ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАРКЕРЫ УСТОЙЧИВОСТИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ К ПАТОГЕНАМ

Полный текст

Введение

Сахарная свекла (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) – техническая корнеплодная культура, которая выращивается в странах с умеренным климатом. Из сахарной свеклы получают около 25 % производимого в мире сахара [1]. Урожайность данной культуры и сахаристость корнеплодов существенно снижаются в результате заболеваний, вызываемых многочисленными патогенами, которые способны поражать различные органы растения. Защитные механизмы, благодаря которым сахарная свекла сохраняет жизнеспособность после атак патогенов, обусловлены действием генов защитного ответа.

Предком сахарной свеклы считается морская свекла B. vulgaris ssp. maritima родом из Средиземноморья. Ее гены были использованы для повышения устойчивости культурной сахарной свеклы к ризомании, церкоспорозу, мучнистой росе и к нематодам [2]. Этот дикий предок по-прежнему обладает огромным потенциалом для повышения устойчивости культурной сахарной свеклы к заболеваниям [3].

Культурная сахарная свекла имеет диплоидный набор хромосом (2n=18). Средний размер генома сахарной свеклы, определенный цитометрическим методом, составляет 734,3±50,3 Мб [4]. Первый полный референсный геном сахарной свеклы RefBeet имеет размер 758 Мб [5], число белок-кодирующих генов составило 27421. В RefBeet обнаружено небольшое количество генов устойчивости к болезням. Около 60 % генома представлено высокоповторяющимися последовательностями [5]. RefBeet, как фрагментированная сборка последовательности генома, имеет некоторые ограничения. Поэтому недавно была создана и широко используется непрерывная гибридная сборка генома EL10.1 размером 540 Мб и числом предсказанных белок-кодирующих генов равным 24255 [4]. Наличие непрерывного, хорошо аннотированного генома сахарной свеклы представляет собой ценный ресурс, позволяющий исследовать генетику признаков.

В процессе выращивания сахарная свекла подвергается атакам многочисленных патогенов, что значительно снижает урожай и сахаристость корнеплодов. Возделывание устойчивых сортов является лучшим способом защиты, позволяя сохранять урожайность и качество корнеплодов. Как правило, ответная реакция растения на действие патогенов обеспечивается полигенным контролем. Это вызывает сложности при создании устойчивого к патогенам селекционного материала. Использование молекулярных маркеров позволяет тестировать образцы сахарной свеклы без использования трудоемких методов проверки на чувствительность к патогенам. Это обеспечивает высокий контроль качества образцов, поскольку наследуемость маркеров составляет 100 % [6]. В настоящее время в селекции растений активно применяются методы молекулярного маркирования. Высокая частота встречаемости в геноме и широкий полиморфизм позволяют эффективно использовать ДНК-маркеры для выявления генетического разнообразия образцов, определения их селекционной ценности, картирования генов [7]. В молекулярных исследованиях используются такие маркеры как SSR (simple sequence repeats), ISSR (inter-simple sequence repeats), RAPD (random amplified polymorphic DNA), SNP (single nucleotide polymorphism), SCAR (sequence characterized amplified region) и другие. В последнее время исследование ассоциаций по всему геному (GWAS) является мощным инструментом для идентификации генов и локусов количественных признаков и позволяет разрабатывать молекулярные маркеры для отслеживания и выбора полезных аллелей [3].

Знание генетики целевых признаков и использовании методов их молекулярного маркирования ускоряет селекционные работы за счет более быстрой и точной оценки исходного материала и гибридного потомства. В Российской Федерации исследования по использованию молекулярно-генетических маркеров в селекции сахарной свеклы проводятся во ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова [8, 9].

Цель настоящей работы – обобщение литературных данных, связанных с изучением генетического контроля устойчивости сахарной свеклы к заболеваниям и с использованием молекулярных маркеров для диагностики.

 

Результаты

Ризомания, или «сумасшедшие корни», – одно из наиболее серьезных заболеваний сахарной свеклы. Оно вызывается вирусом некротического пожелтения жилок свеклы (ВНПЖС), переносчиком которого служит микроскопический почвенный гриб Polymyxa betae. У больного растения наблюдается замедленный рост корнеплодов с чрезмерным разрастанием боковых корешков, напоминающим бородатость, возникающую при сухой фузариозной гнили или повреждении нематодой. Заражение всего растения приводит к пожелтению жилок листа и образованию некротических пятен. Растения теряют тургор и отстают в росте. Урожайность снижается более чем на 50 %, сахаристость – на 60 % [10].

Облигатный паразит P. betae сохраняется в почве в виде цист более 15 лет. При благоприятных условиях цисты прорастают первичными зооспорами, которые инфицируют клетки растения и переносят вирус. Единственным эффективным методом борьбы с ризомании считается возделывание устойчивых к ВНПЖС растений.

Обнаружено несколько доминантных генов устойчивости. Ген Rz1 из сахарной свеклы Holly-l-4 обеспечивает неполную устойчивость к ВНПЖС, лишь уменьшая негативные последствия вирусной инфекции [11]. У генотипов, имеющих ген Rz1, наблюдались разные уровни устойчивости, связанные с влиянием разного генетического фона и генов-модификаторов [12]. В течение долгого времени Rz1 считался основным геном резистентности к ризомании и получил широкое распространение среди сортов и гибридов сахарной свеклы [10].

Дальнейшие исследования привели к открытию генов Rz2, Rz3 и Rz4 в образцах WB42, WB41 и R36, ведущих родословные от дикой морской свеклы B. vulgaris ssp. maritima [11, 13, 14], и гена Rz5 в WB258 [15]. Rz2, картированный на расстоянии 20 сМ от Rz1 [11], обеспечивает более высокий уровень устойчивости по сравнению с Rz1 [16, 17]. Rz2 был первым клонированным геном устойчивости к ризомании [18]. У восприимчивых генотипов в последовательности гена rz2 выявлен стоп-кодон, который отсутствует у устойчивых Rz2 генотипов [18]. Rz2 экспрессируется конститутивно в корнях и кодирует белок, содержащий CC-NBS-LRR (coiled-coil nucleotide-binding site leucine-rich repeat) домен [18, 19]. Продукт гена Rz2 обеспечивает устойчивость свеклы не только к ВНПЖС, но и к другим вирусам [19]. Rz3 не обладает полной пенетрантностью [13]. У гетерозигот Rz3/rz3 уровень устойчивости к заболеванию варьирует в широких пределах. Все известные гены резистентности Rz расположены в 3 хромосоме [13-15]. Возможно, они являются аллелями двух или трех генов [15, 20].

Появление новых штаммов ВНПЖС привело к снижению защитной функции Rz1 [21]. Было проведено исследование, направленное на выявление SNP, связанных с устойчивостью к ризомании у растений, выращенных при заражении новыми штаммами [22]. Устойчивость оказалась связана с SNP249. Резистентные растения имели аллель G, восприимчивые – C. Частоты встречаемости этих аллелей были верифицированы на сортах Angelina, Isabella и Magistral, имеющих генотипы Rz1rz1/Rz2rz2. В эталонном геноме свеклы EL10 SNP249 находится между 11011066 и 11011118 п.н. хромосомы 3. В этом месте расположен интрон гена EL10Ac3g05783, кодирующего белок, относящийся к суперсемейству гликозидгидролаз [22], которое играет важную роль в метаболизме углеводсодержащих соединений.

Поскольку устойчивость к ризомании является сложным признаком, который формируется несколькими локусами, проведено полногеномное исследование с целью предсказания сайтов устойчивости к ризомании. При исследовании 583 образцов методом GWAS в хромосоме 1 был выявлен один связанный с устойчивостью к ризомании SNP S1_19878900, который объяснял 5,5 % вариации признака [3]. В другом полногеномном исследовании были идентифицированы четыре SNP, два из которых, SNP2484 и SNP6428, были расположены в хромосоме 3, SNP6428 – в хромосоме 2 и SNP7343 – в хромосоме 5 [23]. Это первые данные об участии хромосом 1, 2 и 5 в формировании устойчивости к ризомании. Хотя индивидуальные эффекты SNP6428 и SNP7343 невелики, их влияние существенно возрастает при сочетании с SNP, расположенными в хромосоме 3, обеспечивая до 20 % фенотипического разнообразия. Таким образом, не только кластеры, расположенные в отдельных хромосомах, но и взаимодействия между SNP разных хромосом влияют на формирование устойчивости к ризомании [23].

Разработано большое число верифицированных маркеров, которые могут быть с успехом использованы в селекции на устойчивость к данному заболеванию. К ним относятся кодоминантный маркер SNP1, расположенный на расстоянии 0,7 сМ от Rz1 [24], SCAR маркер ZN1 [12] и другие. Шесть образцов сахарной свеклы были рекомендованы для селекции на устойчивость к ризомании на основании использования RAPD-праймеров АВ 6-15, ОР-АN9, сцепленных с геном Rz1, и АВ 2-2, АВ 3-3, АВ 9-3, сцепленных с геном Rz2, [25].

Ризоктониоз, или красная гниль, вызываемая почвенным грибом Rhizoctonia solani, приводит к потере урожая от 50 до 100 %, снижению сахаристости и технологических свойств корнеплодов. Использование двух типов маркеров, R-ESTs и NBS-BACs, в популяции F₂, полученной от скрещивания устойчивого (98-80019) и восприимчивого (98-99286) образцов сахарной свеклы, выявило несколько QTL, связанных с устойчивостью к R. solani, в хромосомах 4, 5, 7 и 1, 3, 7, 9 соответственно [26]. Два основных кластера располагались в хромосоме 3. В этой же хромосоме выявлены три гена очень раннего ответа, экспрессия которых возрастала на второй день после инфицирования R. solani [27]. На пятый день после инфицирования возрастала экспрессия других генов, BvMLP1 и BvMLP3 (Major latex protein-like), кодирующих белки с NBS-LRR доменами. Гены были расположены в хромосомах 7 и 8 соответственно. Трансгенные растения Arabidopsis thaliana, экспрессирующие BvMLP1 или BvMLP3, имели повышенную устойчивость к патогену [27]. Эти гены могут быть использованы при селекции сахарной свеклы на устойчивость к R. solani.

С целью выявления SNP маркеров, связанных с резистентностью к ризоктониозу, были исследованы 69 линий и 23 гибрида [28]. В позиции 9000093 хромосомы 6 в гене фактора 2 АДФ-рибозилирования был обнаружен SNP93 (RsBv1), связанный с резистентностью к R. solani AG-2-2-IIIB. Устойчивые растения имели в этой позиции гомозиготные аллели С, в то время как восприимчивые – T. RsBv1 обеспечивает до 10 % фенотипического разнообразия и может быть использован в маркер-ассоциированной селекции сахарной свеклы на устойчивость к ризоктониозу. При проведении GWAS у 629 образцов свеклы не было обнаружено SNP, ассоциированных с устойчивостью к ризоктониозу [3].

С целью исследования генетического контроля устойчивости к изоляту R. solani AG 2-2 IIIB R1 были изучены семьи F_2:3, полученные от скрещивания восприимчивой к ризоктониозу столовой свеклы W357A и устойчивой сахарной свеклы FC709-2 [6]. Среднее расстояние между SNP маркерами составило 51 089 п.н. На каждую хромосому в среднем приходилось по 1407 SNP маркеров. Был идентифицирован один QTL, который обеспечивал 30 % фенотипического разнообразия. Данный локус расположен в хромосоме 2 в позиции от 56099742 до 62113791 п.н. и содержит 13 генов-кандидатов. Это первый локус устойчивости к R. solani у сахарной свеклы, обнаруженный в хромосоме 2. Маркеры, выявленные в этом исследовании, могут представлять ценность для маркер-ориентированной селекции на устойчивость к R. solani у сахарной свеклы.

Мучнистая роса сахарной свеклы вызывается грибком Erysiphe betae. На пораженных листьях формируется мучнистый налет белого цвета, снижение урожайности корнеплодов достигает 30 %. С помощью AFLP-маркеров были идентифицированы шесть доминантных генов устойчивости Pm1–Pm6 [29, 30]. Источником этих генов служила дикая морская свекла B. vulgaris subsp. maritima. Pm3 обеспечивал полную устойчивость к мучнистой росе, другие гены обеспечивали высокие уровни частичной устойчивости. Два гена, Pm2 и Pm3, были локализованы в хромосоме 2; три гена, Pm4, Pm5 и Pm6, – в хромосоме 4. Наиболее близкими к гену Pm2 оказались AFLP-маркеры EACA/MCAA-189 и EACA/MACA-126, к Pm4 – EAGC/MCTT-295, к Pm5 – EAGA/MAGT-105. Описанный ранее ген устойчивости из B. vulgaris subsp. maritima WB242 [29] был назван Pm1. Предполагается, что поскольку гены Pm1 и Pm2, идентифицированные в разных источниках, оказались близко расположены к одному и тому же SNP маркеру MP0180, они могут быть одним геном [30]. Аналогично, гены Pm4 and Pm5, расположенные близко к SNP маркеру MP0132, также могут представлять один ген [30].

Использование праймера Pm36, разработанного к локусу Pm36 хромосомы 2, позволило определить наличие гена устойчивости к мучнистой росе у шести гибридов сахарной свеклы [25]. Этот локус кодирует рецепторный TENA-E белок, участвующий в распознавании патогена. У образцов, несущих данный локус, после проведение ПЦР с данным молекулярным маркером четко определялся ДНК-фрагмент размером 1000 п.н [25].

Недавно были изучены молекулярные варианты гена устойчивости к мучнистой росе PMR5 (Powdery mildew resistant 5) [31]. Ген расположен в хромосоме 2 и кодирует белок Trichome Birefringence-like 19. Предполагается, что чувствительность изученных генотипов к мучнистой росе может определяться однонуклеотидной заменой C/T в позиции 1021 [31].

У 303 образцов выявлены 12 SNP, достоверно связанные с устойчивостью к мучнистой росе [3]. Из них четыре SNP располагались в хромосоме 8, по два SNP в хромосомах 4 и 5 и по одному SNP в хромосомах 1, 3, 7 и 9. Фенотипическое разнообразие, объясняемое этими SNP, варьировало от 9,2 % (S9_25504540) до 14,3 % (S4_38823206) [3].

Церкоспороз, или листовая пятнистость, вызывается грибом Cercospora beticola и приводит к снижению сахаристости и потере урожая до 50 %. Трехлетние полевые испытания рекомбинантных инбредных линий на устойчивость к патогену позволили картировать четыре QTL, qcr1-qcr4, в хромосомах 3, 9, 4 и 6 [32]. Два из них: qcr1, расположенный вблизи AFLP-маркера e11m36-8 (хромосома 3), и qcr4, расположенный вблизи AFLP-маркера e17m47-81 (хромосома 6), рекомендованы для использования в селекции на устойчивость к церкоспорозу.

На основе данных об устойчивости к церкоспорозу, полученных для 792 образцов, 10 SNP обеспечивали диапазон фенотипической изменчивости от 3,8 % (S8_22665472 и S4_25274037) до 5,4 % (S6_32978686). Шесть SNP располагались в хромосоме 8, и по одной SNP было в хромосомах 4, 6, 7 и 9 [3].

Подавляющее большинство SNP маркеров, выявленных при полногеномном исследовании ассоциаций с устойчивостью к церкоспорозу, располагались в хромосоме 2 (93 SNP), за которой следовали хромосомы 9 (5 SNP), 7 (4 SNP), 1 (2 SNP) и 8 (1 SNP) [33]. Ни один из ассоциированных SNP не был обнаружен в пределах открытой рамки считывания генов. Наиболее значимый для устойчивости к цекроспорозу регион находится в хромосоме 2 [33, 34] в позиции с 30827268 по 31330290 п.н. В этой области был идентифицирован ген, предположительно кодирующий актин-деполимеризующий фактор 4 (ADF4). Подобные белки участвуют в формировании цитоскелета и передаче сигнала во время заражения патогеном [33]. Локус в хромосоме 9 содержит кластер генов, предположительно кодирующих NBS-LRR протеинкиназы. Эти ферменты играют решающую роль в защитном ответе. В ассоциированным с устойчивостью к церкоспорозу районе хромосомы 7 обнаружен ген цитохрома P450, участвующий в ответной реакции на поранение [33].

Недавно идентифицирован ген BvCR4, обеспечивающий высокий уровень устойчивости к церкоспорозу [35]. Ген кодирует NB-LRR белок иммунного ответа. Опубликована последовательность BvCR4 и сцепленные с ним маркеры [35]. У гибридов, несущих ген BvCR4, симптомы заболевания проявлялись на три недели позже, чем у гибридов без данного гена [36].

Восемь сортов сахарной свеклы были протестированы с помощью RAPD, ISSR и SRAP (sequence-related amplified polymorphisms) маркеров [37]. В сортах Oscarpoly и Banser, проявляющих высокий уровень устойчивости к церкоспорозу, были амплифицированы 10 фрагментов ДНК, которые отсутствовали у восприимчивых сортов. Длина фрагментов составила 519 п.н. (маркер SRAP-2), 117 п.н. (SRAP-5), 556 п.н., 237 п.н. (SRAP-6), 685 п.н. (RAPD-маркер OPW15), 334 п.н., 283 п.н. (RAPD-маркер OPU07), 380 п.н. (ISSR-маркер HB12), 504 п.н. (ISSR HB14) и 310 п.н. (ISSR HB09). Генотипы Gollora и Gazelle с высоким уровнем восприимчивости были маркированы фрагментом 310 п.н. (RAPD-маркер OPW15) [37].

Бактериальная пятнистость листьев (БПЛ), вызываемая Pseudomonas syringae, проявляется образованием грубых некротических пятен, окруженных широкой темно-бурой каймой (Бактериальная пятнистость…, 2023). По симптомам БПЛ похожа на грибные заболевания церкоспороз или фомоз, но в отличие от них развивается на более ранних стадиях вегетации. Панель из 219 образцов B. vulgaris, включающих столовую, сахарную, кормовую, морскую свеклу и мангольд, была генотипирована для данных SNP [38]. Большая изменчивость реакции на БПЛ была обнаружена у столовой свеклы; низкие показатели были отмечены у сахарной и морской свеклы. QTL, связанный с ответом на БПЛ, был обнаружен в хромосоме 1 и объяснял более 21 % фенотипического разнообразия. Ассоциированный с этим QTL SNP маркер Chr1_61344476 показал аддитивную связь между дозой патогена и ответной реакцией. Одиннадцать генов-кандидатов, описанных и аннотированных в сахарной свекле, были связаны с этим QTL. Некоторые из них кодируют белки с F-Box доменами, РНК-связывающие белки и кальций-зависимые киназы, которые играют роль в защитных реакциях растений. Маркер Chr1_61344476 может быть полезен при селекции представителей B. vulgaris на устойчивость к БПЛ.

Корневая гниль (черные корни). Оомицет Aphanomyces cochlioides является одним из важнейших патогенов сахарной свеклы из-за повсеместного распространения и способности вызывать как увядание (выпревание) проростков, так и хроническую корневую гниль зрелых корней. Выявлены один главный и два более слабых QTL, связанные с устойчивостью проростков [39]. Ген устойчивости к хронической корневой гнили Acr1 (Aphanomyces cochlioides resistance 1) был обнаружен в линии NK-310mm-O из Японии [40]. Самыми близкими к Acr1 оказались AFLP-маркер e45m-26-1 (2.2 сМ) и CAPS-маркер tk (5.2 сМ) хромосомы 3. Маркер tk был также сцеплен с геном резистентности к ризомании Rz1 [40]. Рядом с геном устойчивости к корневой гнили Acr1 находится QTL устойчивости к церкоспорозу qcr1 [32].

Однако в более поздних исследованиях не удалось обнаружить ни QTL [39], ни SNP [3], значимо связанных с устойчивостью к данному заболеванию. Было высказано предположение, что устойчивости к хронической корневой гнили контролируется многими генами, каждый из которых оказывает небольшое влияние [39]. При проведении GWAS у 299 образцов не было обнаружено SNP, в значительной степени связанных с устойчивостью к корневой гнили, хотя 32 образца из числа изученных были устойчивы к заболеванию [3]. Возможно, в данных исследованиях на полученные результаты оказал слияние генотип выбранных образцов сахарной свеклы и патогена. Выявлены гены-кандидаты, экспрессия которых повышалась в ответ на A. cochlioides. Установлено, что устойчивость на разных стадиях онтогенеза сахарной свеклы контролируется различными генами [39].

Фузариоз. Плесневый гриб Fusarium oxysporum образует розоватый или желтый мицелий на поверхности корней, вызывая фузариозную корневую гниль [41]. Одним из неспецифических способов защиты сахарной свеклы от F. oxysporum является повышение синтеза экзогенных хитиназ, разрушающих хитин в составе клеточной оболочки патогена [42]. Молекулярно-генетический анализ генов кислых хитиназ BvSE2 и BvSP2 позволил локализовать их в интервале между 97 069 (SNP EBS0085) и 122 718 п.н. (SNP BB02714) на коротком плече хромосомы 3. Был разработан SNP маркер KIZ3, позволяющий определить замену А/T в положении 377 от стартового кодона гена BvSP2, и KIZ4, позволяющий определить замену C/T в положении 345 от стартового кодона BvSE2 [42]. По мнению авторов, резистентность, обусловленная высокой выработкой хитиназ, связана с генотипом A/A в гене BvSE2 и C/C в гене BvSP2.

Для подтверждения связи гена SE2 с устойчивостью сахарной свеклы к фузариозной корневой гнили проведено генотипирование 10 образцов сахарной свеклы с использованием маркера FusA1 [43]. В результате сравнения последовательностей ампликонов у чувствительного гибрида Sh.1 обнаружено восемь SNP и три однонуклеотидные вставки, которые отсутствовали у устойчивых образцов. Можно предположить, что данные изменения могут приводить к снижению адаптационной способности.

Для поиска молекулярных маркеров, связанных с устойчивостью к F. oxysporum, были использованы аналоги генов резистентности [41]. Из 29 образцов сахарной свеклы были выделены шесть наиболее устойчивых и шесть наиболее чувствительных к данному патогену. В результате анализа этих образцов показана связь двух SNP с устойчивостью к фузариозу. SNP_Bv2_043450 оказался расположен в экзоне гена Bv2_043450_zhxk (хромосома 2), SNP_Bv7_171470 – в экзоне гена Bv7_171470_ojty (хромосома 7). В обоих SNP локусах с повышенной резистентностью к фузариозу был связан генотип А/А. Ген Bv2_043450_zhxk кодирует защитный белок с CC-NBS-LRR доменом, ген Bv7_171470_ojty – с NBS-LRR доменом. Эти белки могут участвовать в специфическом взаимодействии растений с эффекторами патогена, что приводит к активации защитного ответа [41].

Нематоды являются серьезными вредителями сахарной свеклы. Эти мелкие черви поражают корни. Зараженные растения теряют способность эффективно усваивать воду и питательные вещества, их листья вянут, желтеют, потери урожая достигают 60 % [44]. В сахарной свекле в основном паразитирует свекловичная (цистная) нематода Heterodera schachtii, которая способна поражать корни и других видов растений. Повышение температуры окружающей среды во время вегетации является фактором, стимулирующим ее рост и развитие [45].

Первый идентифицированный ген резистентности к цистной нематоде Hs1^pro-1 был картирован в хромосоме 1 дикой свеклы B. procumbens и интрогрессирован в геном культурной свеклы [46]. Ген Hs1^pro-1 кодирует белок с LRR доменом, который содержит 282 аминокислотных остатка. Для идентификации гена используются маркеры LC0220 и LC0221, с помощью которых амплифицируется продукт длиной 849 п.н. [47]. С помощью сегрегационного анализа популяции F₂ (CMS_1 × WB242) был идентифицирован маркер SNP192, ассоциированный с геном резистентности HsBvm-1, картированным в хромосоме 5 [48]. Толерантные к H. schachtii особи имели в гомозиготном состоянии генотип G/G, в гетерозиготном – G/C, восприимчивые – генотип C/C. У толерантных генотипов ампликоны расщепляются рестриктазой Nt.CviPII на 2 фрагмента, у восприимчивых генотипов ампликон не расщепляется.

Помимо свекловичной нематоды в сахарной свекле паразитируют галловые нематоды (Meloidogyne spp), которые образуют галлыпровоцируют гниение корнеплодов. Ген резистентности к галловым нематодам R6m-1 впервые обнаружен у сахарной свеклы M66 [49]. Устойчивость связана с доминантным аллелем R6m-1. При использовании CAPS маркера Nem06 амплифицируется фрагмент длиной 580 п.н., в котором замена G/A в 208 позиции определяет доминантное/рецессивное состояние гена и затрагивает сайт рестикции MseI. Ампликоны, образованные из доминантных гомозигот, не расщепляются MseI и на электрофорезе присутствует одна полоса размером 580 п.н., а образованные из гетерозигот разделяются на два фрагмента [49].

Для выявления гетерозиготного состояния R6m-1 были предложили SNP маркеры NEM06 и nem06, связанные с полиморфизмом G/A [50]. В исследовании были использованы устойчивый (SB33), чувствительный (SB36) образцы сахарной свеклы и полученные от них гибриды. При проведении ПЦР с указанными маркерами из ДНК гомозиготных особей, резистентных к галловым нематодам, амплифицируются фрагменты длиной 555 и 478 п.н., из восприимчивых гомозигот – 555 и 124 п.н. Амплификация всех трех фрагментов указывает на гетерозиготность образцов. Результат генотипирования 100 образцов сахарной свеклы показал, что данные маркеры позволяют проводить надежный и быстрый скрининг генотипов B. vulgaris на устойчивость к нематодам. Использование перечисленных выше праймеров для анализа шести образцов сахарной свеклы выявило отсутствие среди них доминантных гомозигот [25].

Заключение

Результат анализа литературных данных показал, что несколько генов устойчивости сахарной свеклы к ризомании локализованы в хромосоме 3. Использование GWAS выявило новые SNP в хромосомах 1, 2 и 5 и показало, что взаимодействие между генами разных хромосом, несущими выявленные SNP, обеспечивает повышение устойчивости к ризомании. Для маркирования устойчивости к ризоктониозу представляет ценность SNP93 (RsBv1), расположенный в позиции 9000093 хромосомы 6, и маркеры к QTL, расположенному в позиции от 56099742 до 62113791 п.н. хромосомы 2. Гены устойчивости к мучнистой росе Pm1-Pm3, Pm36 и PMR5 расположены в хромосоме 2, Pm4-Pm6 и два SNP – в хромосоме 4, четыре SNP в хромосоме 8, два SNP – в хромосоме 5 и по одному SNP в хромосомах 1, 3, 7 и 9. Устойчивость к церкоспорозу определяется двумя основными QTL, qcr1 и qcr4, расположенными в хромосомах 3 и 6 соответственно, и большим числом SNP: 93 SNP найдено в хромосоме 2, 7 SNP – в хромосоме 8, 6 SNP – в хромосоме 9, 5 SNP – в хромосоме 7, 2 SNP – в хромосоме 1 и по одному SNP в хромосомах 4 и 6. Устойчивость к бактериальной пятнистости листьев связана с SNP маркером Chr1_61344476. Ген устойчивости к хронической корневой гнили Acr1 картирован в хромосоме 3. Резистентность к фузариозу связана с генами Bv2_043450_zhxk (хромосома 2), Bv7_171470_ojty (хромосома 7) и генами кислых хитиназ BvSE2 и BvSP2, расположенными в хромосоме 3. Ген устойчивости к цистной нематоде Hs1^pro-1 картирован в хромосоме 5. Устойчивость к галловым нематодам определяется геном R6m-1. Практически ко всем перечисленным генам и QTL выработаны молекулярные маркеры, которые могут быть использованы для идентификации устойчивых генотипов. Внедрение молекулярных методов тестирования в селекционные программы приведет к более эффективному отбору полигенных признаков, таких как резистентность к патогенам, и ускорит создание новых устойчивых форм данной культуры.

Об авторах

Ольга Григорьевна Смирнова

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: planta@bionet.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-3023-767X
SPIN-код: 1728-0676

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории генной инженерии

Россия, 630090, Новосибирск, Россия, пр. ак. Лаврентьева,10

Мухаммадали Бахтиёр угли Хакимов

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: ali941220@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0336-8324

аспирант

Россия, 630090, Новосибирск, Россия, пр. ак. Лаврентьева,10; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1

Елена Артемовна Салина

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: salina@bionet.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-8590-847X
SPIN-код: 5782-4546

доктор биол. наук, профессор, член-корр. РАН, главный научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений

Россия, 630090, Новосибирск, Россия, пр. ак. Лаврентьева,10

Список литературы

Дополнительные файлы