Ученые ВИР запатентовали ДНК-маркер, который ускорит селекцию сорго

В связи с изменением климата интерес к сорго как ценной кормовой, пищевой и технической культуре в России неуклонно возрастает. Зерновое сорго используют в пищу и на корм скоту. Из травянистого сорго (суданской травы) получают силос, а из стеблей сахарного сорго производят сироп, патоку, спирт и другие продукты.

Ведущей стратегией селекции сорго является создание гибридов путем скрещивания двух генетически разных родительских линий. Их потомство (гибриды) проявляют гетерозис, т.е. характеризуются более высокой жизнеспособностью и продуктивностью, чем родительские линии (гибридная сила). Но этот эффект (гетерозис) сохраняется только в течение одного поколения.

В семеноводстве гибридов многих культур, включая сорго, для получения гибридных семян путем контролируемого опыления используют материнские линии (А), обладающие цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС). Стерильные линии не продуцируют пыльцу, и их размножают путем скрещивания с фертильной линией-аналогом (В), имеющей идентичный набор ядерных генов, но обладающих фертильным типом цитоплазмы. Гибридизацию с отцовской линией (R) проводят при свободном цветении, поскольку линия А не продуцирует пыльцу.

Чтобы полученные гибриды завязали семена, растения отцовской линии должны передать в генотип гибрида (F1) гены восстановления фертильности (Rf), подавляющие эффект ЦМС.

Ученые ВИР им. Н.И. Вавилова выявили и запатентовали ДНК-маркер, с помощью которого можно гораздо быстрее отбирать растения с требуемыми характеристиками, а именно - идентифицировать носителей гена Rf2 - восстановителя фертильности для ЦМС типа А1 (milo).

«С помощью маркера идентификация гена ускоряется во много раз и может быть осуществлена уже в двухнедельный срок. Тогда как в обычном режиме необходимы два сезона вегетации (2 года) для выполнения скрещиваний и оценки наличия признака в первом гибридном поколении», - рассказывает ведущий научный сотрудник отдела генетики ВИР Ирина Анисимова.

В разработке патента приняли участие сотрудники отдела генетики ВИР им. Н.И. Вавилова Наталья Алпатьева, Ирина Анисимова и Евгений Радченко. Настоящая разработка является результатом многолетних исследований. Сотрудниками созданы гомозиготные линии сорго, различающиеся по способности к восстановлению фертильности пыльцы (Радченко и др., 2006, 2014); идентифицирован предполагаемый ген-кандидат в локусе Rf2 и выявлен полиморфизм фрагментов нуклеотидных последовательностей у носителей доминантного и рецессивного аллелей (Анисимова и др., 2017); охарактеризована вариантная последовательность, ассоциированная с доминантным аллелем Rf2 и разработан способ ее идентификации (Радченко и др., 2021).

«Разработанный нами маркер, названный CAPS-572, был валидирован на образцах сорго из коллекции ВИР. Мы исследовали 20 линий, отобранных по устойчивости к обыкновенной злаковой тле (Schizaphis graminum Rondani) из образцов хлебного сорго и показали, что маркерный фрагмент характерен для линий восстановителей фертильности пыльцы, но не обнаруживается у стерильных линий и линий закрепителей стерильности. Кроме того, мы показали, что с помощью маркера можно идентифицировать гибриды F1, несущие ген Rf2, который они получили от отцовского родителя», – дополнила Ирина Анисимова.

В настоящее время команда отдела генетики работает в рамках проекта НЦМУ «Агротехнологии будущего» (совместно с отделом генетических ресурсов масличных и прядильных культур ВИР) над созданием молекулярных маркеров для выявления мутаций в генах синтеза и сигналинга растительных гормонов гиббереллинов, которые ассоциированы с карликовостью у подсолнечника. В отделе также ведется интенсивная работа по выявлению генов, обусловливающих адаптивность и качество продукции растений.

Публикации по теме:

Радченко Е.Е., Алпатьева Н.В., Карабицина Ю.И., Рязанова М.К., Кузнецова Е.Б., Романова О.И., Анисимова И.Н. Разработка и валидация CAPS-маркера, ассоциированного с геном Rf2 у сорго Sorghum bicolor (L.) Moench. Биотехнология и селекция растений. 2021. Т. 4. № 2. С. 38-47. DOI:10.30901/2658-6266-2021-2-o4

Анисимова И.Н., Рябова Д.Н., Малиновская Е.В., Алпатьева Н.В., Карабицина Ю.И., Радченко Е.Е. Полиморфизм зернового сорго по признакам, ассоциированным с генетической системой ЦМС-Rf. Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 5. С. 952-963. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.952rus

Радченко Е.Е., Кузнецова Т.Л., Малиновская Е.В. Доноры эффективных генов устойчивости сорго к обыкновенной злаковой тле для селекции в Краснодарском крае. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2014. Т. 175. Вып. 4. С. 102-109.

Радченко Е.Е. Наследование устойчивости образцов зернового сорго и суданской травы к обыкновенной злаковой тле. Генетика. 2006. Т. 42. № 1. С. 65-70.

Источник фото: Ирина Анисимова, ВИР

Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром "Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова"