Transferability of SSR Markers Developed on Gosseberry to Red and Black Currants

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Eleven microsatellite markers previously developed based on gooseberry sequences were tested on red and black currants. As a result, all microsatellite loci were amplified on representatives of black currant, but on representatives of red currant there was no amplification in three loci (RucANS, RucDFR2-1, RucDFR1-3). Polymorphic loci have been identified for both black and red currants. In the MTT-7 locus in the studied black currant genotypes, amplification of 3 fragments has been observed. Probably this locus is duplicated in black currant genome. At the same time, in red currant, amplification typical for monolocus microsatellite has been observed in the MTT-7 locus. The RucHLH-1 and RucUFGT loci were tested on a hybrid red currant family (Belaya Potapenko × 1426-21-80). By genetic mapping, the localization of the RucHLH-1 locus was established on linkage group 4 in the red currant genome, and the localization of RucUFGT was presumably on linkage group 1. The set of microsatellite loci for the currant genus is currently limited. This work shows that some of the SSR markers developed on gooseberries are amplified and reveal polymorphism in currants and can be used to study both black and red currants.

Толық мәтін

Микросателлитные маркеры (SSR, simple sequence repeat) ограничивают повторы простых последовательностей ДНК, размер повторяющейся единицы которых не превышает 1–10 п. н. SSR ‒ мультиаллельные, кодоминантные маркеры, обладающие хорошей воспроизводимостью. Они широко используются как инструмент характеристики геномов различных живых организмов, в том числе сельскохозяйственно-значимых культур [1].

Первые микросателлитные маркеры для представителей рода Смородина были созданы шотландскими учеными в начале 2000-х гг. [2]. На данный момент набор протестированных микросателлитных локусов для смородин крайне ограничен и насчитывает не более 100 локусов, из них около 50 картированы в геноме черной или красной смородины [3, 4]. Для сравнения – база данных Hidras насчитывает 664 локуса для яблони (https://sites.unimi.it/camelot/hidras/HiDRAS-SSRdb/pages/CompleteSRRtable.php), большинство из которых картированы.

SSR применяют в фундаментальных исследованиях по оценке генетического полиморфизма, изучению филогенетических отношений, построению генетических карт для групп сцепления и в прикладных целях – для изучения родословных, формирования идентификационных систем, поиска маркеров, связанных с важными хозяйственно-биологическими свойствами, при маркер-вспомогательном отборе интересных с генетико-селекционной точки зрения генотипов в начале онтогенеза растений [5].

Род Смородина (Ribes L.) включает более 150 видов, хозяйственное значение имеют смородина черная (Ribes nigrum L.), смородина красная (Ribes rubrum L.) и крыжовник (Ribes uva-crispa L.) [6]. По современным взглядам, смородина и крыжовник принадлежат к одному роду Ribes [3, 7], хотя ранее относились к двум различным родам в пределах одного семейства в связи со значительными морфологическими отличиями [8]. Зачастую SSR-маркеры, разработанные для одного вида, могут использоваться и при исследовании близкородственных видов за счет консервативности генома [5].

Цель настоящей работы – проверить переносимость микросателлитных локусов, разработанных для крыжовника на черной и красной смородине.

 

Таблица 1. Микросателлитные локусы, задействованные в работе

№

Название локуса

T отжига,

°С

Последовательность праймеров 5–3′

Источник

F

R

1

MTT-5

56

GCGATTCCATTACGACACTTTGCA

gtttATAGGCAAGCATCACCTCACC

[10]

2

MTT-7

50

CACCCAACATACTGTAATGGATCGAAG

gtttACACGATCTCGTTCTATC

3

MTT-9

50

ATGACTCTGATACCACACCAG

gttTGCGTATGTGATTCTGCTCTG

5

RucANS

60

TCTTAACCCTAAAATTGCAGCC

gtttCCATTCCACCAACTTCTTTCTC

[11]

6

RucHLH-1

60

TTTCACTAGAGCCATTCTTGCC

gtttGAAAATACGTTCACGATGGAGC

7

RucHLH-2

60

TTTTCTCTTCCTCGTGTTGCTC

gtttCCCTCTCTGTAGTGCCAAATTC

8

RucHLH-3

60

GAATTTGGCACTACAGAGAGGG

gttTGAAGTTGAGTGTTCGGAGAGA

9

RucDFR1-2

50

ACCCTACTTGGCAGAATGAAGT

gtttCGTGGTCTTCGACACAAAATAC

10

RucDFR1-3

60

CTAGTGGTTGGTCCTTTCATCA

gtttCTAGGCTGGTCCCTAAATCGTA

11

RucDFR2-1

60

CTATATCGTTCGAGCAACCGTA

gttTGGCAAGTCTAACAAATGCTTC

12

RucUFGT

55

GTGCTCATGTTTATACCGACTTCA

gtttCAAAGCAAAGGGAAGAGGTTG

 

ДНК выделяли из молодых листьев смородины CTAB-методом с небольшими модификациями [9]. В настоящей работе протестировали 11 микросателлитных локусов (табл. 1) на красной (сорт Белая Потапенко и гибридная форма 1426-21-80) и черной смородине (сорта Кипиана, Арапка, Воевода, гибридная форма 3516-14-46). Локусы RucHLH-1 и RucUFGT также были протестированы на гибридах картирующей популяции красной смородины, полученной от скрещивания Белая Потапенко и формы 1426-21-80, всего 139 гибридов (шесть из них были исключены в процессе картирования в связи с большим количеством выпадов). Разделение фрагментов проводили в 8%-ном ПААГ с окрашиванием нитратом серебра. Значение коэффициентов гетерозиготности вычисляли в программе GenAIEx 6.5 [12]. Генетическую карту составляли с применением программы Join Map3/0, регрессионное картирование с использованием функции Kosambi.

Микросателлитные локусы, задействованные в работе, ранее были получены на основании сиквенсов крыжовника в работах K. Antonius с соавт. [10] и E. Vidyagina с соавт. [11]. В результате все микросателлитные локусы амплифицировали на представителях смородины черной, а на представителях смородины красной не было амплификации в трех локусах: RucANS, RucDFR2-1, RucDFR1-3 (табл. 2). Данный факт может опосредованно отражать большую генетическую близость крыжовника к смородине черной, нежели чем к смородине красной, отмеченную ранее на основании исследований с применением различных типов молекулярно-генетических данных [13, 14].

Диапазон амплифицируемых на образцах смородины фрагментов в целом аналогичен диапазону аллелей на крыжовнике, кроме локусов RucUFGT и RucDFR1-3, в которых размеры фрагментов для крыжовника и смородин значительно различаются. Локус RucHLH-2 оказался мономорфным у всех проанализированных образцов красной и черной смородины, в нем был амплифицирован один фрагмент размером около 245 п. н. У образцов черной смородины в локусах RucDFR1-3, RucDFR2-1, RucHLH-3 также амплифицировался один мономорфный фрагмент (160, 230, 310 п. н. соответственно). У образцов красной смородины мономорфный фрагмент амплифицировался также в локусе MTT-5. При этом в локусах MTT-9, RucHLH-3 и RucDFR1-2 у образцов красной смородины наблюдалась амплификация лишь у одного из тестируемых образцов, данные локусы мы рассматриваем как полиморфные.

 

Таблица 2. Результаты амплификации микросателлитных локусов на красной и черной смородине

№

Локус

Размеры фрагментов, п. н.

Ho

He

крыжовник*

черная смородина

красная смородина

1

MTT-5

145–261

140–152

162

0.50

0.68

2

MTT-7

151–193

150, 160, 198

140–153

1.00

0.74

3

MTT-9

–

225, 320

335

0.40

0.34

4

RucANS

237, 241

210, 212

–

0.75

0.47

5

RucHLH-1

198, 208

235–240

220–222

0.33

0.67

6

RucHLH-2

243–248

245

245

–

–

7

RucHLH-3

314–319

310

305

0.00

0.32

8

RucDFR1-2

364–397

375–480

340

0.20

0.46

9

RucDFR1-3

318–326

160

–

–

–

10

RucDFR2-1

257–261

230

–

–

–

11

RucUFGT

343–355

510, 515

685–700

0.50

0.74

Примечание. Прочерк - амплификации на протестированных образцах не было. * – по ранее опубликованным данным разработчиков локусов [11, 12]; Ho – наблюдаемая гетерозиготность; He – ожидаемая гетерозиготность.

 

По полученным данным были подсчитаны коэффициенты гетерозиготности (см. табл. 2). Наблюдаемая гетерозиготность варьировала от 0.2 (в локусе RucDFR1-2) до 1 (в локусе MTT-7), ожидаемая гетерозиготность варьировала от 0.32 (в локусе RucHLH-3) до 0.74 (в локусах MTT-7 и RucUFGT). MTT-7 на ДНК каждого образца черной смородины амплифицировал по три фрагмента и, возможно, является двулокусным. При этом на красной смородине наблюдается амплификация, типичная для монолокусного микросателлита. Возможно, в геноме черной смородины локус MTT-7 дублицирован. Однако для подтверждения данной гипотезы необходимы дополнительные исследования.

Таким образом, в результате были выявлены полиморфные локусы для черной (MTT-5, MTT-7, MTT-9, RucANS, RucHLH-1, RucDFR1-2, RucUFGT) и красной (MTT-9, RucHLH-3, RucDFR1, MTT-7, RucHLH-1, RucUFGT) смородины.

Локусы RucHLH-1 и RucUFGT протестировали на гибридной семье (Белая Потапенко × 1426-21-80). Полученные данные были использованы для построения генетической карты вместе с ранее полученной информацией о полиморфизме микросателлитных и SNP-маркеров [4]. Локус RucHLH-1 был локализован нами на группе сцепления 4 вместе с микросателлитным локусом e1-О21 и 94 SNP-маркерами (карта раунда 3, LOD 5, рис. 1).

 

Рис. 1. Генетическая карта группы сцепления 4 смородины красной и локализация на ней локуса RucHLH-1 (указан стрелкой).

 

Локус RucUFGT сгруппировался вместе с микросателлитным локусом g1-K04 и SNP-маркером TP1673 (карта раунда 1, LOD 5) на расстоянии 5 сМ от g1-K04. На предыдущей генетической карте красной смородины локус g1-K04 не был сгруппирован с другими маркерами [4], однако на ранее опубликованной генетической карте черной смородины он располагается на группе сцепления 1 [3]. Таким образом, в данной работе установлена локализация локуса RucHLH-1 на группе сцепления 4 в геноме смородины красной и локализация RucUFGT, предположительно, на группе сцепления 1.

В настоящей работе показано, что большая часть SSR-маркеров, разработанных на крыжовнике, амплифицируется и выявляет полиморфизм и на смородине, они могут быть использованы для исследований как черной, так и красной смородины.

 

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ “Изучение генома смородины (Ribes L.) с помощью ДНК маркеров” 23-26-00160.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта животных.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием в качестве объекта людей.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

Авторлар туралы

A. Pikunova

All-Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, VNIISPK

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: pikuanna84@mail.ru
Ресей, Zhilina, Orel district, 302530

A. Pavlenko

All-Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, VNIISPK

Email: pikuanna84@mail.ru
Ресей, Zhilina, Orel district, 302530

M. Dolzhikova

All-Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, VNIISPK

Email: pikuanna84@mail.ru
Ресей, Zhilina, Orel district, 302530

O. Golyaeva

All-Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, VNIISPK

Email: pikuanna84@mail.ru
Ресей, Zhilina, Orel district, 302530

S. Knyazev

All-Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, VNIISPK

Email: pikuanna84@mail.ru
Ресей, Zhilina, Orel district, 302530

Әдебиет тізімі

  1. Vieira M.L., Santini L., Diniz A.L., Munhoz C.D. Microsatellite markers: What they mean and why they are so useful // Genet. Mol. Biol. 2016. V. 4. № 39. P. 312–328. https://doi.org/10.1590/1678-4685-GMB-2016-0027
  2. Brennan R., Jorgensen L., Woodhead M., Russell J. Development and characterization of SSR markers in Ribes species // Mol. Ecol. 2002. V. 2. № 3. P. 327–330. https://doi.org/10.1046/j.1471-8286.2002.00233.х
  3. Brennan R., Jorgensen L., Hackett C. et al. The development of a genetic linkage map of blackcurrant (Ribes nigrum L.) and the identification of regions associated with key fruit quality and agronomic traits // Euphytica. 2008. V. 161. P. 19–34. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9412-8
  4. Пикунова А.В, Горюнова С.В, Горюнов Д.В. Генетическая карта смородины красной (Ribes rubrum L.), построенная с применением SSR и SNP ДНК-маркеров // Генетика. 2020. V. 56. № 11. С. 1340–1344. https://doi.org/10.31857/S0016675820100100
  5. Kalia R.K., Rai M.K., Kalia S. et al. Microsatellite markers: An overview of the recent progress in plants // Euphytica. 2011. V. 177. № 3. P. 309–334. https://doi.org/10.1007/s10681-010-0286-9
  6. Князев С.Д., Огольцова Т.П. Селекция смородины черной на современном этапе. Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2004. 238 с.
  7. Janczewski E. Monograph of the currants Ribes L. // Mem. Soc. Phys. Hist. Nat. Geneve. 1907. V. 35. P. 199–517.
  8. Berger A. A taxonomic review of currants and gooseberries // N.Y. Agric. Exptl Sta. Techn. Bull. 1924. V. 109. P. 1–118.
  9. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue // Phytochem. Bull. 1987. V. 19. P. 11–15.
  10. Antonius K., Karhu S., Kaldm H. et al. Development of the Northern European Ribes core collection based on a microsatellite (SSR) marker diversity analysis // Plant Genet. Res.: Characterization and Utilization. 2012. V. 10. P. 70–73. https://doi.org/10.1017/S1479262111000980
  11. Vidyagina E.O., Lebedev V.G., Subbotina N.M. The development of the genic SSR markers for analysis of genetic diversity in gooseberry cultivars // Agronomy. 2021. V. 11. № 6. https://doi.org/10.3390/agronomy11061050
  12. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research — an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. Р. 2537–2539. https: 10.1111/j.1471- 8286.2005.01155.x
  13. Пикунова А.В., Мартиросян Е.В., Князев С.Д., Рыжова Н.Н. Применение RAPD-анализа для изучения генетического полиморфизма и филогенетических связей у представителей рода Ribes L // Экол. генетика. 2011. Т. 9. № 2. С. 34–44.
  14. Pikunova A., Goryunova S., Goryunov D. Genetic diversity and pedigree analysis of red currant germplasm // Plants. 2022. V. 11. № 13. https://doi.org/10.3390/plants11131623

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Genetic map of linkage group 4 of red currant and localization of the RucHLH-1 locus on it (indicated by arrow).

Жүктеу (175KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».