doi: 10.15389/agrobiology.2017.3.535rus

УДК 633.11:631.527:577.21:577.088

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 16-16-00097 от 27 января 2016 года).

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ PLUG-МАРКЕРОВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ
ЧУЖЕРОДНОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА РАЗНЫХ
ЭТАПАХ СЕЛЕКЦИИ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
(Triticum aestivum L.)

П.А. СОКОЛОВ1, 2, А.В. ПОЛХОВСКИЙ1, 2, П.Ю. КРУПИН1, 2,
В.С. РУБЕЦ2, В.В. ПЫЛЬНЕВ2, Т.И. ХУПАЦАРИЯ2, Г.И. КАРЛОВ1, 3,
М.Г. ДИВАШУК1, 2

Молекулярные маркеры позволяют контролировать направленный перенос чужеродного генетического материала в геном пшеницы. Среди разнообразных молекулярных маркеров максимальным преимуществом для анализа отдаленных гибридов обладают PLUG (PCR-based landmark unique gene) благодаря способности амплифицироваться при анализе близкородственных видов и возможности за одну реакцию детектировать одновременно три генома в пределах одной гомеологичной группы. В качестве объекта нашего исследования использовалась коллекция из 41 образца, которые находятся на разных этапах селекционного процесса (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева). Образцы получены в результате скрещивания мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) и пшеницы Тимофеева (T. timopheevii Zhuk.) и продемонстрировали на естественном фоне устойчивость к бурой ржавчине и мучнистой росе. При анализе этой коллекции отдаленных гибридов нами впервые продемонстрированы возможности PLUG-маркеров для идентификации чужеродных интрогрессий в геном мягкой пшеницы со стороны T. timopheevii. Для того чтобы увеличить степень полиморфизма между образцами, продукты амплификации PLUG-маркеров дополнительно обрабатывали часторежущими эндонуклеазами рестрикции TaqI и HaeIII. Были обнаружены формы как с единичными, так и с множественными интрогрессиями, из последних особый интерес представляют образцы с интрогрессиями более чем в одной гомеологичной группе. Показана гетерогенность не только поздних поколений селекционных образцов, но также образцов из питомника предварительного сортоиспытания, что может быть связано со вторичной хазмогамией. В результате проведенных исследований отобрано 14 PLUG-маркеров для длинного и короткого плеча хромосом каждой гомеологичной группы, которые могут быть рекомендованы для детекции генетического материала T. timopheevii в отдаленных гибридах T. timopheevii ½ T. aestivum. Обсуждаются преимущества PLUG-маркеров как инструмента мониторинга переноса чужеродного генетического материала в геном мягкой пшеницы.

Ключевые слова: мягкая пшеница, пшеницы Тимофеева, Triticum aestivum,Triticum timopheevii, отдаленная гибридизация, чужеродный генетический материал, молекулярные маркеры, PLUG, ПЦР.

 

Полный текст

 

 

PLUG MARKERS TO DETECT ALIEN GENETIC MATERIAL IN BREAD
WHEAT (Triticum aestivum L.) HYBRIDS DURING BREEDING

P.A. Sokolov1, 2, A.V. Polkhovsky1, 2, P.Yu. Kroupinv1, 2, V.S. Rubets2,
V.V. Pylnev2, T.I. Khupatsariya2, G.I. Karlov1, 3, M.G. Divashuk1, 2

Molecular markers make it possible to monitor the directional introgression of alien genetic material to the genome of wheat. Among the diverse molecular markers, the PLUG (PCR-based landmark unique gene) markers have the greatest advantage for analyzing distant hybrids due to the ability to amplify polymorphism fragments on closely related species and to detect simultaneously three genomes within one homoeological group in one PCR. A collection of 41 entries of different breeding stages developed in Russian State Agrarian University as a result of crossing of bread wheat (Triticum aestivum L.) and wheat T. timopheevii Zhuk. was studied. All hybrids were resistant to leaf rust and powedery mildew natural infection. Using this collection of distant hybrids, we demonstrated for the first time the possibilities of PLUG markers for identifying alien introgressions in the genome of bread wheat from T. timopheevii. In order to increase the degree of polymorphism between the entries, we additionally processed the products of amplification of PLUG markers with high-frequency restriction endonucleases TaqI and HaeIII. The entries were found to carry both single and multiple introgressions. The latter entries with introgressions in more than one homeological group are of particular interest. The heterogeneity of not only the late generations of entries, but also the entries from the nursery of the preliminary cultivar estimation, which may be associated with secondary chasmogamy, is shown. As a result of the studies, 14 PLUG markers for the long and short chromosome arm of each homeological group have been selected, which can be recommended for the detection of the genetic material of T. timopheevii in distant hybrids of T. timopheevii ½ T. aestivum. The advantages of PLUG markers as a tool for monitoring the transfer of alien hereditary material into the genome of bread wheat are discussed.

Keywords: common wheat, Triticum aestivum, Triticum timopheevii, wide hybridization, molecular markers, PLUG, PCR.

 

1Центр молекулярной биотехнологии
ФГБОУ ВО РГАУ—МСХА им. К.А. Тимирязева,

127550 Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49,
e-mail: divashuk@gmail.com;
2ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, кафедра генетики, биотехнологии, селекции и семеноводства,
127550 Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49,
e-mail: genetics@timacad.ru, selection@timacad.ru, pav2395147@yandex.ru;
3ФГБНУ Всероссийский НИИ cельскохозяйственной биотехнологии,
127550 Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, 42,
e-mail: karlovg@gmail.com

Поступила в редакцию
11 октября 2016 года

 

назад в начало