Генетическое разнообразие деревьев яблони старого плодового сада Центрального ботанического сада НАН Беларуси

На основе секвенированной последовательности генома яблони сорта Golden Delicious, нуклеотидная последовательность которого находится в базе данных GenBank, in silico был проведен дизайн молекулярных маркеров SSR типа, которые ограничивают область тетра- и гексануклеотидных повторов. Отобраны наиболее информативные из них, которые показали четкие пики на капиллярном электрофорезе и позволили выявить высокий уровень полиморфизма отдельных областей генома яблони. Разработанные SSR-маркеры можно эффективно использовать для оценки генетического разнообразия и ДНК-идентификации сортов яблони, установления сортового соответствия. Данные маркеры были применены для анализа генетического разнообразия деревьев яблони старого плодового сада Центрального ботанического сада (ЦБС) НАН Беларуси, посадка деревьев в котором осуществлялась с 1932 по 1940 г. Показано, что растущие в саду деревья генетически близки как к старинным местным сортам, так и к отдельным иностранным. Установлено, что среди деревьев старого плодового сада ЦБС НАН Беларуси представлены такие сорта, как Антоновка обыкновенная, Минское, Папировка, Уэлси, Мельба, Богатырь. Полученные результаты будут использованы для сохранения генетических ресурсов ценной для страны плодовой культуры, которой является яблоня, а также для разработки дизайн-проекта новой коллекции-экспозиции плодовых растений при реконструкции участка старых насаждений.

1. Урбанович, О. Ю. Молекулярные методы идентификации и генотипирования яблони и груши / О. Ю. Урбанович. ‒ Минск: Право и экономика, 2013. – 208 с.

2. Genetic identity and diversity of apple accessions within a candidate collection for the Norwegian National Clonal Germplasm Repository / M. Meland [et al.] // Horticulturae. – 2022. – Vol. 8, N 7. – P. 630. https://doi.org/10.3390/ horticulturae8070630

3. Урбанович, О. Ю. Паспортизация сортов яблони на основе SSR-маркеров / О. Ю. Урбанович, З. А. Козловская, Н. А. Картель // Докл. НАН Беларуси. – 2008. – Т. 52, № 5. – С. 93‒99.

4. Урбанович, О. Ю. Методические рекомендации по идентификации и паспортизации сортов яблони и груши на основе ДНК-маркеров / О. Ю. Урбанович, З. А. Козловская, Н. А. Картель. – Минск: Право и эконоимка, 2011. – 31 с.

5. SSR analysis based on molecular characterisation of apple germplasm in Lithuania / I. B. Mažeikienė [et al.] // Zemdirbyste = Agriculture. – 2019. – Vol. 106, N 2. – P. 159‒166. https://doi.org/10.13080/z-a.2019.106.021

6. Development and characterization of 140 new microsatellites in apple (Malus × domestica Borkh.) / R. Liebhard [et al.] // Mol. Breed. – 2002. – Vol. 10, N 4. – P. 217‒241. https://doi.org/10.1023/A:1020525906332

7. Development of SSR databases available for both NGS and capillary electrophoresis in apple, pear and tea / S. Nishio [et al.] // Plants. – 2021. – Vol. 10, N 12. – P. 2796. https://doi.org/10.3390/plants10122796

8. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit / K. Okonechnikov [et al.] // Bioinformatics. – 2012. – Vol. 28, N 8. – P. 1166‒1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091

9. Nei, M. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases / M. Nei, W. H. Li // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1979. – Vol. 76, N 10. – P. 5269–5273. https://doi.org/ 10.1073/pnas.76.10.5269

10. Wright, S. The interpretation of population structure by F-statistics with special regard to systems of mating / S. Wright // Evolution. – 1965. – Vol. 19, N 3. – P. 395–420. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1965.tb01731.x

11. Kloosterman, A. D. PCR-amplification and detection of the human DIS80 VNTR locus. Amplification condition, population genetics and application in forensic analysis / A. D. Kloosterman, B. Budowle, P. Daselaar // Int. J. Leg. Med. – 1993. – Vol. 105, N 5. – P. 257‒264. https://doi.org/10.1007/BF01370382

12. Pritchard, J. K. Inference of population structure using multilocus genotype data / J. K. Pritchard, M. Stephens, P. Donnelly // Genetics. – 2000. – Vol. 155, N 2. – P. 945‒959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945

13. Earl, D. A. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method / D. A. Earl, B. M. Vonholdt // Cons. Genet. Res. – 2011. – Vol. 4, N 2. – P. 359‒361. https://doi.org/10.1007/ s12686-011-9548-7

14. Evanno, G. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study / G. Evanno, S. Regnaut, J. Goudet // Mol. Ecol. – 2005. – Vol. 14, N 8. – P. 2611‒2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x

15. Characterization of microsatellite loci in apple (Malus × domestica Borkh.) cultivars / S. Sikorskaite [et al.] // Žemdirbystė = Agriculture. – 2012. – Vol. 99, N 2. – P. 131‒138.

16. Genetic diversity and population structure in Malus sieversii, a wild progenitor species of domesticated apple / C. M. Richards [et al.] // Tree Genet. and Genom. – 2009. – Vol. 6, N 2. – P. 339‒347. https://doi.org/10.1007/s11295-008-0190-9

17. Urbanovich, O. Y. Identification of apple tree cultivars growing in Belarus using SSR-markers / O. Y. Urbanovich, Z. A. Kazlovskaya // Acta Hortic. – 2009. – Vol. 839. – P. 479‒486. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2009.839.65

18. Genetic characterization of the apple germplasm collection in Central Italy: the value of local varieties / G. Marconi [et al.] // Front Plant Sci. – 2018. – Vol. 9. – Art. 1460. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01460

19. A new one-tube reaction kit for the SSR genotyping of apple (Malus × domestica Borkh.) / J. Cmejlova [et al.] // Plant Sci. – 2021. – Vol. 303. – P. 110768. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2020.110768

20. Identification of unknown apple (Malus × domestica) cultivars demonstrates the impact of local breeding program on cultivar diversity / B. L. Gross [et al.] // Genet. Resour. Crop Evol. – 2018. – Vol. 65, N 5. – P. 1317‒1327. https://doi. org/10.1007/s10722-018-0625-6

21. Analysis of the genetic diversity and structure across a wide range of germplasm reveals prominent gene flow in apple at the European level / J. Urrestarazu [et al.] // BMC Plant Biol. – 2016. – Vol. 16, N 1. – Art. 130. https://doi.org/10.1186/s12870- 016-0818-0

22. Genetic diversity and structure of local apple cultivars from Northeastern Spain assessed by microsatellite markers / J. Urrestarazu [et al.] // Tree Genet. Genom. – 2012. – Vol. 8, N 6. – P. 1163‒1180. https://doi.org/10.1007/s11295-012-0502-y