Полиморфизм микросателлитных маркеров, сцепленных с локусами Rf1 и Pl5/Pl8 подсолнечника Helianthus annuus L.

Актуальность. Микросателлитные (SSR) маркеры являются эффективным инструментом для паспортизации коллекций генетических ресурсов растений, а также для идентификации генов, детерминирующих важные биологические и агрономические признаки. Изучение их полиморфизма важно для характеристики генетического разнообразия коллекции подсолнечника (Helianthus annuus L.) Цель настоящего исследования – анализ нуклеотидного полиморфизма SSR-маркеров, сцепленных с генами восстановления фертильности пыльцы (Rf1) и устойчивости к ложной мучнистой росе (Pl₅/Pl₈). Материал и методы. Изученный материал включал 84 самоопыленные линии генетической коллекции подсолнечника ВИР, гибриды F₁ и F₂ от скрещивания фертильных линий ВИР 365 и RIL130, а также гибриды от анализирующего скрещивания. С помощью ПЦР-анализа изучали полиморфизм SSR-маркеров ORS224, ORS511, ORS799 и НА4011. Для определения структуры микросателлитов и оценки характера их вариабельности, амплифицированные фрагменты были клонированы и секвенированы. Результаты. Уникальные, отличающиеся по длине от типичных (свойственных большинству генотипов), аллели маркерного локуса ORS224 выявлены у четырех линий выборки, а уникальные аллели локуса ORS511 - у 10 генотипов. У линии ВИР 365 уникальный аллель ORS511 был представлен двумя фрагментами длиной 161 пн и 240 пн, линия RIL 130 характеризовалась типичным фрагментом 159 пн. В F₂ (ВИР 365 × RIL 130) и популяции от скрещивания ВИР 111А × (ВИР 365 × RIL 130) профили типичного и уникального маркеров наследовались как аллельные варианты одного локуса. Нуклеотидные последовательности уникальных аллелей отличались от типичных аллельных вариантов по длине и числу повторяющихся единиц (GA у ORS224 и AT/GT - у ORS511), а также наличию инделей и нуклеотидных замен. Отличия по длине аллельных вариантов 240 пн и 200 пн SSR-маркера НА4011 были обусловлены инделями длиной 80 пн, 47 пн и 4 пн. Заключение. Ряд линий генетической коллекции подсолнечника ВИР маркирован уникальными аллелями микросателлитных локусов ORS224 и ORS511, которые отличаются от часто встречающихся аллельных вариантов по длине и числу повторяющихся единиц, наличию инделей и нуклеотидных замен. Полиморфизм аллельных вариантов микросателлита НА4011 связан с наличием инделей 80 пн, 47 пн и 4 пн.

1. Анащенко А.В. Химическая кастрация подсолнечника. Доклады Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени В.И. Ленина. 1967(2):17-18.

2. Алпатьева Н.В., Антонова О.Ю., Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Анисимова И.Н. ПЦР-диагностика вредных организмов гуара: (методические указания) / под ред. Е.К. Потокиной. Санкт-Петербург: ВИР; 2019. DOI: 10.30901/978-5-907145-44-3

3. Анисимова И.Н., Карабицина Ю.И., Алпатьева Н.В., Кузнецова Е.Б., Титов Н.В., Лютко А.Ю., Гаврилова В.А. Диагностическая ценность молекулярных маркеров гена Rf1 подсолнечника. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(2):28-37. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-2-o3

4. Антонова Т.С., Ивебор М.В., Рожкова В.Т., Арасланова Н.М., Гаврилова В.А. Результаты оценки образцов подсолнечника коллекции ВИР на устойчивость к расам возбудителя ложной мучнистой росы, распространенным в Краснодарском крае. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;167:90-95.

5. Arias D.M., Rieseberg L.H. Genetic relationship among domesticated and wild sunflower (Helianthus annuus, Asteraceae). Economic Botany. 1995;49:239-248.

6. Baute G.J., Kane N.C., Grassa C.J., Lai Z., Rieseberg L.H. Genome scans reveal candidate domestication and improvement genes in cultivated sunflower, as well as post-domestication introgression with wild relatives. New Phytologist. 2015;206:830-838. DOI: 10.1111/nph.13255

7. Berry S.T., Leon A.J., Hanfrey C.C., Challis P., Burkholz A., Barnes S.J., Rufener G.K., Lee M., Caligari P.D.S. Molecular-marker analysis of Helianthus annuus L. II. Construction of an RFLP linkage map for cultivated sunflower. Theoretical and Applied Genetics. 1995;91:195-199. DOI: 10.1007/BF00220877

8. Бочковой А.Д., Хатнянский В.И., Камардин В.А. Типы гибридов подсолнечника и особенности их использования в условиях Российской Федерации. Масличные культуры. 2019;1(177):110-123. DOI: 10.25230/2412-608X-2019-1-177-110-123

9. Bulos M., Ramos M.L., Altieri E., Sala C.A. Molecular mapping of a sunflower rust resistance gene from HAR6. Breeding Science. 2013;63(1):141-146. DOI: 10.1270/jsbbs.63.141

10. Cheres M.T., Knapp S. Ancestral origins and genetic diversity of cultivated sunflower: coancestry analysis of public germplasm. Crop Science. 1998;38:1476-1482. DOI: 10.2135/cropsci1998.0011183X003800060012x

11. Dakin E.E., Avise J.C. Microsatellite null alleles in parentage analysis. Heredity. 2004;93(5):504-509. DOI: 10.1038/sj.hdy.6800545

12. Darvishzadeh R., Azizi M., Hatami-Maleki H., Bernousi I., B. Abdollahi Mandoulakani B., Jafari M., Sarrafi A. Molecular characterization and similarity relationships among sunflower (Helianthus annuus L.) inbred lines using some mapped simple sequence repeats. African Journal of Biotechnology. 2010;9(43):7280-7288. DOI: 10.5897/AJB10.902

13. Dimitrijević A., Imerovski I., Miladinović D., Tančić S., Dušanić N., Jocić S., Miklič V. Use of SSR markers in identification of sunflower isogenic lines in late generations of backcrossing. Helia. 2010;33(53):191-198. DOI: 10.2298/HEL1053191D

14. Duca M., Port A., Şestacova T., Siniauskaya M., Aksyonova E., Davydenko O. Microsatellite marker application in sunflower (Helianthus annuus L.) fingerprinting. Biotechnology and Biotechnological Equipment. 2013;27(3):3772-3775. DOI: 10.5504/BBEQ.2013.0021

15. Filippi C.V., Aguirre N., Rivas J.G., Zubrzycki J., Puebla A., Cordes D., Moreno M.V., Fusari C.M., Alvarez D., Heinz R.A., Hopp H.E., Paniego N.B., Lia V.V. Population structure and genetic diversity characterization of a sunflower association mapping population using SSR and SNP markers. BMC Plant Biology. 2015;15:52. DOI: 10.1186/s12870-014-0360-x

16. Filippi C.V., Gabriela A., Merino G.A., Montecchia J.F., Aguirre N.C., Rivarola M., Naamati G., Fass M.J., Álvarez D., Rienzo J.D., Heinz R.A., Moreira B.C., Lia V.V., Paniego N.B. Genetic diversity, population structure and linkage disequilibrium assessment among international sunflower breeding collections. Genes. 2020;11:283. DOI: 10.3390/genes11030283

17. Galinskaya T.V., Schepetov D.M., Lysenkov S.N. Prejudices against microsatellite studies and how to resist them. Russian Journal of Genetics. 2019;55(6):657-671. DOI: 10.1134/S1022795419060048

18. Garayalde A.F., Poverene M., Cantamutto M., Carrera A.D. Wild sunflower diversity in Argentina revealed by ISSR and SSR markers: an approach for conservation and breeding programmes. Annals of Applied Botany. 2011;158(3):305-317. DOI: 10.1111/j.1744-7348.2011.00465.x

19. Гаврилова В.А., Рожкова В.Т. Доноры восстановления фертильности пыльцы линий ЦМС подсолнечника для гетерозисной селекции. В кн.: Идентифицированный генофонд растений и селекция. Санкт-Петербург: ВИР, 2005. С.377-379.

20. Gavrilova V.A., Rozhkova V.T., Anisimova I.N. Sunflower genetic collection at the Vavilov Institute of Plant Industry. Helia. 2014;37(60):1-16. DOI: 10.1515/helia-2014-0001

21. Gentzbittel L., Vear F., Zhang Y.-X., Berville A., Nicolas P. Development of a consensus linkage RFLP map for cultivated sunflower. Theoretical and Applied Genetics. 1995;90:1079-1086.

22. Hongtrakul V., Huestis G.M., Knapp S. Amplified fragment length polymorphisms as a tool for DNA fingerprinting sunflower germplasm: genetic diversity among oilseed inbred lines. Theoretical and Applied Genetics. 1997;95(3):400-407. DOI: 10.1007/s001220050576

23. Horn R., Kusterer B., Lazarescu E., Prüfe M., Friedt W. Molecular mapping of the Rf1 gene restoring fertility in PET1-based F1 hybrids in sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics. 2003;106(4):599-606. DOI: 10.1007/s00122-002-1078-y

24. Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Jocić S., Dedić B., Cvejić S., Surlan-Momirović G. Identification and validation of breeder-friendly DNA markers for Plarg gene in sunflower. Molecular Breeding. 2014;34(3):779-788. DOI: 10.1007/s11032-014-0074-7

25. Leclerq P. Une sterilite cytoplasmique chez le tournesol. Annales de l Amelioration des Plantes. 1969;19(2):99-106. [in French]

26. Li J.T., Yang J., Chen D.C., Zhang X.I., Tang Z.S. An optimized mini-preparation method to obtain high-quality genomic DNA from mature leaves of sunflower. Genetics and Molecular Research. 2007;6(4):1064-1071.

27. Карабицина Ю.И., Анисимова И.Н., Гаврилова В.А., Алпатьева Н.В., Пинаев А.Г., Кузнецова Е.Б., Рожкова В.Т. Молекулярное маркирование линий подсолнечника, различающихся по способности к супрессии фенотипа цитоплазматической мужской стерильности. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2016;177(2):99-107. DOI: 10.30901/2227-8834-2016-2-99-107

28. Маркин Н.В. Усатенко Т.В., Усатов А.В., Тихобаева В.Е., Горбаченко О.Ф., Кулишова Г.А., Азарин К.В. Определение информативных ДНК-маркеров гена Rf1 – восстановителя фертильности пыльцы ЦМС PET1 подсолнечника. Современные проблемы науки и образования. 2013;(4):110-122.

29. Markin N., Usatov A., Makarenko M., Azarin K., Gorbachenko O., Kolokolova N., Usatenko T., Markina O., Gavrilova V. Study of informative DNA markers of the Rf1 gene in sunflower for breeding practice. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2017;53(2):69-75. DOI: 10.17221/108/2016-CJGPB

30. Mwangi E.W., Marzougui S., Sung J.S., Bwalya E.C., Choi Y.-M., Lee M.-C. Assessment of genetic diversity and population structure on Kenyan sunflower (Helianthus annus L.) breeding lines by SSR markers. Korean Journal of Plant Resources. 2019;32(3):244-253. DOI: 10.7732/kjpr.2019.32.3.244

31. Paniego N., Echaide M., Munoz M., Fernandez L., Torales S., Faccio P., Fuxan I., Carrera M., Zandomeni R., Suarez E.Y., Hopp H.E. Microsatellite isolation and characterization in sunflower (Helianthus annuus L.). Genome. 2002;45(1):34-43. DOI: 10.1139/g01-120

32. Рожкова В.Т., Анащенко А.В. Создание самоопыленных линий и гетерозисных гибридов подсолнечника на материале мировой коллекции. Научно-технический бюллетень Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1977;69:53-55.

33. Şahin E., Kalenderoğlu A., Aydın Y., Evci G., Uncuoğlu A. SSR markers suitable for marker assisted selection in sunflower for downy mildew resistance. Open Life Sciences. 2018;13(1):319-326. DOI: 10.1515/biol-2018-0039

34. Солоденко А.Е., Файт B.I., Iдентифiкацiя генотипiв соняшника гiбридного похождення за маркерами гена PlARG cтiйкостi до несправжньоi борошнистоi роси. Физиология растений и генетикa. 2017;49(6):506-512. DOI: 10.15407/frg2017.06.506

35. Sujatha M., Prabakaran A.J., Dwivedi S.L., Chandra S. Cytomorphological and molecular diversity in backcross-derived inbred lines of sunflower (Helianthus annuus L.). Genome. 2008;51(4):282-293. DOI: 10.1139/G08-008

36. Tang S., Yu J.K., Slabaugh M.B., Shintani K., Knapp J. Simple sequence repeat map of the sunflower genome. Theoretical and Applied Genetics. 2002;105:1124-1136. DOI: 10.1007/s00122-002-0989-y

37. Wieckhorst S., Bachlava E., Dußle C.M., Tang S., Gao W., Saski C., Bauer E. Fine mapping of the sunflower resistance locus Plarg introduced from the wild species Helianthus argophyllus. Theoretical and Applied Genetics. 2010;121(8):1633-1644. DOI: 10.1007/s00122-010-1416-4

38. Yue B., Vick B.A., Cai X., Hu J. Genetic mapping for the Rf1 (fertility restoration) gene in sunflower (Helianthus annuus L.) by SSR and TRAP markers. Plant Breeding. 2010;129(1):24-28. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2009.01661.x

39. Zia Z.U., Sadaqat H.A., Tahir M.H.N., Sadia B., Bushman B.S., Hole D., Michaels L., Malik W. Estimation of genetic diversity using SSR markers in sunflower. Russian Journal of Genetics. 2014;50:498-507. DOI: 10.7868/s0016675814050142