Россия
сотрудник с 01.08.2011 по настоящее время
Воронеж, Россия
Аннотация. Цель работы – анализ молекулярно-генетических исследований по сахарной свекле и применение их в практической селекции, освещенных в литературных источниках отечественных и зарубежных ученых. Задачи: 1) проанализировать современное состояние молекулярно-генетических исследований, освещенных в отечественной и зарубежной литературе; 2) исследовать проблемы маркер-ориентированной селекции; 3) оценить перспективы развития молекулярных исследований по сахарной свекле в РФ. Методы. Для изучения современной стратегии молекулярно-генетического маркирования применялись аналитические методы изучения и обработки информации из международных баз (PubMed, NCBI, Академия Google). Результаты. Важной частью современной селекции сельскохозяйственных культур является использование ДНК-технологий. Обсуждаются научные данные, позволяющие получить более полное представление о современном состоянии молекулярной генетики и селекции сахарной свеклы, необходимое для составления программ их дальнейшего развития. Представлены результаты экспериментов зарубежных авторов и собственных исследований по установлению ДНК-маркеров для изучения генетического полиморфизма селекционного материала сахарной свеклы, подбора родительских пар для гибридизации; идентификации генов устойчивости к цветушности; отбора селекционного материала, с генами устойчивости к биотическим (фузариоз, нематоды, ризомания) и абиотическим стрессорам (засоление/засуха, тяжелые металлы). Во ВНИИСС им. А. Л. Мазлумова в настоящее время проводятся масштабные исследования по использованию молекулярно-генетических маркеров в селекционном процессе сахарной свеклы. Использование молекулярных маркеров является одним из основных методов в селекции растений благодаря повсеместному распределению их по геному и практической универсальности применения. В статье рассматривается целесообразность использования актуальных методов анализа генома сахарной свёклы с применением ДНК-маркеров в селекционном процессе. Научная новизна состоит в оценке современного состояния молекулярно-генетических исследований по Beta vulgaris L. в РФ и за рубежом и использовании их в селекционном процессе культуры.
сахарная свекла, маркер-опосредованная селекция, цитоплазматическая мужская стерильность, SSR-локусы, ПЦР-анализ, SNP, праймеры, гибриды
1. Корниенко А. В., Буторина А. К. Генетика и селекция сахарной свеклы Beta vulgaris L. Воронеж: Воронежский ЦНТИ, 2012. 391 с.
2. Федулова Т. П., Федорин Д. Н. Использование ПЦР-анализа для выявления генетического полиморфизма сортотипов свеклы корнеплодной Вeta vulgaris L. // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2012. № 3 (122). С. 94-99.
3. Хлесткина Е. К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17. № 4 (2). С. 1044-1054
4. Smulders M., Esselink G., Danny G., Riek J., Vosman B. Characterisation of sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) varieties using microsatellite markers // BMC Genetics. 2010. No. 11. Article number 41. DOI:https://doi.org/10.1186/1471-2156-11-41.
5. Simko I., Eujayl I., van Hintum T. J. Empirical evaluation of DArT, SNP, and SSR marker-systems for genotyping, clustering, and assigning sugar beet hybrid varieties into populations // Plant Science. 2012. No. 184. Pp. 54-62. DOI:https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.12.009.
6. Чесноков Ю. В. Генетические маркеры: сравнительная классификация молекулярных маркеров // Овощи России. 2018. № 3 (41). С. 11-15.
7. Канукова К. Р., Газаев И. Х., Сабанчиева Л. К., Боготова З. И., Аппаев С. П. ДНК-маркеры в растениеводстве // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2019. № 6 (92). С. 221-232.
8. Sandhu K., Sarao K., Meenakhsi G., Uppal S., Pritpal S., Satveer K., Jaspreet K. Profiling of sugar beet genotypes for agronomical, sugar quality and forage traits and their genetic diversity analysis using SSR markers // Electronic Journal of Plant Breeding. 2016. No. 7. Pp. 253-266. DOI:https://doi.org/10.5958/0975-928X.2016.00033.8.
9. Taheri S., Abdullah L., Yusop M., Hanafi M., Sahebi M., Azizi P., Shamshiri R. Mining and Development of Novel SSR Markers Using Next Generation Sequencing (NGS) Data in Plants // Molecules. 2018. No. 23. Article number 399. DOI:https://doi.org/10.3390/molecules23020399.
10. Spadoni A., Sion S., Gadaleta S., Savoia M., Piarulli L., Fanelli V., Rienzo V., Taranto F., Miazzi M., Montemurro C., Sabetta W. A Simple and Rapid Method for Genomic DNA Extraction and Microsatellite Analysis in Tree Plants // Journal of Agricultural Science and Technology. 2019. No. 21 (5). Pp. 1215-1226.
11. Кляченко О. Л., Присяжнюк Л. М. Изучение аллельного состояния микросателлитных локусов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) [Электронный ресурс] // Живые и биокосные системы. 2014. № 8 (5). URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-8/article-5 (дата обращения: 20.02.2022).
12. Holtgräwe D., Rosleff Th., Vieho P., Schneider J., Schulz B., Borchardt D., Kraft Th., Himmelbauer H., Weisshaar B. Polymorphisms and Their Application for Extending the Genetic Map of Sugar Beet (Beta vulgaris) // PLOS ONE. 2014. No. 9 (10). Pp. 1-10. DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110113.
13. Dohm J. C, Minoche A. E, Holtgrawe D., Capella-Gutierrez S., Zakrzewski F. The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris) // Nature. 2014. No. 505. Pp. 546-549. DOI:https://doi.org/10.1038/nature12817.
14. Broccanello Ch., Chiodi C., Funk A., Mitchell McGrath J., Panella L., Stevanato P. Comparison of three PCR-based assays for SNP genotyping in plants // Plant Methods. 2018. No. 14. Article number 28. DOI:https://doi.org/10.1186/s13007-018-0295-6.
15. Abegg F. A. A genetic factor for the annual habit in beets and linkage relationship // Journal of Agricultural Research. 1936. No. 53. Pp. 493-511.
16. Tränkner C., Lemnian I. M., Emrani N., Pfeiffer N., Tiwari S. P., Kopisch-Obuch F. J. A detailed analysis of the BR1 locus suggests a new mechanism for bolting after winter in sugar beet (Beta vulgaris L.) // Frontiers in Plant Science. 2016. No. 7. Article number 1662. DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01662.
17. Höft N., Dally N., Hasler M., Jung Ch. Haplotype Variation of Flowering Time Genes of Sugar Beet and Its Wild Relatives and the Impact on Life Cycle Regimes // Frontiers in Plant Science. 2018. No. 8. Article number 2211. DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02211.
18. Hanson L., Lucchi De Ch., Stevanato P., McGrath M., Panella L., Sella L., Biaggi De M., Concheri G. Root rot symptoms in sugar beet lines caused by Fusarium oxysporum f. sp. Betae // European Journal of Plant Pathology. 2018. No. 150. Pp. 589-593. DOI:https://doi.org/10.1007/s10658-017-1302-x.
19. De Lucchi Ch., Stevanato P., Hanson L., McGrath J., Panella L., De Biaggi M., Broccanello C., Bertaggia M., Sella L., Concheri G. Molecular markers for improving control of soil-borne pathogen Fusarium oxysporum in sugar beet // Euphytica. 2017. No. 213 (3). Article number 71. DOI:https://doi.org/10.1007/s10681-017-1859-7.
20. Nagpure A., Choudhary B., Gupta R. Chitinases: in agriculture and human healthcare // Critical Reviews in Biotechnology. 2014. No. 34 (3). Pp. 215-232. DOI:https://doi.org/10.3109/07388551.2013.790874.
21. Yerzhebayeva R., Abekova A., Konysbekov K., Bastaubayeva Sh., Kabdrahkmanova A., Absattrova A., Shavrukov Y. Two sugar beet chitinase genes, BvSP2 and BvSE2, analysed with SNP Amplifluor-like markers, are highly expressed after Fusarium root rot inoculation and field susceptibility trial // PeerJ. 2018. No. 6. Pp. 2-19. DOI:https://doi.org/10.7717/peerj.5127.
22. Налбандян А. А., Федулова Т. П., Голева Г. Г. ПЦР-идентификация гена устойчивости R6m-1 к корневым нематодам сахарной свеклы // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2018. No. 2 (57). Pp. 43-48.
23. Weiland J., Yu M. A Cleaved Amplified Polimorphic Sequence (CAPS) Marker Associated with Root-Knot Nematode Resistance in Sugar beet // Crop Science. 2003. No. 43. Pp. 1814-1818. DOI:https://doi.org/10.2135/cropsci2003.1814.
24. Bakooie M., Pourjam E., Mahmoudi S., Safaie N., Naderpour M. Development of an SNP Marker for Sugar Beet Resistance/Susceptible Genotyping to Root-Knot Nematode // Journal of Agricultural Science and Technology. 2015. No. 17. Pp. 443-454.
25. Ghaemir R., Pourjam E., Safaie N. Molecular insights into the compatible and incompatible interactions between sugar beet and the beet cyst nematode // BMC Plant Biology. 2020. No. 20. Article number 483. DOI:https://doi.org/10.1186/s12870-020-02706-8.
26. Norouzi P, Stevanato P., Mahmoudi S., Fasahat P., Biancardi E. Molecular Progress in Sugar Beet Breeding for Resistance to Biotic Stresses in Sub-Arid Conditions-Current Status and Perspectives // Journal of Crop Science and Biotechnology. 2017. No. 20 (2). Pp. 99-105. DOI:https://doi.org/10.1007/s12892-016-0090-0.
27. Tamada T., Schmitt C., Saito M., Guilley H., Richards K., Jonard G. High resolution analysis of the read through domain of beet necrotic yellow vein virus read through protein: a KTER motif is important for efficient transmission of the virus by Polymyxa betae // Journal of General Virology. 1996. No. 77. Pp. 1359-1367.
28. Tamada T., Uchino Y., Kusume T., Iketani-Saito M., Chiba S., Andika I., Kondo H. Pathogenetic roles of beet necrotic yellow vein virus RNA5 in the exacerbation of symptoms and yield reduction, development of scab-like symptoms, and Rz1-resistance breaking in sugar beet // Plant Pathology. 2021. No. 70. Pp. 219-232. DOI:https://doi.org/10.1111/ppa.13266.
29. Biancardi E., Lewellen R., Biaggi M., Erichsen A., Stevanato P. The origin of rhizomania resistance in sugar beet // Euphytica. 2002. No. 127. Pp. 383-397.
30. Stevanato P., Biaggi M., Broccanello Ch., Biancardi E., Saccomani M. Molecular genotyping of “Rizor” and “Holly” rhizomania resistances in sugar beet // Euphytica. 2015. No. 206. Pp. 427-431. DOI:https://doi.org/10.1007/s10681-015-1503-3.
31. Litwiniec A., Gośka M., Choińska B., Kużdowicz M., Łukanowski A., Skibowska B. Evaluation of rhizomania-resistance segregating sequences and overall genetic diversity pattern among selected accessions of Beta and Patellifolia. Potential implications of breeding for genetic bottlenecks in terms of rhizomania resistance // Euphytica. 2016. No. 207. Pp. 685-706. DOI:https://doi.org/10.1007/s10681-015-1570-5.
32. Amiri R., Mesbah M., Moghaddam M., Bihamta S., Mohammadi A., Norouzi P. A new RAPD marker for beet necrotic yellow vein virus resistance gene in Beta vulgaris // Biologia Plantarum. 2009. No. 53. Pp. 112-119.
33. Feghhi A., Norouzi P., Saidi A., Zamani K., Amiri R. Identification of SCAR and RAPD markers linked to Rz1 gene in Holly sugar beet using BSA and two genetic distance estimation methods [e-resource] // Electronic Journal of Plant Breeding. 2012. No. 3 (1). Pp. 598-605. URL: https://doaj.org/article/205c7ea5994542b287c276aef860c828 (date of reference: 20.02.2022).
34. Litwiniec A., Łukanowski A., Gośka M. RNA silencing mechanisms are responsible for outstanding resistance of some wild beets against rhizomania. A preliminary evidence-based hypothesis // Journal of Animal and Plant Sciences. 2014. No. 21. Pp. 3273-3292.
35. Jin H., Dong D., Yang Q., Zhu D. Salt-responsive transcriptome profiling of suaeda glauca via RNA sequencing // PLOS ONE. 2016. No. 11. Article number 0150504. DOIhttps://doi.org/10.1371/journal.pone.0150504.
36. Ali Sh., Rizwan M., Qayyum M., Sik-Ok Y., Ibrahim M., Riaz M., Arif M., Hafeez F., Al-Wabel M., Shahzad A. Biochar soil amendment on alleviation of drought and salt stress in plants: a critical review // Environmental Science and Pollution Research. 2017. No. 24. Pp. 12700-12712. DOI:https://doi.org/10.1007/s11356-017-8904-x.
37. Wedeking R., Mahlein A.-K., Steiner U., Oerke E.-C., Goldbach H. E., Wimmer M. A. Osmotic adjustment of young sugar beets (Beta vulgaris) under progressive drought stress and subsequent rewatering assessed by metabolite analysis and infrared thermography // Functional Plant Biology. 2017. No. 44. Pp. 119-133. DOI:https://doi.org/10.1071/FP16112.
38. Geng G., Chunhua L., Stevanato P., Li R., Liu H., Yu L., Wang Y. Transcriptome Analysis of Salt-Sensitive and Tolerant Genotypes Reveals Salt-Tolerance Metabolic Pathways in Sugar Beet // International Journal of Molecular Sciences. 2019. No. 20 (23). Article number 5910. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms20235910.
39. Rodríguez-Rosales M., Gálvez F., Huertas R., Aranda M., Baghour M., Cagnac O., Venema K. Plant NHX cation/proton antiporters // Plant Signaling & Behavior. 2009. No. 4 (4). Pp. 265-276. DOI:https://doi.org/10.4161/psb.4.4.7919.
40. Adler G., Blumwald E., Bar-Zvi D. The sugar beet gene encoding the sodium/proton exchanger 1 (BvNHX1) is regulated by a MYB transcription factor // Planta. 2010. No. 232. Pp. 187-195. DOI:https://doi.org/10.1007/s00425-010-1160-7.
41. Gui G., Chunhua L., Stevanato P., Li R., Liu H., Yu L., Wang Y. Transcriptome Analysis of Salt-Sensitive and Tolerant Genotypes Reveals Salt-Tolerance Metabolic Pathways in Sugar Beet // International Journal of Molecular Sciences. 2019. No. 20 (23). Article number 5910. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms20235910.
42. Liu L., Wang B., Liu D., Zou Ch., Wu P., Wang Z., Wang Y., Li C. Transcriptomic and metabolomic analyses reveal mechanisms of adaptation to salinity in which carbon and nitrogen metabolism is altered in sugar beet roots // BMC Plant Biology. 2020. No. 20. Article number 138. DOI:https://doi.org/10.1186/s12870-020-02349-9.
43. Erbasol I., Ozan Bozdag G., Koc A., Pedas P., Karakaya H. Characterization of two genes encoding metal tolerance proteins from Beta vulgaris subspecies maritima that confers manganese tolerance in yeast // Biometals Springer. 2013. No. 26. Pp. 795-804. DOI:https://doi.org/10.1007/s10534-013-9658-7.
44. Ricachenevsky F., Menguer P., Sperotto R., Williams L., Fett J. Roles of plant metal tolerance proteins (MTP) in metal storage and potential use in biofortification strategies // Frontiers in Plant Science. 2013. No. 4. Article number 144. DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00144.
45. Viehweger K. How plants cope with heavy metals // Botanical Studies. 2014. No. 55. Article number 35. DOI:https://doi.org/10.1186/1999-3110-55-35.
46. Ошевнев В. П., Грибанова Н. П., Васильченко Е. Н., Бердников Р. В. Стабилизация признака односемянности при создании компонентов гибридов сахарной свеклы // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. № 20 (2). С. 186-191.
47. Hemayati S., Taleghani D., Shahmoradi Sh. Effects of steckling weight and planting density on sugar beet (Beta vulgaris L.) monogerm seed yield and qualitative traits // Pakistan Journal of Biological Sciences. 2008. No. 11 (2). Pp. 226-231. DOI:https://doi.org/10.3923/pjbs.2008.226.231.
48. Amiri R., Sarafraz E., Sadat Noori S., Norouzi P., Seyedmohammadi N. A new molecular marker linked to gene for monogermity in sugar beet (Beta vulgaris L.) // Romanian Agricultural Research. 2011. No. 28. Pp. 95-101.
49. Брагин А. Г., Иванов М. К., Федосеева Л. А., Дымшиц Г. М. Анализ гетероплазматического состояния митохондриальной ДНК фертильных и мужскостерильных растений сахарной свеклы (Beta vulgaris) // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2011. № 15 (3). С. 585-590.
50. Федулова Т. П., Налбандян А. А., Дуванова Т. Н. Скрининг исходных материалов сахарной свёклы на наличие минисателлитных локусов TRs, связанных с ЦМС // Сахар. 2022. № 3. С. 38-42. DOI:https://doi.org/10.24412/2413-5518-2022-3-38-41.
51. Nishizawa S., Kubo T., Mikami T. Variable number of tandem repeat loci in the mitochondrial genomes of beets // Current Genetics. 2000. No. 37. Pp. 34-38. DOI:https://doi.org/10.1007/s002940050005.
52. Xia H., Zhao W., Shi Y., Wang X., Wang B. Microhomologies Are Associated with Tandem Duplications and Structural Variation in Plant Mitochondrial Genomes // Genome Biology and Evolution. 2020. No. 12 (11). Pp. 1965-1974. DOI:https://doi.org/10.1093/gbe/evaa/172.
53. Хуссейн А. С., Налбандян А. А., Федулова Т. П., Черепухина И. В., Крюкова Т. И., Михеева Н. Р., Руденко Т. С.. Новые полиморфизмы в гене BTC1 сахарной свеклы // Биотехнология. 2020. № 36 (6). С. 66-71. DOI:https://doi.org/10.21519/0234-2758-2020-36-6-66-71.
54. Хуссейн А. С., Михеева Н. Р., Налбандян А. А., Черкасова Н. Н. Скрининг растений-регенерантов сахарной свёклы на наличие гена устойчивости к тяжелым металлам MTP4 // Биотехнология. 2021. № 37 (4). С. 14-19. DOI:https://doi.org/10.21519/0234-2758-2021-37-4-14-19.
55. Налбандян А. А., Хуссейн А. С., Федулова Т. П., Руденко Т. С., Михеева Н. Р., Селиванова Г. А. Изучение гена кислой хитиназы SE2 в генотипах сахарной свеклы // Аграрная наука. 2021. № 348 (4). С. 88-90. DOI:https://doi.org/10.32634/0869-8155-2021-348-4-88-90.
56. Nalbandyan A. A., Hussein A. S., Fedulova T. P., Cherepukhina I. V., Kryukova T. I., Rudenko T. S., Mikheeva N. R., Moiseenko A. V. Differentiation of Sugar Beet Varieties Using SSR Markers: A Tool to Create Promising Hybrids // Russian Agricultural Sciences. 2020. No. 46 (5). Pp. 442-446. DOI:https://doi.org/10.3103/S1068367420050146.
57. Хуссейн А. С., Налбандян А. А., Федулова Т. П., Крюкова Т. И., Фомина А. С., Моисеенко А. В. Нуклеотидные замены в гене устойчивости к галловым нематодам сахарной свеклы // Аграрная наука. 2022; № 355 (1). С. 110-113. DOI:https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-355-1-110-113.
