Характеристика полиморфизма в новых SSR-локусах, ассоциированных с признаком скрещиваемости пшеницы с рожью, контролируемым генами SK r и Kr1

Актуальность. Поиск с помощью ДНК-маркеров генотипов с аллелями генов, определяющих высокую скрещиваемость мягкой пшеницы (МП) с рожью, а также их контролируемая передача в другие генотипы остаются пока нерешенными проблемами. Задачи данного исследования: 1) идентификация in silico новых SSR-локусов с мотивами в 3-4 пн, расположенных в участках локализации генов SKr и Kr1, контролирующих скрещиваемость МП с рожью, разработка и апробация специфичных праймеров для амплификации последовательностей в этих локусах; 2) характеристика вариабельности фрагментов ДНК в SSR-локусах в выборке из образцов гексаплоидной пшеницы; 3) определение диагностической эффективности аллелей SSR-локусов в выявлении генотипов МП с высокой/низкой скрещиваемостью с рожью, а также уточнение характера полиморфизма участков ДНК, ассоциированных с генами SKr и Kr1. Материалы и методы. Основой для исследования послужил референсный геном МП сорта ‘Chinese Spring’. Поиск SSR-локусов проводили in silico. Апробацию разработанных или взятых из литературы праймеров для выявления полиморфизма в SSR-локусах осуществляли с использованием тестовой выборки из 16 образцов МП разного географического происхождения. Для генотипирования выборки суммарно использовали 16 пар праймеров. Характеристика SSR-локусов дана на основе анализа 69 линий МП и девяти линий синтетической гексаплоидной пшеницы, из которых 51 была с высокой (25-100%) и 27 с низкой (0-9%) скрещиваемостью с рожью. Результаты. Разработаны специфичные праймеры для амплификации последовательностей 14 SSR-локусов с мотивами в 3-4 пн, находящихся в участках генома CS, в которых локализованы гены SKr и Kr1. Полиморфными оказались два локуса, ассоциированные с геном SKr, и четыре – с Kr1. Диагностической эффективностью в идентификации генотипов МП с высокой/низкой скрещиваемостью с рожью обладали аллели SSR-локуса Xvir1 (Ef=82,3%) – маркера гена SKr, а также SSR-локусов Xvir9 (Ef=66,7%) и Xvir10 (Ef=72,5%), ассоциированных с геном Kr1. Совместное использование аллелей локусов позволило точнее описать полиморфизм участков локализации генов SKr и Kr1, а также дифференцировать линии МП с учетом их географического происхождения и скрещиваемости с рожью. Заключение. Выявленные in silico новые полиморфные SSR-локусы с повторяющимися мотивами в 3-4 пнучастках локализации генов SKr и Kr1, могут быть ценным инструментом для дальнейшего позиционного клонирования этих генов. Их можно также использовать при подборе пар для скрещиваний и в контроле передачи аллелей, сопряженных с «высокой скрещиваемостью с рожью» в другие генотипы мягкой пшеницы.

1. Алексеев Я.И., Белов Ю.В., Малюченко О.П., Монахова Ю.А., Натыров А.Н., Орехов В.А., Коновалов С.В., Курочкин В.Е., Петров А.И. Генетический анализатор для фрагментного анализа ДНК. Научное приборостроение. 2012;22(4):86-92.

2. Alfares W., Bouguennec A., Balfourier F., Gay G., Bergès H., Vautrin S., Sourdille P., Bernard M., Feuillet C. Fine mapping and marker development for the crossability gene SKr on chromosome 5BS of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). Genetics. 2009;183(2):469-481. DOI: 10.1534/genetics.109.107706

3. Barkley N.A., Dean R.E., Pittman R.N., Wang M.L., Holbrook C.C., Pederson G.A. Genetic diversity of cultivated and wild-type peanuts evaluated with M13-tailed SSR markers and sequencing. Genetics Research. 2007;89(2):93-106. DOI: 10.1017/S0016672307008695

4. Bertin I., Fish L., Foote T.N., Knight E., Snape J., Moore G. Development of consistently crossable wheat genotypes for alien wheat gene transfer through fine-mapping of the Kr1 locus. Theoretical and Applied Genetics. 2009;119(8):1371-1381. DOI: 10.1007/s00122-009-1141-z

5. Bouguennec A., Lesage V.S., Gateau I., Sourdille P., Jahier J., Lonnet P. Transfer of recessive skr crossability trait into well-adapted French wheat cultivar Barok through marker-assisted backcrossing method. Cereal Research Communications. 2018;46(4):604-615. DOI: 10.1556/0806.46. 2018.043

6. Dice L. Measures of the amount of ecologic association between species. Ecology. 1945;26:297-302.

7. Daunay A., Duval A., Baudrin L.G., Buhard O., Renault V., Deleuze J.F., How-Kit A. Low temperature isothermal amplification of microsatellites drastically reduces stutter artifact formation and improves microsatellite instability detection in cancer. Nucleic Acids Research. 2019;47(21):e141-e141. DOI: 10.1093/nar/gkz811

8. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD анализа растительных геномов. Молекулярная генетика. 1997;3(4): 443-450.

9. IDT, Integrated DNA Technologies; 2025 [website]. Available from: https://eu.idtdna.com/calc/analyzer [accessed Dec. 20, 2025]

10. IWGSC CS. Genome assembly IWGSC CS RefSeq v2.1. NIH. NCBI. University of California, Davis, USA; 2021. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/datasets/genome/GCF_018294505.1/ [accessed Dec. 20, 2025].

11. Хакимова А.Г., Губарева Н.К., Кошкин В.А., Митрофанова О.П. Генетическое разнообразие и селекционная ценность синтетической гексаплоидной пшеницы, привлеченной в коллекцию ВИР. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(6):738-745. DOI: 10.18699/VJ19.548

12. Lange W., Wojciechowska B. The crossing of common wheat (Triticum aestivum L.) with cultivated rye (Secale cereale L.). I. Crossability, pollen grain germination and pollen tube growth. Euphytica. 1976;25(1):609-620. DOI: 10.1007/BF00041598

13. Lein A. Die Genetische Grundlage der Kreuzbarkeit Zwischen Weizen und Roggen. Zeitschrift für Induktive Abstammungs und Vererbungslehre. 1943;81(1):28-61. DOI: 10.1007/BF01847441 [in German]

14. Leonova I.N. Molecular markers: Implementation in crop plant breeding for identification, introgression and gene pyramiding. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2013;3(6):464-473. DOI: 10.1134/S2079059713060051

15. Li Y.C., Korol A.B., Beiles A., Nevo E. Microsatellites: genomic distribution, putative functions and mutational mechanisms: a review. Molecular Ecology. 2002;11(12):2453-2465. DOI: 10.1046/j.1365-294X.2002.01643.x

16. Мережко А.Ф., Ерохин Л.М., Юдин А.Е. Эффективный метод опыления зерновых культур: методические указания. Л.: ВИР; 1973.

17. Mitrofanova O.P., Strel’chenko P.P., Konarev A.V., Balfor’er F. Genetic differentiation of hexaploid wheat inferred from analysis of microsatellite loci. Russian Journal of Genetics. 2009;45;1351-1359. DOI: 10.1134/S102279540911009X

18. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1973;70(12):3321-3323. DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321

19. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. Unipro UGENE: A unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012;28(8):1166-1167. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts091

20. Peakall R.O.D., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460

21. Писарев В.Е. Амфидиплоиды «яровая пшеница × яровая рожь. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1960;32(2):37-56.

22. Pompanon F., Bonin A., Bellemain E., Taberlet P. Genotyping errors: causes, consequences and solutions. Nature Reviews Genetics. 2005;6(11):847-859. DOI: 10.1038/nrg1707

23. Поротников И.В., Пюккенен В.П., Антонова О.Ю., Митрофанова О.П. Эффективность молекулярных маркеров гена-супрессора SKr, определяющего скрещиваемость мягкой пшеницы с рожью посевной. Экологическая генетика. 2022;20(3):203-214. DOI: 10.17816/ecogen110867

24. Поротников И.В., Хакимова А.Г., Антонова О.Ю., Митрофанова О.П. Разнообразие стародавней мягкой пшеницы из Азии и синтетической гексаплоидной пшеницы по аллелям маркерных локусов, сцепленных с геном SKr – супрессором скрещиваемости мягкой пшеницы с рожью. Turczaninowia. 2025;28(3):30-42. DOI: 10.14258/turczaninowia.28.3.3

25. Пюккенен В.П. Коллекция мягкой пшеницы по признаку хорошей скрещиваемости с рожью. В кн.: Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: состояние, проблемы, перспективы: тезисы докладов II Вавиловской международной конференции; 26–30 ноября 2007 г.; Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург: ВИР; 2007. C.583-585.

26. Рехметулин Р.М. Скрещиваемость аргентинских сортов яровой мягкой пшеницы с диплоидной и тетраплоидной рожью. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1987;111:77-81.

27. Ригин Б.В. Скрещиваемость пшеницы с рожью. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1976;58(1):12-34.

28. Röder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M.H., Leroy P., Ganal M.W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998;149(4):2007-2023. DOI: 10.1093/genetics/149.4.2007

29. Roussel V., Koenig J., Beckert M., Balfourier F. Molecular diversity in French bread wheat accessions related to temporal trends and breeding programmes. Theoretical and Applied Genetics. 2004;108(5):920-930. DOI: 10.1007/s00122-003-1502-y

30. Rui M., Zheng D.S., Fan L. The crossability percentages of 96 bread wheat landraces and cultivars from Japan with rye. Euphytica. 1995;92(3):301-306. DOI: 10.1007/BF00037112

31. Самарина М.А., Ульянов Д.С., Мохов Т.Д., Меглицкая Я.С., Крупин П.Ю., Карлов Г.И., Харченко П.Н., Воронов С.И., Давыдова Н.В., Дивашук М.Г. Отбор молекулярных маркеров для генетической паспортизации Triticum aestivum. Зерновое хозяйство России. 2024;16(4):33-40. DOI: 10.31367/2079-8725-2024-93-4-33-40

32. Суриков И.М., Киссель Н.И. Наследование хорошей скрещиваемости озимой пшеницы с рожью. Цитология и генетика. 1980;14(4):71-73.

33. Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive component of eukaryotic genomes. Nucleic Acids Research. 1984;12(10):4127-4138. DOI: 10.1093/nar/12.10.4127

34. Temnykh S., DeClerck G., Lukashova A., Lipovich L., Cartinhour S., McCouch S. Computational and experimental analysis of microsatellites in rice (Oryza sativa L.): frequency, length variation, transposon association, and genetic marker potential. Genome Research. 2001;11(8):1441-1452. DOI: 10.1101/gr.184001

35. Thuillet A.C., Bru D., David J., Roumet P., Santoni S., Sourdille P., Bataillon T. Direct estimation of mutation rate for 10 microsatellite loci in durum wheat, Triticum turgidum (L.) Thell. ssp durum Desf. Molecular Biology and Evolution. 2002;19(1):122-125. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003977

36. Tixier M.H., Sourdille P., Charmet G., Gay G., Jaby C., Cadalen T., Bernard S., Nicolas P., Bernard M. Detection of QTLs for crossability in wheat using a doubled-haploid population. Theoretical and Applied Genetics. 1998;97(7):1076-1082. DOI: 10.1007/s001220050994

37. Totsky I.V., Rozanova I.V., Safonova A.D., Batov A.S., Gureeva Yu.A., Khlestkina E.K., Kochetov A.V. Genotyping of potato samples from the GenAgro ICG SB RAS collection using DNA markers of genes conferring resistance to phytopathogens. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(6):677-686. DOI: 10.18699/VJ21.077

38. Voorrips R.E. MapChart: Software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs. Journal of Heredity, 2002;93(1):77-78. DOI: 10.1093/jhered/93.1.77

39. Ward J.H. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association. 1963;58(301):236-244.

40. Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T.L. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics. 2012;13:134. DOI: 10.1186/1471-2105-13-134

41. Zeven A.C. Crossability percentages of some 1400 bread wheat varieties and lines with rye. Euphytica. 1987;36(1):299-319. DOI: 10.1007/BF00730677