуальный, специфичный спектр NBS-фрагментов. Анализ матрицы генетических расстояний между сортами показал, что исследуемая выборка сортов высокополиморфна (GD = 0,18-0,45 при среднем значении 0,33). Генетические расстояния внутри анализируемой выборки варьировали больше, чем между сортами S. tuberosum и образцом S. stoloniferum (0,27-0,40). Наиболее близкими оказались сорта селекции Всероссийского НИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха Солнечный/Памяти Рогачева (GD = 0,18) и Великан/Вымпел (GD = 0,19), а наиболее удаленными — сорта Чароит/Ред Скарлетт (GD = 0,45). Был проведен статистический анализ результатов NBS-маркирования, который позволил кластеризовать изучаемые образцы картофеля по различным признакам, связанным с родословной и устойчивостью к фитопатогенам. На дендрограмме и графиках, построенных с помощью программ PAST и Structure 2.3.4, наблюдалась слабая тенденция к группировке сортов по признакам устойчивости к Y вирусу картофеля (Potato virus Y, Potyvirus, Potyviridae) и вирусу скручивания листьев картофеля (Potato leafroll virus, Polerovirus, Luteoviridae). Продемонстрировано, что использованные в настоящей работе системы праймер/фермент для NBS-анализа могут быть применены в дальнейшем для исследования механизмов устойчивости сортов картофеля к биотическим стрессам.
Ключевые слова: Solanum tuberosum, российские сорта картофеля, сорта зарубежной селекции, геномный полиморфизм, NBS-LRR-маркирование, RGA-анализ.
VARIABILITY OF GENOMIC RGA-LOCI OF MODERN RUSSIAN POTATO CULTIVARS: NBS-PROFILING DATA
E.A. Dyachenko ✉, A.V. Kulakova, E.Z. Kochieva, A.V. Shchennikova
The plant immunity is aimed at protecting against biotic and abiotic stresses and, therefore, at adapting to adverse environmental conditions. At the first protection step, a wide range of phytopathogenic receptors encoded by resistance R-genes is employed. The presence of a conserved NBS-domain in the receptors makes it possible to profile the plant genome by amplification of R-gene analogues. The method of multilocus NBS-profiling makes it possible to efficiently characterize the plant genome in terms of the representativeness and variability of the NBS-domain containing R-genes. This method is used to study the diversity of R-gene loci in crops and related wild species, as well as the introgressive hybridization phenomena and the R-gene evolution in plant species with varying degrees of pathogen resistance. NBS-profiling is also applied for genotyping GenBank collections, developing markers and saturating genetic maps. The requirement for cultivar genotype certification and profiling, along with a limited number of similar studies in Russia, makes research on the molecular profiling of domestic and foreign cultivars farmed in the Russian Federation relevant. In the present work, NBS-profiling was used for genotyping 65 potato Solanum tuberosum cultivars of mainly modern domestic breeding, as well as the related species Solanum stoloniferum (as an outgroup). Using two primer/enzyme combinations (NBS7/MseI and NBS9/MseI), 204 NBS fragments were generated, of which 144 (70.6 %) were polymorphic and one fragment was unique to cv. Gala. For each cultivar, a specific spectrum of NBS fragments was determined. Analysis of genetic distance matrix revealed a high level of polymorphism (GD = 0.18-0.45 with an average value of 0.33) among the studied cultivars. Genetic distances within the analyzed cultivars varied more than between the cultivars and the accession of S. stoloniferum (GD = 0.27-0.40). The most related cultivars were Solnechny/Pamyati Rogacheva (GD = 0.18) and Velikan/Vympel (GD = 0.19) originated from Lorch Potato Research Institute, and the most distant cultivars were Charoito/Red Scarlett (GD = 0.45). Statistical analysis of NBS-profiling data clustered studied potato cultivars in accordance with the pedigree and resistance to phytopathogens. On the dendrogram and graphs generated using the PAST and Structure 2.3.4, a pronounced tendency to group cultivars by traits of resistance to the Potato virus Y (Potyvirus, Potyviridae) and the Potato leafroll virus (Polerovirus, Luteoviridae) was shown. The primer/enzyme systems used in this study for NBS-profiling can be applied to study the mechanisms of potato resistance to biotic stresses.
Keywords: Solanum tuberosum, Russian cultivars, foreign cultivars, genomic polymorphism, NBS-LRR-profiling, RGA-analysis.
Институт биоинженерии, ФИЦ Фундаментальные основы биотехнологии РАН, |
Поступила в редакцию |
