Молекулярное маркирование и генетическая паспортизация: использование в селекции, биотехнологии и идентификации садовых культур

Проведен анализ современных исследований по молекулярному маркированию и генетической паспортизации для использования в селекции, биотехнологии и идентификации садовых культур. В России и за рубежом ведутся активные работы по идентификации и паспортизации садовых культур: яблони, груши, различных видов косточковых, малины, земляники, смородины, крыжовника. В настоящее время наиболее эффективными и часто используемыми являются SSR-маркеры. Разработаны генетические паспорта для многих плодовых и ягодных культур, которые находят применение в селекционных исследованиях, работах по изучению генетического разнообразия, в сортовой диагностике и диагностике патогенов, анализе родословных. В ранее проведенных исследованиях с использованием SSR-маркеров выполнено генотипирование 16 сортов яблони, 10 сортов вишни, 29 сортов малины и 12 сортов груши современной селекции ВСТИСП. Появление генетических паспортов растений способствовало развитию маркер-ориентированной селекции, сделав возможной идентификацию и отбор генотипов, несущих целевые гены и локусы количественных признаков (QTLs), используя лишь данные ДНК-анализа без предварительной фенотипической оценки. Молекулярно-генетический паспорт может служить надежным инструментом защиты авторских прав селекционеров. Однако в условиях Российской Федерации требуется расширение исследований по геномному анализу плодовых и ягодных культур, совершенствование и унификация методов ДНК-идентификации и методик маркирования, разработка единых требований к уровню информативности маркеров, принципов и методик оценки посадочного материала и коллекций in vitro. Перед исследователями стоит задача создания четкой системы молекулярно-генетической идентификации и паспортизации посадочного материала, которая позволит разрабатывать и внедрять в производство сорта, обладающие известными характеристиками, осуществлять контроль за растительным материалом на всех этапах питомниководства и коммерческого распространения сортов. Необходимо шире использовать методы молекулярно-генетического маркирования в биотехнологических работах для контроля генетической стабильности коллекций in vitro, оценки соответствия сортотипу и уровня клонового полиморфизма.

1. Bhat Z. A., Dhillon W. S., Rashid R. et al. The role of molecular markers in improvement of fruit crops, Not Sci. Biol. 2010;2(2):22-30.

2. Хлесткина Е. К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции, Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(4/2):1044-1054.

3. Шамшин И. Н. Оценка генетического разнообразия сортов и форм яблони с использованием ДНК-маркеров: дисс. ... к. б. наук. Мичуринск-наукоград РФ, 2014, 117 c.

4. Куликов И. М., Кудрявцев А. М., Марченко Л. А. и др. Полиморфизм микросателлитных локусов сортов яблони (Malus domestica Borkh.) современной селекции ФГБНУ ВСТИСП, Садоводство и виноградарство. 2018;1:6-10. DOI: 10.25556/VSTISP.2018.1.10495.

5. Куликов И. М., Кудрявцев А. М., Марченко Л. А. и др. Полиморфизм микросателлитных локусов сортов вишни (Prunus cerasus L.) современной селекции Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства, Садоводство и виноградарство. 2018;5:5-9. DOI: 10.31676/0235-2591-2018-5-5-9.

6. Лебедев В. Г., Субботина Н. М., Киркач В. В. и др. Анализ микросателлитных локусов как первый этап на пути к маркерной селекции малины и земляники, Селекция и сорторазведение садовых культур. 2018;5(1):65-68.

7. Сухарева А. С., Кулуев Б. Р. ДНК-маркеры для генетического анализа сортов культурных растений, Биомика. 2018;10(1):69-84. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2018-15.

8. Козловская З. А., Леонович И. С., Гашенко Т. А. и др. Молекулярно-генетическая паспортизация национальной коллекции яблони в Беларуси, Сб. научных трудов ГНБС. 2017;144(I):134-138.

9. Омашева М. Е., Пожарский А. С., Смайлов Б. Б., Галиакпаров Н. Н. Молекулярно-генетическая паспортизация сортов яблони: научно-методические рекомендации. Алматы, 2017, 50 с.

10. Madhuri S. S. Applications of molecular characterization in fruit crops, Int. Arch. App. Sci. Technol. 2017;8(3):88-95. DOI: 10.15515/iaast.0976-4828.8.3.8895.

11. Лыжин А. С., Соловченко А. Е. Создание генетических паспортов подвойных форм яблони на основе анализа полиморфизма микросателлитных последовательностей ДНК, Достижения науки и техники АПК. 2019;33(2):11-13. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10203.

12. Супрун И. И., Токмаков С. В., Малюченко О. П. и др. Генотипирование сортов яблони российской селекции с использованием микросателлитных маркеров, Известия ТСХА. 2011;6:162-166.

13. Степанов И. В., Супрун И. И. Использование SSR маркеров в генетических исследованиях рода Prunus, Научный журнал КубГАУ. 2013;90(6):1-14.

14. Супрун И. И., Токмаков С. В., Степанов И. В., Лободина Е. В. Методы молекулярного ДНК-маркирования в оценке генетического разнообразия косточковых культур, Научные труды СКФНЦСВВ. 2019;23:31-39. DOI: 10.30679/2587-9847-2019-23-31-39.

15. Супрун И. И., Смыков А. В., Степанов И. В. Использование микросателлитных маркеров для ДНК–паспортизации и изучения генетических взаимосвязей сортов персика, близких по происхождению, Бюллетень ГНБС. 2019;130:99-107. DOI: 10.25684/NBG.boolt.130.2019.13.

16. Плугатарь Ю. В., Бабина Р. Д., Супрун И. И. и др. Оценка сортов груши, выделенных из генофондовой коллекции Никитского ботанического сада по комплексу хозяйственно ценных признаков, с помощью микросателлитных маркеров, Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):60-68. DOI: 10.18699/VJ18.332.

17. Урбанович О. Ю. Оценка генетического разнообразия генофонда плодовых культур и разработка методов ДНК- идентификации и генотипирования сортов и видов: автореф. ... д. б. наук. Минск, 2015, 45 с.

18. Омашева М. Е., Пожарский А. С., Мауленбай А. Д. и др. SSR генотипирование сортов яблони казахстанской селекции и выявление аллелей, ассоциированных с устойчивостью к наиболее опасным патогенам, Биотехнология. Теория и практика. 2016;2:46-58.

19. Liu G. S., Zhang Y. G., Tao R. et al. Identifi cation of apple cultivars on the basis of simple sequence repeat markers, Gen. Mol. Res. 2014;13(3):7377-7387. DOI: http://dx.doi.org/10.4238/2014.September.12.3.

20. Girichev V., Hanke M.-V., Peil A., Flachowsky H. SSR fingerprinting of a German Rubus collection and pedigree based evaluation on trueness-to-type, Genet. Resour. Crop. Evol. 2017;64:189–203. DOI: 10.1007/s10722-015-0345-0.

21. Соболев В. В. Использование метода полимеразной цепной реакции для генетического маркирования ремонтантной малины: автореф. дисс. ... к. б. наук. Москва, 2004, 18 с.

22. Чесноков Ю. В., Косолапов В. М. Генетические ресурсы растений и ускорение селекционного процесса. М.: ООО «Угрешская типография», 2016, 172 с.

23. Карпеченко Н. А., Васильченко Е. Н., Колесникова Е. О. RFLP-анализ растений-регенерантов сахарной свеклы в культуре in vitro: «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии», XVIII Всероссийская конференция молодых ученых, 19-20 апреля, Москва, 2018 г. Москва, 2018: 26-27.

24. Машкина О. С., Федулова Т. П., Табацкая Т. М. и др. Молекулярно-генетическая и цитогенетическая оценка перспективных гибридов и размноженных in vitro клонов тополя и осины, Вестник ВГУ, Серия: Химия. Биология. Фармация. 2016;(2): 60-69.

25. Молекулярные маркеры незаменимы в проверках сортосоответствия посадочного материала, 2018, URL:https://microklon.ru. Ссылка активна на 17.10.2019.

26. 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., Экологическая генетика. 2011;9(2):34-44.

27. Пикунова А. В., Князев С. Д., Бахотская А. Ю., Кочумова А. А. Полиморфизм микросателлитных локусов у сортов черной смородины (Ribes nigrum L.) из коллекции ВНИИСПК, Сельскохозяйственная биология. 2015;50(1):46-54. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.1.46rus.

28. Mezhnina O. A., Urbanovich O. Yu. Study of genetic variability of representatives of Ribes L. grown in Belarus, Cytology and Genetics. 2017;51(6):441-447. DOI: 10.3103/S0095452717060081.

29. Каган Д. И., Шестибратов К. А., Лебедев В. Г. и др. Паспортизация сортов малины и ежевики и изучение их филогенетических взаимоотношений методом RAPD-анализа, 2015, URL: http://club.wcb.ru/index.php?showtopic=5123. Ссылка активна на 17.10.2019.

30. Antonius K., Karhu S., Kaldma H. et al. Development of the Northern European Ribes core collection based on a microsatellite (SSR) marker diversity analysis, Plant Gen. Res.: Characterization and Utilization. 2012;10(1):70-73. DOI: 10.1017/S1479262111000980.

31. Palmieri L., Grando M.-S., Sordo M. et al. Establishment of molecular markers for germplasm management in a worldwide provenance Ribes spp. collection, POJ. 2013;6(3):165-174.

32. Butiuc-Keul A. L., Crəciunas C., Dobrotə C., Clapa D. Molecular characterization of new black currant cultivars bred in Romania exposed to changing climate conditions (Conference Paper), Acta Hortic. 2015;1100:155-160.

33. Lācis G. Application of DNA fi ngerprinting methods for fruit crop genetic resources characterization in Latvia, 2012, https://www.nordgen.org/ngdoc/nordgen/Eucarpia/Posters/P1_01_gunar_Lacis_.pdf; http://www.lvai.lv/pdf/Konference_2012/Lacis-Riga-2012.pdf. Ссылки активны на 17.10.2019.

34. Козловская З. А., Кондратенок Ю. Г., Гашенко Т. А., Ярмолич С. А. Выявление новых комплексных источников устойчивости к болезням яблони с использованием молекулярных методов в Беларуси, Садоводство и виноградарство. 2018;5:23-29. DOI:10.31676/0235-2591-2018-5-23-29.

35. Kim J., Lee S. Yi., Kim D. Lee et al. Genotyping of octoploid strawberry inbred lines by SNP discovery using genotyping by sequencing, Horticulture, Environment, and Biotechnology. 2019;60:69-80. doi.org/10.1007/s13580-018-0100-5.

36. Sharma S., Kaur R., Solanke A. K. U. et al. Transcriptome sequencing of Himalayan Raspberry (Rubus ellipticus) and development of simple sequence repeat markers, 3 Biotech. 2019;9:161. doi.org/10.1007/s13205-019-1685-9.

37. Aranzana M. J., Decroocq V., Dirlewanger E. et al. Prunus genetics and applications after de novo genome sequencing: achievements and prospects, Hortic. Res. 2019;6:58. doi.org/10.1038/s41438-019-0140-8.

38. Chung H. Y., Won S. Y., Kim Y.-K., Kim J. S. Development of the chloroplast genome-based InDel markers in Niitaka (Pyrus pyrifolia) and its application, Plant Biotech. Rep. 2019;13:51-61. doi.org/10.1007/s11816-018-00513-0.

39. Wang Y., Shahid M. Q., Ghouri F. et al. Transcriptome analysis and annotation: SNPs identifi ed from single copy annotated unigenes of three polyploidy blueberry crops, PLoS ONE. 2019;14(4): e0216299. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216299.

40. Quero-García J., Campoy J. A., Barreneche T. et al. Present and future of marker-assisted breeding in sweet and sour cherry, Acta Horticulturae, VIII International Cherry Symposium, Eds.: K. Beppu et al., Acta Hortic. 1235, ISHS 2019. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2019.1235.1.