Научная статья на тему 'Идентификация генов хозяйственно ценных признаков подсолнечника на основе молекулярного скрининга'

Идентификация генов хозяйственно ценных признаков подсолнечника на основе молекулярного скрининга Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
280
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОДСОЛНЕЧНИК / SUNFLOWER / ГЕНЫ / GENES / ПРИЗНАКИ / ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МУЖСКАЯ СТЕРИЛЬНОСТЬ / CYTOPLASMIC MALE STERILITY / ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФЕРТИЛЬНОСТИ ПЫЛЬЦЫ / POLLEN FERTILITY RESTORATION / УСТОЙЧИВОСТЬ К РЖАВЧИНЕ / RUST RESISTANCE / CHARACTERS

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Анисимова И. Н., Алпатьева Н. В., Карабицина Ю. И., Кузнецова Е. Б., Рожкова В. Т.

Проведен молекулярный скрининг выборки из 96 линий генетической коллекции, включающей 92 образца, различающихся по способности восстанавливать фертильность в скрещиваниях с линиями ЦМС, и 4 -стерильные на основе ЦМС РЕТ1 и RIG0, для идентификации источников генов восстановления фертильности пыльцы и устойчивости к ржавчине. С помощью STS-маркера orfH522 и анализа генеалогии у 78 фертильных линий подтверждено наличие стерильной цитоплазмы типа PET1. Это указывало на присутствие в их генотипах ядерного гена Rf1, для идентификации которого использовали SCAR-маркеры HRG01 и HRG02, маркер STS115, а также SSR-маркеры ORS224, ORS511 и ORS799, локализованные в группе сцепления 13 на различном расстоянии от локуса Rf1. Наиболее высокой диагностической ценностью для выявления источников гена Rf1 характеризовались маркеры HRG01, HRG02 и STS115, что позволяет рекомендовать ихдля эффективного отбора носителей гена Rf1 из расщепляющихся гибридных популяций. Предложена схема использования маркеров HRG01, HRG02 и STS115 для контроля генетической чистоты родительских линий гибридов и контроля гибридности партий семян. С помощью SCAR-маркеров генов SC004, SCX20 и SCT06 проведена дифференциация линий выборки по наличию или отсутствию генов R1 и R adv, определяющих устойчивость к ржавчине. У стерильных линий на основе ЦМС РЕТ1 гены R1 и R adv не обнаружены. оба гена идентифицированы у 34 линий, только один ген (R1) обнаружен у 34 линий и лишь у 5 выявлен Radv, но отсутствует R1. У линий RIL80, RIL130, ВИР130, ВИР234, ВИР249, ВИР361, ВИР369, ВИР378, ВИР740 с помощью пяти сцепленных маркеров идентифицирован ген Rf1 и выявлены гены устойчивости к ржавчине R1 и Radv.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Анисимова И. Н., Алпатьева Н. В., Карабицина Ю. И., Кузнецова Е. Б., Рожкова В. Т.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IDENTIFICATION OF GENES ENCODING ECONOMICALLY VALUABLE CHARACTERS OF SUNFLOWER BY MOLECULAR SCREENING

We carried out the molecular screening of 96 lines from genetic collection, which included 92 samples with different ability for fertility restoration in crosses with lines with CMS, and 4 sterile lines based on CMS PET1 and RIG0. The aim of the screening was to identify the sources of genes encoding pollen fertility restoration and resistance to rust. With the use of STS marker orfH522 and genealogical analysis the presence of sterile cytoplasm of PET1 type was confirmed for 78 fertile lines. This indicated the presence of Rf1 karyogene in their genotypes. The SCAR markers HRG01, HRG02, marker STS115, as well as SSR-markers ORS224, ORS511, ORS799 localized in the linkage group 13 at different distance from the locus Rf1, were used for identification of this gene. Markers HRG01, HRG02 and STS115 were characterized by the highest diagnostic value for detection of sources of Rf1 gene. This enables to recommend them for efficient selection of carriers of Rf1 gene from segregating hybrid populations. A scheme for using of HRG01, HRG02 and STS115 markers for genetic purity testing of hybrid parental lines and hybridity level is suggested. With the use of SCAR markers SC004, SCX20 and SCT06 the lines were differentiated depending on the presence or absence of rust resistance genes R1 and Radv. The sterile lines based on CMS PET 1 lacked R1 and Radv genes. Both genes were identified in 34 lines, only one gene (R1) was found in 34 lines, and in five lines only Radv gene was registered with the absence of R1. With the use of five linked markers gene Rf1 and rust resistance genes R1 and Radv were found in lines RIL80, RIL130, VIR 130, VIR234, VIR249, VIR361, VIR369, VIR378 and VIR740.

Текст научной работы на тему «Идентификация генов хозяйственно ценных признаков подсолнечника на основе молекулярного скрининга»

УДК575.12:547.962: 633.854

идентификация генов хозяйственно ценных признаков подсолнечника на основе молекулярного скрининга

И.Н. АНИСИМОВА1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Н.В. АЛПАТЬЕВА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Ю.И. КАРАБИЦИНА1, аспирант Е.Б. КУЗНЕЦОВА1, младший научный сотрудник В.Т. РОЖКОВА2, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

В.А. ГАВРИЛОВА1, доктор биологических, наук главный научный сотрудник

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, ул. Большая Морская, 42, 44, Санкт-Петербург, 190000, Россия

2Филиал Кубанская опытная станция ВИР, ул. Центральная, 2, п. Ботаника, Гулькевичский район, Краснодарский край, 352183, Россия E-mail: [email protected]

Резюме. Проведен молекулярный скрининг выборки из 96 линий генетической коллекции, включающей 92 образца, различающихся по способности восстанавливать фертильность в скрещиваниях с линиями ЦМС, и 4 -стерильные на основе ЦМС РЕТ1 и RIG0, для идентификации источников генов восстановления фертильности пыльцы и устойчивости к ржавчине. С помощью STS-маркера orfH522 и анализа генеалогии у 78 фертильных линий подтверждено наличие стерильной цитоплазмы типа PET1. Это указывало на присутствие в их генотипах ядерного гена Rf1, для идентификации которого использовали SCAR-маркеры HRG01 и HRG02, маркер STS115, а также SSR-маркеры ORS224, ORS511 и ORS799, локализованные в группе сцепления 13 на различном расстоянии отло-куса Rf1. Наиболее высокой диагностической ценностью для выявления источников гена Rf1 характеризовались маркеры HRG01, HRG02 и STS115, что позволяет рекомендовать ихдля эффективного отбора носителей гена Rf1 из расщепляющихся гибридных популяций. Предложена схема использования маркеров HRG01, HRG02 и STS115 для контроля генетической чистоты родительских линий гибридов и контроля гибридно-сти партий семян. С помощью SCAR-маркеров генов SC004, SCX20 и SCT06 проведена дифференциация линий выборки по наличию или отсутствию генов R1 и Radv, определяющих устойчивость к ржавчине. У стерильных линий на основе ЦМС РЕТ1 гены R1 и Radv не обнаружены. Оба гена идентифицированы у 34 линий, только один ген (R1) обнаружен у 34 линий и лишь у 5 - выявлен Radv, но отсутствует R1. У линий RIL80, RIL130, ВИР130, ВИР234, ВИР249, ВИР361, ВИР369, ВИР378, ВИР740 с помощью пяти сцепленных маркеров идентифицирован ген Rf1 и выявлены гены устойчивости к ржавчине R1 и Radv. Ключевые слова: подсолнечник, гены, признаки, цитоплаз-матическая мужская стерильность, восстановление фертиль-ности пыльцы, устойчивость к ржавчине. Для цитирования: Идентификация генов хозяйственно ценных признаков подсолнечника на основе молекулярного скрининга/И.Н. Анисимова, Н.В. Алпатьева, Ю.И. Карабици-на, Е.Б. Кузнецова, В.Т. Рожкова, В.А. Гаврилова//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 7. С. 39-42.

Подсолнечник - основная масличная культура Российской Федерации, продукция которой пользуется на рынке неограниченным спросом. Современное производство ее семян ориентировано на возделывание высокопродуктивных гибридов, устойчивых к болезням и вредителям, характеризующихся высоким содержанием масла и его ценным биохимическим составом. В структуре посевов подсолнечника в России

доля отечественных гибридов невелика и на сегодняшний день имеет тенденцию к сокращению [1]. К приоритетным задачам селекции и семеноводства гибридов этой культуры относятся: создание материнских линий-аналогов на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), их поддержание путем скрещиваний с закрепителями стерильности; селекция отцовских линий-восстановителей, несущих гены восстановления фертильности пыльцы (Rf); контроль генетической чистоты родительских линий и контроль гибридности партий семян. В селекции гибридов подсолнечника сейчас преимущественно используют тип стерильной цитоплазмы РЕТ1. По различным данным, для восстановления фертильности пыльцы форм подсолнечника с ЦМС РЕТ1 необходимо от одного до четырех генов [2]. Причем присутствие гена Rf1 обязательно. Традиционно для идентификации наличия у отцовской линии генов, восстанавливающих фертильность пыльцы, проводят тест-скрещивания с линиями ЦМС и анализируют фенотипы растений F1. Этот трудоемкий и длительный процесс можно значительно упростить при использовании молекулярных маркеров.

Вновь создаваемые гибриды должны обладать устойчивостью к комплексу болезней и вредителей - заразихе, ложной мучнистой росе, ржавчине, вертициллезу и др. В этой связи особое значение имеет селекция родительских линий, несущих необходимые гены. До середины 50-х гг. прошлого века ржавчина (возбудитель Puccina helianthi Schwein.) была крайне вредоносным заболеванием. Проблему защиты подсолнечника от фитопатогена удалось решить благодаря созданию В.С. Пустовойтом [3] ржавчиноустойчивых сортов с использованием генофонда диких видов. Однако в последние годы в России наблюдается выраженная тенденция к распространению этого заболевания, что обусловлено возделыванием восприимчивых гибридов нового поколения [4]. Это определяет необходимость возобновления селекционно-генетических исследований в таком направлении и важность идентификации носителей генов устойчивости. На сегодняшний день идентифицировано несколько источников устойчивости к P. helianthi, однако лишь немногие из них охарактеризованы генетически, а гены молекулярно маркированы. Гены R5, R1, R2, R12 локализованы в группах сцепления 2, 8, 9 и 11, тогда как Racv, R4, R11 и R13 находятся в группе сцепления 13 [5]. Ген Racv локализован вблизи Rf1, а ген R11 сцеплен с геном восстановления фертильности Rf5. Разработаны SCAR-маркеры, сцепленные с генами Racv и R1 [6]. Маркеры SCO04 и SCX20 сцеплены с геном Racv, а маркер SCT06 - с геном R1 (см. табл.). Одним из первых в современные сорта подсолнечника был введен ген R1. При создании австралийского коммерческого гибрида Advance использовали источник гена Racv, определяющего устойчивость к расе 777.

Для эффективного использования генетических ресурсов подсолнечника в селекции гибридов в процессе пребридинга необходима надежная идентификация

источников генов хозяйственно ценных признаков, в том числе с помощью диагностических молекулярных маркеров [7], однако разнообразие созданной в ВИР генетической коллекции [8] по хозяйственно ценным признакам до сих пор изучено недостаточно.

Цель исследования - определение диагностической ценности молекулярных маркеров генов восстановления фертильности пыльцы и устойчивости к ржавчине для отбора исходного селекционного материала и использования в селекционном процессе.

Условия, материалы и методы. Материалом для исследования послужили 96 линий генетической коллекции, в том числе 92 фертильные, различавшиеся по способности восстанавливать фертильность в скрещиваниях с линиями ЦМС, и 4 стерильные на основе ЦМС РЕТ1 и RIG0. В их происхождении участвовали 66 источников, что свидетельствует о значительном генетическом разнообразии выборки. Тринадцать линий созданы на основе 11 коммерческих гибридов. Шесть линий выделены из потомств межвидовых гибридов от скрещиваний линии ЦМС Helianthus annuus _. с многолетними или однолетними видами рода Helianthus _. Восемь линий получены путем включения генов Rf в генотипы других фертильных линий.

Фракции суммарной геномной ДНК выделяли из этиолированных 7-дневных проростков с использованием модифицированного СТАБ-метода [9]. В работе использовали 10 пар праймеров, маркирующих сцепленные с локусом Rf1 фрагменты, митохондриальный ген о^Н522, ассоциированный с ЦМС РЕТ1, а также гены устойчивости к ржавчине (см. табл.). Продукты амплификации разделяли электрофорезом в агарозном геле. Анализ полиморфизма SSR-фрагментов выполнен на приборе Ми1ША (Schimadzu) в ЦКП «Геномные технологии и клеточная биология» (Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии).

результаты и обсуждение. В скрещиваниях с линиями ЦМС РЕТ1 были изучены семьдесят фертильных линий. Большинство из них (86%) в разные годы исследований показали способность к восстановлению фертильности пыльцы и, следовательно, могут считаться носителями генов Rf. Для их дифференциации по типу цитоплазмы использовали митохондриальный маркер огШ522, а также учитывали сведения о происхождении. Оказалось, что 79 фертильных линий (87%) изученной

выборки имеют стерильную цитоплазму РЕТ1 типа. У 9 линий маркер огШ522 не обнаружен, следовательно, они имели фертильную цитоплазму. Три линии из этой группы (ВИР160, ВИР387 и ВИР449) в скрещиваниях с линией ЦМС закрепляли стерильность.

Наличие у линии цитоплазмона стерильного (РЕТ1) типа косвенно подтверждает присутствие в генотипе гена (или генов) Rf, необходимых для восстановления фертильности пыльцы. Это значительно облегчает поддержание отцовских линий-восстановителей. В случае утраты функциональных аллелей Я^генов растение становится стерильным, что служит причиной его выбраковки при размножении.

Как и предполагалось, при изучении распределения сцепленных с локусом Яf1 SCAR-маркеров HRG01 и HRG02, маркера STS115, а также SSR-маркеров ORS224, ORS511 и ORS799, расположенных в той же группе сцепления, для идентификации гена ЯИ, у линий ЦМС SCAR-маркеры и STS115 отсутствовали. Тридцать линий-восстановителей (со стерильной (РЕТ1) цитоплазмой) характеризовались наличием всех 3 маркеров. У семи линий маркеры не выявлены. Тем не менее, наличие стерильной цитоплазмы указывало на присутствие в их генотипах генов Яf. Это подтверждено и результатами анализа гибридов от скрещиваний линии ЦМС ВИР116А с линиями ВИР365 и ВИР210, не имевших маркеров STS115, HRG01 и HRG02. Растения F1 были мужски фертильными, а характер расщепления в F2 соответствовал гипотезе о моногенном (ВИР116 х ВИР365) и дигенном (ВИР116 х ВИР210) контроле признака. У остальных фертильных линий выборки, имевших стерильную цитоплазму, наблюдали, по меньшей мере, один или два маркера (рис. 1).

Лишь у двух линий с фертильной цитоплазмой (ВИР740 и ВИР369) из девяти проанализированных одновременно присутствовали 3 маркера. Обе линии -восстановители фертильности ЦМС РЕТ1 и характеризуются общим происхождением. У линий ВИР160, ВИР387 и ВИР449, закреплявших стерильность в скрещиваниях с линиями ЦМС, маркер HRG01 отсутствовал, но у отдельных растений выявлены маркеры HRG02 и STS115.

Установлена связь между наличием SCAR-маркеров гена Яf1 и SSR-маркеров ORS511 и ORS224 (69-73% проанализированных случаев), что, очевидно,

Таблица. Праймеры, использованные в молекулярном скрининге коллекции подсолнечника

Маркер (название ппраймеров) Локус Тщ Размер фрагмента, Пн 5 - 3 последовательность Ссылка

огШ522 отН522 60°С 516 Р ТОООТОААОТООАТАААТТОАО [10]

Р АОООТТОТОТОАООАОТТОААО

HRG01 (К13) т 54°С 454 Р ТАТООАТААТТАОТТАТАООО [11]

Р АОАТААООАТТАТОТАОООО

HRG02 ^10) т 59°С 740 Р АААООТОООАОАОАООТОО [11]

Р АААООТООООТОААОААОТА

STS115 т 58°С 115 Р ООААОТААТОАТОАТАОААОО [12]

Р ТООООТОТТАТОТАТОТТОАО

ORS224 т 58°С 148-153, 105, 124 Р ААООАААООООТОААОАААТО [13]

Р ТООАОТААОТАООАОААООТАО

ORS511 РП 58°С 158-162, 198, 210-214, 244 Р ТОООТОАОАТТААОТТОАОАОАО [13]

Р ООООТТОООАОТААОАООТА

ORS799 т 58°С 165-170 Р АОТОООТОООАТТОТООТОТ [13]

Р ТООАООААОТОАООААОААО

80004 ^аёч 63°С 950, 850 Р ААОТООООТОАОТТОООТОА [6]

Р ААОТООООТОТАОАТОТТОТОТТТ

80X20 ^абч 63°С 600 Р ОООАООТАОАООАОАААООАТТОТ [6]

Р ОООАООТАОАТТОАТТООТААААТОТТ

80Т06 69°С 950 Р ОААООООАОААААОААААОТАОАО [6]

Р ОААООООАОАОАОИПООАО

Рис. 1. Электрофореграммы продуктов амплификации ДНК линий подсолнечника с праймерами К13(а) и Y10(б); а) 1 -ВИР160, 2 - RIL130, 3 - ВИР740, 4 - ВИР740, 5 - ВИР740, 6 - ВИР710, 7 - ВИР370; б) 1 - ВИР249, 2 - ВИР349, 3 - ВИР349, 4 - ВИР378, 5 - ВИР378, 6 - ВИР130Б, 7 - ВИР387, 8 - ВИР395.

обусловлено их близким расположением на генетической карте по отношению к локусу Rf1 [13]. Маркер ORS799 был ассоциирован с маркерами НЯ001 и НЯ002 у 65% линий. Наиболее часто у изученного материала отсутствовал самый удаленный от локуса ЯИ маркер ORS224.

Ранее мы определили диагностическую ценность SCAR-маркеров HRG01 и HRG02 на ограниченной выборке линий коллекции [14]. Впоследствии Н.В. Маркин с соавторами [15] изучили распределение маркеров STS115, HRG01 и HRG02, а также трех SSR-маркеров среди 46 селекционных линий Донской опытной станции ВНИИМК и установили, что наиболее информативны для выявления гена Яf1 - STS115, HRG01 и HRG02. Их использование дает возможность значительно ускорить селекционный процесс, поскольку для тестирования отцовских линий гибридов по признаку восстановления фертильности пыльцы в полевых условиях требуется 2 года, а для идентификации гена Яf1, контролирующего восстановление фертильности пыльцы, при помощи молекулярно-генетического анализа - всего 2 недели.

Поскольку расовый состав возбудителя ржавчины подсолнечника на территории РФ до сих пор не известен, на первых этапах селекционной работы необходим экспресс-скрининг на наличие генов устойчивости. В исследованной выборке линий изучено распределение SCAR-маркеров SCO04, SCX20 и SCT06 (рис. 2). Как и ожидалось, у линии ВИР449, характеризующейся комплексной устойчивостью к ряду фитопатогенов, выявлены все три маркера генов устойчивости к Р.

Рис. 2. Электрофореграммы продуктов амплификации ДНК линий подсолнечника с праймерами SCO04; М 1 - ВИР710, 2,3 - ВИР370, 4 - ВИР 700, 5 - ВИР702, 6,7 --ВИР369, 8, 9 - ВИР 361, 10 - ВИР249, 11,12 - ВИР349, 13,14- ВИР378,15 - ВИР130 Б, 16 - ВИР387, 17 - ВИР395.

helianthi. Можно предположить, что в ее генотипе присутствуют гены Я1 и Яа^у. В то же время у линий ЦМС маркеры отсутствовали. В результате скрининга оба гена идентифицированы у 34 линий, только один ген (Я1) обнаружен у 34 линий и лишь у 5 - выявлен Яа^у, но отсутствует Я1. Следует отметить, что у большинства проанализированных линий установлены различия между растениями по наличию или отсутствию маркеров. Возможно, это связано с тем, что, в отличие от строгого контроля присутствия генов Яf, контроль гомозиготности по локусам ржавчиноустойчивости при создании и репродукции линий коллекции не проводили. Выделены линии, у которых с помощью пяти сцепленных маркеров идентифицирован ген Яf1, а также обнаружены гены устойчивости к ржавчине Я1 и Яас/у'. RIL80 и RIL130 (получены на основе гибридов от отдаленных скрещиваний), а также ВИР130, ВИР234, ВИР249, ВИР361, ВИР369, ВИР378, ВИР740, при создании которых использовали генофонд середины прошлого века.

Выводы. Молекулярные маркеры могут быть использованы для отбора линий, несущих ген Яf1, контролирующий признак восстановления фертильности пыльцы форм с ЦМС РЕТ1, а также гены устойчивости к ржавчине Я1 и Яа^у. Митохондриальный маркер огШ522, ассоциированный с ЦМС РЕТ1, позволяет идентифицировать тип цитоплазмы у отцовских линий. Наличие стерильной цитоплазмы обеспечивает эффективный контроль присутствия в генотипе линии генов Яf и повышает эффективность получения гибридных семян.

Для тестирования отцовских линий гибридов по признаку восстановления фертильности пыльцы в полевых условиях требуется 2 года, для идентификации гена Яf1, контролирующего восстановление фертильности пыльцы, при помощи молекулярно-генетического анализа -2 недели. Наиболее высокой диагностической ценностью для выявления носителей гена Яf1 обладают (в порядке убывания) маркеры HRG01, HRG02 и STS115, что позволяет использовать их для эффек-

тивного отбора носителей гена Яf1 из расщепляющихся гибридных популяций. В качестве дополнительных можно использовать SSR-маркеры ORS224, ORS511 и ORS799. Отцовские линии отечественных коммерческих гибридов имеют стерильную основу (ЦМС РЕТ1) и несут маркеры гена Яf1. Поскольку маркеры HRG01, HRG02 и STS115 - доминантны, то их можно использовать для контроля генетической чистоты родительских линий гибридов. Если отцовская линия-восстановитель маркирована, по меньшей мере, одним из диагностических маркеров гена Яf1, то его утрата при репродуцировании образца означает генетическое засорение. По частоте растений F1, несущих маркер (полученный от отцовского родителя) можно судить о полноте гибридизации. Появление маркеров гена Яf1 у материнских линий ЦМС и закрепителей

стерильности (носителей рецессивного аллеля ^1) можно рассматривать как результат генетического засорения линии.

С помощью молекулярных маркеров не выявлены гены Я1 и Яа^ у стерильных линий на основе ЦМС РЕТ1, поэтому при создании коммерческого гибрида гены устойчивости к ржавчине должны быть переданы от отцовской линии-восстановителя. У линий генетической коллекции ВИР и, следовательно, у исходных форм, на основе которых они были созданы, широко распространен ген Я1, тогда как ген Яа^ встречается реже. Выделены линии, у которых с помощью пяти сцепленных маркеров идентифицирован ген Яf1, а также обнаружены гены устойчивости к ржавчине Я1 и Яас!V RI_80, RI_130, ВИР130, ВИР234, ВИР249, ВИР361, ВИР369, ВИР378, ВИР740.

Литература.

1. Бочковой А.Д. Состояние и проблемы семеноводства гибридного подсолнечника во ВНИИМК// Масличные культуры. 2011. Вып. 2. С. 148-149.

2. Гаврилова В.А., Анисимова И.Н. Генетика культурных растений: подсолнечник. СПб: ВИР, 2003. 197 с.

3. Пустовойт В.С. Межвидовые ржавчиноустойчивые гибриды подсолнечника // Отдаленная гибридизация растений. М.: Изд. АН СССР, 1960. С. 376-378.

4. Goncharov S.V. Dynamics of hybrid sunflower disease resistance // Helia. 2014. V. 37. № 60. P. 99-104.

5. Bulos M., Vergani P. N., Altieri E. Genetic mapping, marker assisted selection and allelic relationships for the Pu6 gene conferring rust resistance in sunflower// Breed. Sci. 2014. V. 64. № 3. P. 206-212.

6. Marker-assisted selection for two rust genes in sunflower/ W.R. Lawson, K.C. Goulter, R.J. Henry, G.A. Kong, J.K. Kochman // Mol. Breed. 1998. V. 4. P. 227-234.

7. Хлесткина Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17. № 4/2. С. 1043-1054.

8. Gavrilova V.A., Rozhkova V.T., Anisimova I.N. Sunflower genetic collection at the Vavilov Institute of Plant Industry// Helia. 2014. V. 37. № 60. P. 1-16.

9. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Тимофеева Г.И. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: Методические указания ВИР//под ред. Е.Е. Радченко. СПб: ВИР, 2010. 30 с.

10. Schnabel U., Engelmann U., Horn R. Development of markers for the use of the PEF1 cytoplasm in sunflower hybrid breeding // Plant Breed. 2008. № 6. P. 541-652.

11. Molecular mapping of the Rf1 gene restoring fertility in PETI-based F1 hybrids in sunflower (Helianthus annuus L.) / R. Horn, B. Kusterer, E. Lazarescu, M. Prufe, W. Friedt// Theor. Appl. Genet. 2003. V. 106. № 4. P. 599-606.

12. Genetic mapping for the Rf1 (fertility restoration) gene in sunflower (Helianthus annuus L.) by SSR and TRAP markers / B. Yue, B. A. Vick, X. Cai, J. Hu// Plant Breed. 2010. V. 129. № 1. P. 24-28.

13. Simple sequence repeat map of the sunflower genome / S. Tang, J. K. Yu, M.B. Slabaugh, K. Shintani, J. Knapp // Theor. Appl. Genet. 2002. V. 105. P. 1124-1136.

14. Молекулярные маркеры в идентификации генов восстановления фертильности пыльцы у подсолнечника / И.Н. Анисимова, В.А. Гаврилова, В.Т. Рожкова, Г.И. Тимофеева, М.А. Тихонова //Докл. РАСХН. 2009. № 6. С. 6-9.

15. Определение информативных ДНК-маркеров гена Rf1 - восстановителя фертильности пыльцы ЦМС PET1 подсолнечника /Н.В. Маркин, Т.В. Усатенко, А.В. Усатов, В.Е. Тихобаева, О.Ф. Горбаченко, Г.А. Кулишова, К.В. Азарин//Современные проблемы науки и образования. 2013. № 4. С. 110-9822.

IDENTIFICATION OF GENES ENCODING ECONOMICALLY VALuABLE CHARACTERS of sunflower by molecular SCREENING

I.N. Anisimova1, N.V. Alpatieva1, Ju.I. Karabitsina1, E.B. Kuznetsova1, V.T. Rozhkova2, V.A. Gavrilova1

'Federal Research Center the N.I. Vavilov All-Russion Institute of Plant Genetic Resources, B. Morskaya, 42, 44, St. Petersburg, 190000, Russia

2Kuban Experiment Station of VIR, Tsentralnaya, 2, Botanika, Gulkevichskii raion, Krasnodatskii krai, 352183, Russia Summary. We carried out the molecular screening of 96 lines from genetic collection, which included 92 samples with different ability for fertility restoration in crosses with lines with CMS, and 4 sterile lines based on CMS PET1 and RIG0. The aim of the screening was to identify the sources of genes encoding pollen fertility restoration and resistance to rust. With the use of STS marker orfH522 and genealogical analysis the presence of sterile cytoplasm of PET1 type was confirmed for 78 fertile lines. This indicated the presence of Rf1 karyogene in their genotypes. The SCAR markers HRG01, HRG02, marker STS115, as well as SSR-markers ORS224, ORS511, ORS799 localized in the linkage group 13 at different distance from the locus Rf1, were used for identification of this gene. Markers HRG01, HRG02 and STS115 were characterized by the highest diagnostic value for detection of sources of Rf1 gene. This enables to recommend them for efficient selection of carriers of Rf1 gene from segregating hybrid populations. A scheme for using of HRG01, HRG02 and STS115 markers for genetic purity testing of hybrid parental lines and hybridity level is suggested. With the use of SCAR markers SCO04, SCX20 and SCT06 the lines were differentiated depending on the presence or absence of rust resistance genes R1 and Radv. The sterile lines based on CMS PET1 lacked R1 and Radv genes. Both genes were identified in 34 lines, only one gene (R1) was found in 34 lines, and in five lines only Radv gene was registered with the absence of R1. With the use of five linked markers gene Rf1 and rust resistance genes R1 and Radv were found in lines RIL80, RIL130, VIR130, VIR234, VIR249, VIR361, VIR369, VIR378 and VIR740.

Key words: sunflower, genes, characters, cytoplasmic male sterility, pollen fertility restoration, rust resistance. Author Details: I.N. Anisimova, Dr. Sc. (Biol.), Leading Researcher (e-mail: [email protected]); N.V. Alpatieva, Cand. Sc. (Biol), Senior Researcher; Ju.I. Karabitsina, Post-graduate student; E.B. Kuznetsova, Junior Researcher; V.T Rozhkova, Cand. Sc. (Agr.), Leading Researcher; V.A. Gavrilova, Dr. Sc. (Biol.), Senior Researcher.

For citation: Anisimova I.N., Alpatieva N.V., Karabitsina Ju.I., Kuznetsova E.B., Rozhkova V.T., Gavrilova V.A. Identification of genes encoding economically valuable characters of sunflower by molecular screening. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V. 29. № 7. pp. 39-42 (In Russ).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.