Исследование генетического разнообразия сорго с использованием технологии мультиплексного микросателлитного анализа
https://doi.org/10.30901/2658-6266-2019-3-o1
Аннотация
Данное исследование направлено на оценку степени генетического разнообразия и анализ генетической структуры отечественной коллекции сорго. Исследование генетического разнообразия видов сельскохозяйственных культур имеет большое значение для управления генетическими ресурсами и обеспечения продовольственной безопасности любой страны. Значительное генетическое разнообразие сорго представляет большие возможности для улучшения агрономических признаков этой зерновой культуры. Эффективность анализа полиморфизма микросателлитных локусов для изучения генетического разнообразия и генетических взаимосвязей представителей различных рас и различных эколого-географических групп сорго продемонстрирована во многих исследованиях. Значительно ускорить генетический анализ большого количества растительных образцов позволяет использование мультиплексных систем ПЦР-анализа на основе набора полиморфных микросателлитных локусов. Для исследования генетического разнообразия коллекции культурных и дикорастущих форм сорго разработана единая система мультиплексного ПЦР-анализа на основе 12 полиморфных микросателлитных локусов, позволяющая проводить анализ образцов растений в одну стадию. В результате микросателлитного анализа 200 растений сорго было выявлено 229 аллелей. Исследованные локусы продемонстрировали высокий полиморфизм. В большинстве локусов было выявлено более 17 аллелей. Индексы полиморфности локусов (PIC) варьируют от 0,694 до 0,954. Установлен высокий показатель эффективного мультиплексного отношения (EMR) разработанной системы – 0,833. В результате микросателлитного анализа исследуемых образцов были получены оцифрованные генетические профили, составлены генетические паспорта каждого образца, установлен значительный полиморфизм среди представителей разных разновидностей (рас) сорго. В работе продемонстрирована эффективность применения разработанной мультилокусной системы для оценки генетического разнообразия и генетических взаимосвязей образцов сорго, относящихся к различным разновидностям. Анализ полученных данных тремя взаимодополняющими методами: кластерным анализом родства NJ, факторным анализом PCoA и кластерным анализом на основе байесовской модели позволил дифференцировать образцы по группам в соответствии c классификацией по морфологическим и агрономическим признакам.
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания № 0574-2019-0003
Об авторах
Ю. В. Анискина
Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Е. В. Малиновская
Федеральный исследовательский центр Всероссийский научно - исследовательский институт генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова, Кубанская опытная станция – филиал ВИР
Россия
Россия
352183, Краснодарский край, Гулькевичский район, п. Ботаника, ул. Центральная, д. 2
В. С. Мицурова
Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Н. С. Велишаева
Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
О. С. Колобова
Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
И. А. Шилов
Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Россия
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42
Список литературы
1. Ali M.L., Rajewski J.F., Baenziger P.S., Gill K.S., Eskridge K.M., Dweikat I. Assessment of genetic diversity and relationship among a collection of US sweet sorghum germplasm by SSR markers. Molecular Breeding. 2008;21(4): 497-509. DOI: 10.1007/s11032-007-9149-z
2. Анискина Ю.В., Малиновская Е.В., Шалаева Т.В., Мицурова В.С., Родионова Д.А., Харченко П.Н. и др. Технология генетической паспортизации сортов и гибридов сорго на основе мультилокусного микросателлитного анализа. Биотехнология. 2018;34(2):54-69. DOI: 10.21519/0234-2758-2018-34-2-54-69
3. Bhattramakki D., Dong J., Chhabra A.K., Hart G.E. An integrated SSR and RFLP linkage map of Sorghum bicolor (L.) Moench. Genome. 2000;43(6):988-1002.
4. Billot C., Ramu P., Bouchet S., Chantereau J., Deu M., Gardes L. et al. Massive sorghum collection genotyped with SSR markers to enhance use of global genetic resources. PLoS One. 2013;8(4):e59714. DOI: 10.1371/journal.pone.0059714
5. Billot C., Rivallan R., Sall M.N., Fonceka D., Deu M., Glaszmann J.C. et al. A reference microsatellite kit to assess for genetic diversity of Sorghum bicolor (Poaceae). Am. J. Bot. 2012;99(6):e245-250. DOI: 10.3732/ajb.1100548
6. Большаков А.З., Бондаренко С.М., Кадыров С.В., Клепко Ю.Н., Крицкий А.Н., Федотов В.А., Усатова О.А. Время чествовать сорго. Ростов-на-Дону: Ростиздат; 2008.
7. Brown S.M., Hopkins M.S., Mitchell S.E., Senior M.L., Wang T.Y., Duncan R.R. et al. Multiple methods for the identification of polymorphic simple sequence repeats (SSRs) in sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench]. Theor. Appl. Genet. 1996;93(1-2):190-198. DOI: 10.1007/BF00225745
8. Чесноков Ю.В., Артемьева А.М. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия. Сельскохозяйственная биология. 2015;50(5):571-578. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.571rus
9. De Wet J.M.J., Huckabay J.P. (1967) The origin of Sorghum bicolor. II. Distribution and domestication. Evolution. 1967;21(4):787-802. DOI: 10.1111/j.1558-5646.1967.tb03434.x
10. Deu M., Hamon P. The genetic organization of sorghum. Agriculture et développement. 1994;Special issue:25-30.
11. Harlan J.R., de Wet J.M.J. A simplified classification of cultivated sorghum. Crop Science. 1972;12(2):172-176. DOI: 10.2135/cropsci1972.0011183X001200020005x
12. Kidwell K.K., Osborn T.C. Simple Plant DNA Isolation Procedures. In: J. Beckman, T.C. Osborn (eds). Plant Genomes. Methods for Genetic and Physical Mapping. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 1992. p.1-13.
13. Kong L., Dong J., Hart G.E. Characteristics, linkage-map positions, and allelic differentiation of Sorghum bicolor (L.) Moench DNA simple-sequence repeats (SSRs). Theor. Appl. Genet. 2000;101(3):438-448. DOI: 10.1007/s001220051501
14. Li M., Yuyama N., Luo L., Hirata M., Cai H. In silico mapping of 1758 new SSR markers developed from public genomic sequences for Sorghum. Molecular Breeding. 2009;24(1):41-47. DOI: 10.1007/s11032-009-9270-2
15. Maina F., Bouchet S., Marla S.R., Hu Z., Wang J., Mamadou A. et al. Population genomics of sorghum (Sorghum bicolor) across diverse agroclimatic zones of Niger. Genome. 2018;61(4):223-232. DOI: 10.1139/gen-2017-0131
16. Малиновская Е.В. Внутривидовое разнообразие Sorghum guineensia Snowd. в связи с формированием стержневой коллекции: дис. … канд. с.-х. наук. Санкт-Петербург; 2007.
17. Ng’uni D., Geleta M., Bryngelsson T. Genetic diversity in sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) accessions of Zambia as revealed by simple sequence repeats (SSR). Hereditas. 2011;148(2):52-62. DOI: 10.1111/j.1601-5223.2011.02208.x
18. Ng’uni D., Geleta M., Hofvander P., Fatih M., Bryngelsson T. Comparative genetic diversity and nutritional quality variation among some important Southern African sorghum accessions [Sorghum bicolor (L.) Moench]. Aust. J. Crop Sci. 2012;6(1):56-64.
19. Ouedraogo N., Sanou J., Traore H., Gracen V., Tongoona P., Danquah E.Y. Genetic diversity among sorghum landraces and polymorphism assessment of local improved varieties for stay-green trait. Int. J. Biol. Chem. Sci. 2017;11(1):1-14. DOI: 10.4314/ijbcs.v11i1.1
20. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000;155(2):945-959.
21. Ramu P., Billot C., Rami J.F., Senthilvel S., Upadhyaya H.D., Ananda Reddy L. et al. Assessment of genetic diversity in the sorghum reference set using EST-SSR markers. Theor. Appl. Genet. 2013;126(8):2051-2064. DOI: 10.1007/s00122-013-2117-6
22. Sagnard F., Deu M., Dembélé D., Leblois R., Touré L., Diakité M. et al. Genetic diversity, structure, gene flow and evolutionary relationships within the Sorghum bicolor wild-weedy-crop complex in a western African region. Theor. Appl. Genet. 2011;123(7):1231-1246. DOI: 10.1007/s00122-011-1662-0
23. Salih S.A., Herslman L., Labuschange M.T., Mohammed A.H. Assessment of genetic diversity of sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] germplasm in East and Central Africa. World Journal of Biotechnology. 2016;1(3):113-120.
24. Schloss J., Mitchell E., White M., Kukatla R., Bowers E., Paterson H. et al. Characterization of RFLP probe sequences for gene discovery and SSR development in Sorghum bicolor (L.) Moench. Theor. Appl. Genet. 2002;105(6-7):912-920. DOI: 10.1007/s00122-002-0991-4
25. Шепель Н.А. Селекция и семеноводство гибридного сорго. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета; 1985.
26. Snowden J.D. Cultivated races of sorghum. London: Adlard and Sons; 1936.
27. Srinivas G., Satish K., Madhusudhana R., Seetharama N. Exploration and mapping of microsatellite markers from subtracted drought stress ESTs in Sorghum bicolor (L.) Moench. Theor. Appl. Genet. 2009;118(4):703-717. DOI: 10.1007/s00122-008-0931-z
28. Stapf О. Gramineae, sorghum. In: D. Praln (ed.). Flora of Tropical Africa. Vol. 9. London; 1934. p.104-154.
29. Taramino G., Tarchini R., Ferrario S., Lee M., Pe’ M.E. Characterization and mapping of simple sequence repeats (SSRs) in Sorghum bicolor. Theor. Appl. Genet. 1997;95(1-2):66-72. DOI: 10.1007/s001220050533
30. Tesfaye K. Genetic diversity study of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moenc) genotypes, Ethiopia. Acta Universitatis Sapientiae, Agriculture and Environment. 2017;9(1):44-54. DOI: 10.1515/ausae-2017-0004
31. Вавилов Н.И. Ботанико-географические основы селекции. В кн.: Теоретические основы селекции растений. Т. 1. Cелекция как наука / под ред. Н.И. Вавилова. Москва, Ленинград: Сельхозгиз; 1935. С.17-74.
32. Vavilov N.I., Chester K.S. Phytogeographic basis of plant breeding. In: The Origin, Variation, Immunity and Breeding of Cultivated Plants. Selected writings of N.I. Vavilov, translated from the Russian by K. Starr Chester. Chronica Botanica, Vol. 13. Waltham, Mass.: Chronica Botanica Co.; 1951. p.14-53.
33. Wang Y.H., Bible P., Loganantharaj R. Identification of SSR markers associated with height using pool-based genome-wide association mapping in sorghum. Molecular Breeding. 2012;30(1):281-292. DOI: 10.1007/s11032-011-9617-3
34. Wiersema J.H., Dahlberg J. The nomenclature of Sorghum bicolor (L.) Moench (Gramineae). Taxon. 2007;56(3):941-946. DOI: 10.2307/25065876
35. Якушевский Е.С. Видовой состав сорго и его селекционное использование. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1969;41(2):148-178.
36. Zheng L.Y., Guo X.S., He B., Sun L.J., Peng Y., Dong S.S. et al. Genomewide patterns of genetic variation in sweet and grain sorghum (Sorghum bicolor). Genome Biology. 2011;12(11):R114. DOI: 10.1186/gb-2011-12-11-r114
Дополнительные файлы
|
1. Приложение. Генетические паспорта изученных образцов сорго. Appendix: DNA profiles of the investigated sorghum plants | |
| Тема | ||
| Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(847KB)
|
Метаданные ▾ | |
|
2. Приложение. Генетические паспорта изученных образцов сорго. Appendix: DNA profiles of the investigated sorghum plants | |
| Тема | ||
| Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(803KB)
|
Метаданные ▾ | |
Рецензия
Для цитирования:
Анискина Ю.В., Малиновская Е.В., Мицурова В.С., Велишаева Н.С., Колобова О.С., Шилов И.А. Исследование генетического разнообразия сорго с использованием технологии мультиплексного микросателлитного анализа. Биотехнология и селекция растений. 2019;2(3):20-29. https://doi.org/10.30901/2658-6266-2019-3-o1
For citation:
Aniskina Yu.V., Malinovskaya E.V., Mitsurova V.S., Velishaeva N.S., Kolobova O.S., Shilov I.A. The study of the sorghum genetic diversity using the mul¬tiplex microsatellite analysis. Plant Biotechnology and Breeding. 2019;2(3):20-29. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2658-6266-2019-3-o1
Просмотров:
778
Послать статью по эл. почте 