Фізіологія рослин і генетика 2018, том 50, № 3, 263-274, doi: https://doi.org/10.15407/frg2018.03.263

ОЦІНЮВАННЯ ПОЛІМОРФІЗМУ СОРТІВ КАРТОПЛІ (SOLANUM TUBEROSUM L.) УКРАЇНСЬКОЇ СЕЛЕКЦІЇ ЗА SSR-МАРКЕРАМИ

Присяжнюк Л.М.1, Бородай В.В.2, Марчук О.О.1, Захарчук Н.А.3

  1. Український інститут експертизи сортів рослин 03041 Київ, вул. Генерала Родимцева, 15
  2. Національний університет біоресурсів і природокористування України 03041 Київ, вул. Героїв Оборони, 15
  3. Інститут картоплярства Національної академії аграрних наук України 07853 смт Немішаєве Бородянського р-ну Київської обл., вул. Чкалова, 22

Наведено результати досліджень алельного стану мікросателітних локусів сортів картоплі української селекції за чотирма SSR-маркерами: STM0019, STM3009, STM3012, STM5136. Встановлено, що застосування SSR-маркерів є ефективним методом оцінювання внутрішньовидового різноманіття картоплі та визначення її відмінностей. З метою оцінювання поліморфізму проведено полімеразні ланцюгові реакції (ПЛР) за визначеними SSR-маркерами. Відповідно до отриманих розмірів алелів розраховано їх частоти та індекси поліморфності локусу (РІС). У досліджених сортах залежно від маркера було ідентифіковано від 5 до 20 алелів. Для маркера STM0019 визначе­но алелі розміром 98—258 пн, для маркера STM3009 — 164—172, STM3012 — 175—224, STM5136 — 240—267 пн. Встановлено, що частота визначених алелів становила 0,08—0,33. Відповідно до отриманого розподілу, найвищою частотою за найбільш поліморфним маркером STM0019 вирізнявся алель розміром 124 пн, який ідентифіковано у чотирьох сортів: Околиця, Довіра, Явір, Скарбниця. РІС дорівнював 0,63—0,88, що свідчить про достатньо високу здатність цієї маркерної системи до диференціації сортів картоплі. З метою визначення подібності й відмінності сортів проведено кластерний аналіз. Досліджені генотипи групували у кластери за допомогою незваженого методу середніх зв’язків. За результатами кластерного аналізу відповідно до генетичних дистанцій за чотирма SSR-маркерами досліджені сорти об’єднано в три кластери: Поліське джерело і Червона рута, Явір і Скарбни­ця, Лілея і Слов’янка. Найбільш подібними виявились сорти Явір і Скарбниця, найбільш віддаленими — Фантазія, Левада. Сорт Околиця не увійшов до жодного зі сформованих кластерів, що можна пояснити його походженням, а звідси і комплексом ознак, які визначають напрям його використання.

Наведено результати досліджень алельного стану мікросателітних локусів сортів картоплі української селекції за чотирма SSR-маркерами: STM0019, STM3009, STM3012, STM5136. Встановлено, що застосування SSR-маркерів є ефективним методом оцінювання внутрішньовидового різноманіття картоплі та визначення її відмінностей. З метою оцінювання поліморфізму проведено полімеразні ланцюгові реакції (ПЛР) за визначеними SSR-маркерами. Відповідно до отриманих розмірів алелів розраховано їх частоти та індекси поліморфності локусу (РІС). У досліджених сортах залежно від маркера було ідентифіковано від 5 до 20 алелів. Для маркера STM0019 визначе­но алелі розміром 98—258 пн, для маркера STM3009 — 164—172, STM3012 — 175—224, STM5136 — 240—267 пн. Встановлено, що частота визначених алелів становила 0,08—0,33. Відповідно до отриманого розподілу, найвищою частотою за найбільш поліморфним маркером STM0019 вирізнявся алель розміром 124 пн, який ідентифіковано у чотирьох сортів: Околиця, Довіра, Явір, Скарбниця. РІС дорівнював 0,63—0,88, що свідчить про достатньо високу здатність цієї маркерної системи до диференціації сортів картоплі. З метою визначення подібності й відмінності сортів проведено кластерний аналіз. Досліджені генотипи групували у кластери за допомогою незваженого методу середніх зв’язків. За результатами кластерного аналізу відповідно до генетичних дистанцій за чотирма SSR-маркерами досліджені сорти об’єднано в три кластери: Поліське джерело і Червона рута, Явір і Скарбни­ця, Лілея і Слов’янка. Найбільш подібними виявились сорти Явір і Скарбниця, найбільш віддаленими — Фантазія, Левада. Сорт Околиця не увійшов до жодного зі сформованих кластерів, що можна пояснити його походженням, а звідси і комплексом ознак, які визначають напрям його використання.

Ключові слова: Solanum tuberosum L., SSR-маркери, частота алелів, генетичні дистанції, диференціація сортів

Фізіологія рослин і генетика
2018, том 50, № 3, 263-274

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Antonova, O. Ju., & Gavrilenko, T.A. (2006). Polymorphism of organellar DNA sequences of potato species. Genetika populjacij i jevoljucija, 4, No. 1, pp. 2-10 [in Russian].

2. Drozdov, V.I. (2010). Instruction on the use of the package Statistica 6.0. Kursk: Jugo-Zapadnyj gos. un-t [in Russian].

3. Ermantraut, E.R., Prisjazhnjuk, O.I. & Shevchenko, I.L. (2007). Statistical analysis of agronomic research data in the STATICTICA 6.0. package. Kyiv: Poligraf Konsalting [in Ukrainian].

4. Zavirjuha, P. & Lishhins'ka, N. (2013). Study of the source material for the selection of potatoes on a complex of valuable economic features. Visnik L'vivs'kogo nacional'nogo agrarnogo universitetu. Ser: Agronomija, 17, No. 2, pp. 220-232 [in Ukrainian].

5. Kalendar', R.N. & Glazko, V.I. (2002). Types of molecular genetic markers and their application. Fiziologiya i biokhimiya kult. rastenii, 34, No. 4, pp. 279-296 [in Russian].

6. DSTU 4506:2005. Potatoes food. Growing technology. Main provisions. Kyiv: Derzhspozhyvstandart Ukraine, 2006 [in Ukrainian].

7. Kiru, S.D. (2008). Genetic resources of potatoes for new breeding directions. In Scientific provision and innovative development of potato growing. Proceeding VNIIKH (pp. 80-84). Moscow [in Russian].

8. Koltunov, V.A., Sonec', T.D., Borodaj, V.V. & Vojceshina, N.I. (2016). Estimation of competitiveness and resource potential of potato asssortment in Ukraine. Ovochivnictvo i bashtannictvo: mizhvid. tematich. nauk. zb., 62, pp. 123-136 [in Ukrainian].

9. Koltunov, V.A., Vojceshina, N.I. & Furdiga, M.M. (2014). Resource potential of a potato variety: a monograph. Kyiv: KNTEU [in Ukrainian].

10. Metodika provedennja kvalifikacijnoї ekspertizi sortiv roslin na pridatnist' do poshirennja v Ukraini (2016). Methods of determining the quality indices of crop production. Approved by the Order of the Ministry of Agrarian Policy and Food of Ukraine from 12th December 2016, pp. 540 [in Ukrainian].

11. Morgun, B.V., Stepanenko, O.V., Stepanenko, A.I. & Rybalka, O.I. (2015). Molecular genetic identification of Wx gene polymorphism in soft wheat hybrids with multiplex polymerase chain reactions. Fiziol. rast. genet., 47, No. 1, pp. 25-35 [in Ukrainian].

12. Olijnik, T.M., Slobodjan, S.O. & Gricaj, R.V. (2012). Application of microsatellite potato markers for phylogenetic analysis of varieties of domestic and foreign breeding. Kartopljarstvo, 41, pp. 41-48 [in Ukrainian].

13. Prisjazhnjuk, L.M., Mel'nik, S.I. Shitikova, Ju.V., Sigalova, I.O. & Ivanic'ka, A.P. (2017). Use of SSR markers for the differentiation of new soybean varieties (Glycine max (L.) Merr.). Sortovichennja ta ohorona prav na sorty roslin, No. 3, pp. 269-276 [in Ukrainian].

14. Sivolap, Ju.M. & Kozhuhova, N.E. (2005). DNA technology in the registration and protection of plant variety rights. Sortovyvchennja ta ohorona prav na sorty roslyn, 1, pp. 66-74 [in Ukrainian].

15. Almeida Rocha, E., Vilela Paiva, L., Henrique de Carvalho, H. & Teixeira Guimaraes, C. (2010). Molecular characterization and genetic diversity of potato cultivars using SSR and RAPD markers. Crop Breed. and Appl. Biotechnol., 10, pp. 204-210. https://doi.org/10.1590/S1984-70332010000300004

16. Chung, Y.S., Palta, J.P., Bamberg, J. & Jansky S.H. (2016). Potential molecular markers associated with tuber calcium content in wild potato germplasm. Crop Science, 56, No. 2, pp. 576-584. https://doi.org/10.2135/cropsci2015.06.0370

17. Cote, M.-J., Leduc, L. & Reid, A. (2013). Evaluation of Simple Sequence Repeat (SSR) Markers Established in Europe as a Method for the Identification of Potato Varieties Grown in Canada. Amer. J. Potato Res., 90, pp. 340-350. doi: https://doi 10.1007/s12230-013-9310-7. https://doi.org/10.1007/s12230-013-9310-7

18. Everitt, B.S. (2011). Cluster Analysis (5th ed.) / S. Landau, M. Leese, D. Stahl. Chichester: Wiley. https://doi.org/10.1002/9780470977811

19. Ghebreslassie, B.M., Palta, J.P., Bamberg, J. & Jansky, S.H. (2016). Genetic diversity assessment of farmers' and improved potato (Solanum tuberosum) cultivars from Eritrea using simple sequence repeat (SSR) markers. African J. of Biotechnol., 15, No. 35, pp. 1883-1891. https://doi.org/10.5897/AJB2016.15237

20. Ghislain, M., Nunez, J., Herrera, M.R., Pignataro, J., Guzman, F., Bonierbale, M. & Spooner, D.M. (2009). Robust and highly informative microsatellite-based genetic identity kit for potato. Mol. Breeding, 23, pp. 377-388. doi: https://doi: 10.1007/s11032-008-9240-0. https://doi.org/10.1007/s11032-008-9240-0

21. Grover, A. & Sharma, P.C. (2016). Development and use of molecular markers: past and present. Critical reviews in biotechnology, 36, No. 2, pp. 290-302. https://doi.org/10.3109/07388551.2014.959891

22. Jun, T.-H., Michel, A.P. & Mian, M.A. (2011). Development of soybean aphid genomic SSR markers using next generation sequencing. Genome, 54, pp. 360-367. https://doi.org/10.1139/g11-002

23. Kuhl, J.C., Novy, R.G., Whitworth, J.L., Dibble, M., Schneider, B.L. & Hall, D.G. (2016). Development of molecular markers closely linked to the Potato leafroll virus resistance gene, Rlretb, for use in marker-assisted selection. Amer. J. of Potato Res., 93, No. 3, pp. 203-212. https://doi.org/10.1007/s12230-016-9496-6

24. Liao, H. & Guo, H. (2014). Using SSR to evaluate the genetic diversity of potato cultivars from Yunnan province (SW China). Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica, No. 56/1, pp. 16-27. doi: https://doi: 10.2478/abcsb-2014-0003. https://doi.org/10.2478/abcsb-2014-0003

25. Muhinyuza, J.B., (2015). Assessment of genetic relationship of promising potato genotypes grown in Rwanda using SSR markers. Austral. J. Crop Sci., 9, No. 8, p. 696.

26. Mulato, B.M., Moller, M., Zucchi, M.I., Quecini, V. & Pinheiro, J.B. (2010). Genetic diversity in soybean germplasm identified by SSR and EST-SSR markers. Pesq. Agropec. Bras., 45, No. 3, pp. 276-283. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2010000300007

27. Namorato, H., Miranda, G.V., de Souza, L.V., Oliveira, L.R., DeLima, R.O. & Mantovani, Eder E. (2009). Comparing biplot multivariate analyses with Eberhartand Russel' method for genotype w environment interaction crop. Breed. and Appl. Biotechnol., No. 9, pp. 299-307. https://doi.org/10.12702/1984-7033.v09n04a03

28. Nie, X., Sutherland, D., Dickison, V.L., Singh, M., Murphy, A.M. & De Koeyer, D.L. (2016). Development and Validation of High-Resolution Melting Markers Derived from Ry sto STS Markers for High-Throughput Marker-Assisted Selection of Potato Carrying Ry sto. Phytopathology, 106, No. 11, pp. 1366-1375. https://doi.org/10.1094/PHYTO-05-16-0204-R

29. Ramakrishnan, A.P., Ritland, C.E., Sevillano, R.H.B. & Riseman, A. (2015). Review of potato molecular markers to enhance trait selection. Amer. J.of Potato Res., 92, No. 4, pp. 455-472. https://doi.org/10.1007/s12230-015-9455-7

30. Reid, A., Hof, L., Felix, G., Rucker, B., Tams, S., Milczynska, E., Esselink, D., Uenk, G., Vosman, B. & Weitz, A. (2011). Construction of an integrated microsatellite and key morphological characteristic database of potato varieties on the EU common catalogue. Euphytica, 182, pp. 239-249. https://doi.org/10.1007/s10681-011-0462-6

31. Reid, A., Hof, L., Esselink, D. & Vosman, B. (2009). Potato cultivar genome analysis. Methods in Mol. Biol., Plant Pathol., 508, pp. 295-308. https://doi.org/10.1007/978-1-59745-062-1_23

32. Schцnhals, E.M., Ortega, F., Barandalla, L., Aragones, A., Ruiz de Galarreta, J.I., Liao, J.-C., Sanetomo, R., Walkemeier, B., Tacke, E., Ritter, E. & Gebhardt, C. (2016). Identification and reproducibility of diagnostic DNA markers for tuber starch and yield optimization in a novel association mapping population of potato (Solanum tuberosum L.). Theor. Appl. Genet., 129, No. 4, pp. 767-785. https://doi.org/10.1007/s00122-016-2665-7

33. Spooner, D.M., Ruess, H., Arbizu, C.I., Rodriguez, F. & Solis-Lemus, C. (2018). Greatly reduced phylogenetic structure in the cultivated potato clade (Solanum section Petota pro parte). Amer. J. of Bot., 105, No. 1, pp. 60-70. https://doi.org/10.1002/ajb2.1008

34. Tierno, R. & Ignacio Ruiz de Galarreta, J. (2015). Characterization of high anthocyanin producing tetraploid potato cultivars selected for breeding using morphological traits and microsatellite markers. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization, pp. 1-10. doi: https://doi: 10.1017/S1479262115000477. https://doi.org/10.1017/S1479262115000477