vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2021-66-2-215-222vestib-747Research ArticleСтатьиИзучение генофонда озимой ржи Secale cereale L. Республики Беларусь с применением микросателлитных маркеровStudy of the gene pool of the winter rye Secale cereale L. of the Republic of Belarus using microsatellite markershttps://orcid.org/0000-0001-8674-4905МандрусоваВ. С.MandrusovaV. S.

Мандрусова Виктория Сергеевна, мл. науч. cотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Victoria S. Mandrusova, Junior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

shinkorenko.vika@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1502-303XГордейИ. С.GordejI. S.

Гордей Игорь Станиславович, канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Igor S. Gordej, Ph. D. (Biol.), Senior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

I_Gordej777@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7243-6028ЛюсиковО. М.LyusikovO. M.

Люсиков Олег Михайлович, науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Oleg M. Lyusikov, Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

O.Lyusikov@igc.byhttps://orcid.org/0000-0002-4741-5823ШимкоВ. Е.ShimkoV. E.

Шимко Виктория Евгеньевна, науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Victoria E. Shimko, Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

shymko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8285-1583ГордейИ. А.GordejI. A.

Гордей Иван Андреевич, д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Ivan A. Gordej, D. Sc. (Biol.), Professor, Chief Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

I.Gordej@igc.byИнститут генетики и цитологии НАН БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus202111052021662215222Copyright © Мандрусова В.С., Гордей И.С., Люсиков О.М., Шимко В.Е., Гордей И.А., 20212021Мандрусова В.С., Гордей И.С., Люсиков О.М., Шимко В.Е., Гордей И.А.Mandrusova V.S., Gordej I.S., Lyusikov O.M., Shimko V.E., Gordej I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/747

В настоящей работе с использованием 15 микросателлитных (SSR) маркеров исследовано генетическое разнообразие современного генофонда селекционных образцов озимой ржи (S. cereale L.) Республики Беларусь с целью разработки дивергентных комбинаций скрещивания при селекции на гетерозис. Показано, что сформированный набор SSR-маркеров высокоэффективен ‒ индекс информативности (PIC) варьировался от 0,50 до 0,83 и составил в среднем 0,72. Выявлены наиболее эффективные микросателлитные маркеры (SCM28, SCM43, SCM101 и SCM102), которые могут успешно использоваться для изучения генетического разнообразия ржи. Установлено, что современный генофонд озимой ржи Республики Беларусь характеризуется широким генетическим разнообразием (межпопуляционной изменчивостью) – все коллекционные образцы имеют уникальный аллельный состав изученных микросателлитных локусов. На основе результатов исследований построена дендрограмма иерархической кластеризации, позволившая определить наиболее генетически дивергентные комбинации скрещиваний. Полученные данные могут быть использованы в практической селекции ржи на гетерозис для разработки эффективной схемы создания новых сортов и гибридов.

In this work, the genetic diversity of the modern gene pool of the winter rye (S. cereal L.) of the Republic of Belarus from 20 actual breeding samples was investigated using 15 microsatellite (SSR) markers to develop divergent crossing combinations in breeding for heterosis. It was shown that the formed set of SSR markers is highly effective – the informational content index (PIC) varied from 0.50 to 0.83 and averaged 0.72. The most effective microsatellite markers (SCM28, SCM43, SCM101 and SCM102) were identified and can be successfully used to study the genetic diversity of rye. It has been established that the modern gene pool of the winter rye of the Republic of Belarus is generally characterized by fairly wide genetic diversity (interpopulation variability) – all collection samples are characterized by a unique allelic composition of the studied microsatellite loci. Based on investigation results, a hierarchical clustering dendrogram was constructed, which made it possible to determine the most genetically divergent combinations of crosses. The information obtained can be used for the development of an effective scheme allowing to develop new varieties and hybrids in the practical breeding of rye for heterosis.

рожьмикросателлитные маркерыгенетическое разнообразиеаллельдивергентностьryemicrosatellite markersgenetic diversityalleledivergenceReferencesУрбан, Э. П. Озимая рожь в Беларуси: селекция, семеноводство, технология возделывания / Э. П. Урбан. – Минск : Беларус. навука, 2009. – 269 с.Urban E. P. Winter rye in Belarus: selection, seed production, cultivation technology. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2009. 269 p. (in Russian).Кобылянский, В. Д. Теоретические основы селекции зернофуражной ржи с низким содержанием водорастворимых пентозанов / В. Д. Кобылянский, О. В. Солодухина // Сельскохозяйств. биология. – 2013. – № 2. – С. 31–39.Kobylyanskii V. D., Solodukhina O. V. The theoretical basis of grain fodder rye breeding for low water soluble pentosans. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural biology], 2013, no. 2, pp. 31–39 (in Russian).Гончаренко, А. А. Новые направления в селекции озимой ржи на целевое использование / А. А. Гончаренко // Зернобобовые и крупяные культуры. – 2016. – T. 2, № 18. – С. 25–32.Goncharenko A. A. New directions in selection of a winter rye on target use. Zernobobovye i krupyanye kul’tury [Legumes and groat crops], 2016, vol. 2, no. 18, pp. 25–32 (in Russian).Привалов, Ф. И. Достижения и проблемы селекции высокопродуктивных сельскохозяйственных культур в Республике Беларусь / Ф. И. Привалов, Э. П. Урбан // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. aграр. навук. – 2016. – № 3. – С. 41–49.Privalov F. I., Urban E. P. Achievements and problems of high yield crops breeding in the Republic of Belarus. Vestsі Natsyyanal’nai akademіі navuk Belarusi. Seryya agrarnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian series, 2016, no. 3, pp. 41–49 (in Russian).Шлегель, Р. Селекция гибридных форм как стимул развития молекулярно-генетических исследований у ржи / Р. Шлегель // Вавилов. журн. генетики и селекции. – 2015. – Т. 19, № 5. – С. 589–603.Shlegel’ R. Hybrid breeding boosted molecular genetics in rye. Vavilovskіi zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2015, vol. 19, no. 5, pp. 589–603 (in Russian).Леонова, И. Н. Молекулярные маркеры: использование в селекции зерновых культур для идентификации, интрогрессии и пирамидирования генов / И. Н. Леонова // Вавилов. журн. генетики и селекции. – 2013. – Т. 17, № 2. – С. 314–325.Leonova I. N. Molecular markers: implementation in crop plant breeding for identification, introgression, and gene pyramiding. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013, vol. 17, no. 2, pp. 314– 325 (in Russian).Chikmawati, T. Rye (Secale cereale L.) and wheat (Triticum aestivum L.) simple sequence repeat variation within Secale spp. (Poaceae) / T. Chikmawati, J. Miftahudin, J. P. Gustafson // HAYATI J. Biosci. – 2013. – Vol. 20, N 4. – P. 163–170. https://doi.org/10.4308/hjb.20.4.163Chikmawati T., Miftahudin J., Gustafson J. P. Rye (Secale cereale L.) and wheat (Triticum aestivum L.) simple sequence repeat variation within Secale spp. (Poaceae). HAYATI Journal of Biosciences, 2013, vol. 20, no. 4, pp. 163–170. https://doi.org/10.4308/hjb.20.4.163Генотипирование сортов мягкой пшеницы разных регионов России / И. Г. Адонина [и др.] // Вавилов. журн. генетики и селекции. – 2016. – Т. 20, № 1. – С. 44–50.Adonina I. G., Leonova I. N., Badaeva E. D., Salina E. A. Genotyping of hexaploid wheat varieties from different Russian regions. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2016, vol. 20, no. 1, pp. 44–50 (in Russian).Информативные EST-SSR-маркеры для типирования и внутривидовой дифференциации Brassica oleracea var. capitata L. / М. Н. Шаптуренко [и др.] // Вавилов. журн. генетики и селекции. – 2016. – Т. 20, № 1. – С. 51–56.Shapturenko M. N., Pechkovskaya T. V., Vakula S. I., Yakimovich A. V., Zabara Yu. M., Khotyleva L. V. Informative EST-SSR markers for genotyping and intraspecific differentiation of Brassica oleracea var. capitata L. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2016, vol. 20, no. 1, pp. 51–56 (in Russian).Genetic diversity and phylogenetic relationships in the rye genus Secale L. (rye) based on Secale cereale microsatellite markers / H. I. Shang [et al.] // Genet. Mol. Biol. – 2006. – Vol. 29, N 4. – P. 685–691. https://doi.org/10.1590/S1415-47572006000400018Shang H.-I., Wei Y.-M., Wang X.-R., Zheng Y.-L. Genetic diversity and phylogenetic relationships in the rye genus Secale L. (rye) based on Secale cereale microsatellite markers. Genetics and Molecular Biology, 2006, vol. 29, no. 4, pp. 685– 691. https://doi.org/10.1590/S1415-47572006000400018Targońska, M. Assessment of genetic diversity in secale cereale based on ssr markers / M. Targońska, H. BolibokBrągoszewska, M. Rakoczy-Trojanowska // Plant Mol. Biol. Rep. – 2016. – Vol. 34, N 1. – P. 37–51. https://doi.org/10.1007/s11105-015-0896-4Targońska M., Bolibok-Brągoszewska H., Rakoczy-Trojanowska M. Assessment of genetic diversity in secale cereale based on SSR markers. Plant Molecular Biology Reporter, 2016, vol. 34, no. 1, pp. 37–51. https://doi.org/10.1007/s11105-015-0896-4Saal, B. Development of simple sequence repeat markers in rye (Secale cereale L.) / B. Saal, G. Wricke // Genome. – 1999. – Vol. 42, N 5. – P. 964–972. https://doi.org/10.1139/g99-052Saal B., Wricke G. Development of simple sequence repeat markers in rye (Secale cereale L.). Genome, 1999, vol. 42, no. 5, pp. 964–972. https://doi.org/10.1139/g99-052Падутов, В. Е. Методы молекулярно-генетического анализа / В. Е. Падутов, О. Ю. Баранов, Е. В. Воропаев. – Минск : Юнипол, 2007. – 176 с.Padutov V. E., Baranov O. Yu., Voropaev E. V. Molecular genetic analysis methods. Minsk, Yunipol Publ., 2007. 176 p. (in Russian).Чесноков, Ю. В. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия / Ю. В. Чесноков, А. М. Артемьева // Сельскохозяйств. биология. – 2015. – Т. 50, № 5. – С. 571–578.Chesnokov Yu. V., Artem’eva A. M. Evaluation of the measure of polymorphism information of genetic diversity. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya = Agricultural biology, 2015, vol. 50, no. 5, pp. 571–578 (in Russian).Perrier, X. Darwin software (2006) [Electronic resource] / X. Perrier, J. P. Jacquemoud-Collet. – Mode of access: http://darwin.cirad.fr/darwin. – Date of access: 19.02.2020.Perrier X., Jacquemoud-Collet J. P. Darwin software (2006). Available at: http://darwin.cirad.fr/darwin (accessed 19.02.2020).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.