Молекулярный анализ гена GID1 у Dasypyrum villosum и создание ДНК-маркера для его идентификации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Dasypyrum villosum (VV) - однолетний злак, зарекомендовавший себя в качестве донора хозяйственно-ценных признаков для пшеницы. Один из важнейших показателей, на который направлена селекция,- урожайность, являющаяся сложным, комплексным признаком. На его формирование влияет множество различных факторов. Большую роль в росте урожайности злаковых культур сыграли гены, регулирующие физиологический ответ растений на гиббереллины, одним из которых стал ген Gid1 , являющийся рецептором активных форм этих фитогормонов. Приведено сравнение частичных ДНК-последовательностей гена Gid1 , секвенированных у двух образцов Dasypyrum villosum . Используя последовательности пшеницы и ржи, взятые из базы данных GenBank (NCBI), подобрали праймеры на участки разных геномов (субгеномы А, В и D пшеницы и геном R ржи) и провели полимеразную цепную реакцию на образцах дазипирума мохнатого различного происхождения. Полученный ПЦР-продукт был секвенирован методом NGS. На основе секвенированных нуклеотидных последовательностей создан ДНК-маркер, позволяющий дифференцировать данные гены генома V и гомологичные гены пшеничного происхождения. С использованием моносомно-дополненных, замещенных и транслоцированных линий пшеницы впервые установлена локализация гена Gid1 на хромосомах Dasypyrum villosum . Показано расположение данного гена на длинном плече первой хромосомы генома V (1VL). Проведена фенотипическая оценка линий мягкой пшеницы, имеющих в своем кариотипе замещенные, транслоцированные или дополненные хромосомы Dasypyrum villosum.

Об авторах

Ольга Владимировна Разумова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии; Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: razumovao@gmail.com

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Михаил Сергеевич Баженов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: mikhabazhenov@gmail.com

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Екатерина Александровна Никитина

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: shhket@gmail.com

лаборант-исследователь лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Любовь Андреевна Назарова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: lpukhova@yandex.ru

младший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельско-хозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Дмитрий Викторович Романов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: akabos1987@gmail.com

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Анастасия Геннадьевна Черноок

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: Irbis-sibrI@yandex.ru

младший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Павел Андреевич Соколов

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Email: pav2395147@yandex.ru

лаборант-исследователь лаборатории центра молекулярной биотехнологии

Москва, Российская Федерация

Виктория Максимовна Кузнецова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: vika-kuz367@yandex.ru

младший научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Олег Григорьевич Семенов

Российский университет дружбы народов

Email: semenov_og@rudn.university

кандидат биологических наук, профессор департамента техносферной безопасности Аграрно-технологического института

Москва, Российская Федерация

Геннадий Ильич Карлов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии; Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Email: karlovg@gmail.com

доктор биологических наук, профессор, Академик РАН, директор

Москва, Российская Федерация

Петр Николаевич Харченко

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: iab@iab.ru

доктор биологических наук, профессор, Академик РАН, научный руководитель

Москва, Российская Федерация

Михаил Георгиевич Дивашук

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии; Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Email: divashuk@gmail.com

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений

Москва, Российская Федерация

Список литературы

  1. Ray DK, Mueller ND, West PC, Foley JA.Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050. PloS one. 2013; 8(6): e66428. doi: 10.1371/journal.pone.0066428
  2. Minelli S, Ceccarelli M, Mariani M, De Pace C, Cionini PG. Cytogenetics of Triticum× Dasypyrum hybrids and derived lines. Cytogenetic and genome research. 2005; 109(1-3):385-392. doi: 10.1159/000082424
  3. Li H, Dong Z, Ma C, Tian X, Qi Z, Wu N, et al. Physical Mapping of Stem Rust Resistance Gene Sr52 from Dasypyrum villosum Based on ph1b-Induced Homoeologous Recombination. International Journal of Molecular Sciences. 2019; 20(19):4887. doi: 10.3390/ijms20194887
  4. Djanaguiraman M, Prasad PV, Kumari J, Sehgal SK, Friebe B, Djalovic I, et al. Alien chromosome segment from Aegilops speltoides and Dasypyrum villosum increases drought tolerance in wheat via profuse and deep root system. BMC plant biology. 2019; 19(1):242. doi: 10.1186/s12870-019-1833-8
  5. Zhang R, Fan Y, Kong L, Wang Z, Wu J, Xing L, et al. Pm62, an adult-plant powdery mildew resistance gene introgressed from Dasypyrum villosum chromosome arm 2VL into wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2018; 131(12):2613-2620. doi: 10.1007/s00122-018-3176-5
  6. Li G, Gao D, Zhang H, Li J, Wang H, La S, et al. Molecular cytogenetic characterization of Dasypyrum breviaristatum chromosomes in wheat background revealing the genomic divergence between Dasypyrum species. Molecular Cytogenetics. 2016; 9(1):6. doi: 10.1186/s13039-016-0217-0
  7. Zhang H, Li G, Li D, Gao D, Zhang J, Yang E, et al. Molecular and cytogenetic characterization of new wheat - Dasypyrum breviaristatum derivatives with post-harvest re-growth habit. Genes. 2015;6(4):1242-1255. doi: 10.3390/genes6041242
  8. Blanco A, Simeone R, Resta P. The addition of Dasypyrum villosum (L.) Candargy chromosomes to durum wheat (Triticum durum Desf.). Theoretical and applied genetics. 1987; 74(3):328-333. doi: 10.1007/ BF00274714
  9. Friebe B, Cermeno MC, Zeller FJ. C-banding polymorphism and the analysis of nucleolar activity in Dasypyrum villosum (L.) Candargy, its added chromosomes to hexaploid wheat and the amphiploid Triticum dicoccum - D. villosum. Theoretical and applied genetics. 1987; 73(3):337-342. doi: 10.1007/BF00262498
  10. Liu C, Qi L, Liu W, Zhao W, Wilson J, Friebe B, et al. Development of a set of compensating Triticum aestivum-Dasypyrum villosum Robertsonian translocation lines. Genome. 2011; 54(10):836-844. doi: 10.1139/ g11-051
  11. Zhang R, Hou F, Feng Y, Zhang W, Zhang M, Chen P., et al. Characterization of a Triticum aestivum - Dasypyrum villosum T2VS2DL translocation line expressing a longer spike and more kernels traits. Theoretical and applied genetics. 2015; 128(12):2415-2425. doi: 10.1007/s00122-015-2596-8
  12. De Pace C, Snidaro D, Ciaffi M, Vittori D, Ciofo A, Cenci A, et al. Introgression of Dasypyrum villosum chromatin into common wheat improves grain protein quality. Euphytica. 2001; 117(1):67-75. doi: 10.1023/A:1004095705460
  13. Okuno A, Hirano K, Asano K, Takase W, Masuda R, Morinaka Y, et al. New approach to increasing rice lodging resistance and biomass yield through the use of high gibberellin producing varieties. PLoS One. 2014; 9(2): e86870. doi: 10.1371/journal.pone.0086870
  14. Wu Y, Wang Y, Mi XF, Shan JX, Li XM, Xu JL, et al. The QTL GNP1 encodes GA20ox1, which increases grain number and yield by increasing cytokinin activity in rice panicle meristems. PLoS genetics. 2016; 12(10): e1006386. doi: 10.1371/journal.pgen.1006386
  15. Hedden P. The genes of the Green Revolution. TRENDS in Genetics. 2003; 19(1):5-9. doi: 10.1016/ S0168-9525(02)00009-4
  16. Peng J, Richards DE, Hartley NM, Murphy GP, Devos KM, Flintham JE, et al. ‘Green revolution’ genes encode mutant gibberellin response modulators. Nature. 1999; 400(6741):256-261. doi: 10.1038/22307
  17. Gallego-Giraldo C, Hu J, Urbez C, Gomez MD, Sun TP, et al. Role of the gibberellin receptors GID1 during fruit-set in Arabidopsis. The Plant Journal. 2014; 79(6):1020-1032. doi: 10.1111/tpj.12603
  18. Harberd NP, Belfield E, Yasumura Y. The angiosperm gibberellin-GID1-DELLA growth regulatory mechanism: how an “inhibitor of an inhibitor” enables flexible response to fluctuating environments. The Plant Cell. 2009; 21(5):1328-1339. doi: 10.1105/tpc.109.066969
  19. Murray MG, Thompson WF. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic acids research. 1980; 8(19):4321-4326. doi: 10.1093/nar/8.19.4321
  20. Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. Journal of computational biology. 2012; 19(5):455-477. doi: 10.1089/cmb.2012.0021
  21. Zaharia M, Bolosky WJ, Curtis K, Fox A, Patterson D, Shenker S, et al. Faster and more accurate sequence alignment with SNAP. 2011. Available from: http://www.icsi.berkeley.edu/pubs/networking/ICSI_ fasterandmoreaccurate11.pdf
  22. Nicholas KB, Nicholas HB. Genedoc: a tool for editing and annotating multiple sequence alignments. 1997. Available from: www.nrbsc.org/gfx/genedoc/index.html
  23. Zhang R, Sun B, Chen J, Cao A, Xing L, Feng Y, et al. Pm55, a developmental-stage and tissue-specific powdery mildew resistance gene introgressed from Dasypyrum villosum into common wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2016; 129(10):1975-1984. doi: 10.1007/s00122-016-2753-8
  24. Sokolov PA, Krupin PY, Divashuk MG, Karlov GI. Using PLUG-markers to analyze the collection of soft wheat lines disomically complemented with Dasypyrum villosum chromosomes. Izvestiya of Timiryazev agricultural academy. 2017; (4):147–157. (In Russ).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».