Polymorphism of microsatellite marker REMS1218 in rye Secale cereale L. specimens from the Peterhof genetic collection and the varietal population Grafinya

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Short stemness is an important trait for rye; most varieties of winter rye carry the dominant short stemness gene Ddw1. A simple way to assess the diversity of the chromosome region in which the Ddw1 gene is localized is to use the REMS1218 microsatellite marker.

AIM: The aim of the work is to study the polymorphism of the REMS1218 marker in six short-stemmed accessions from the Peterhof genetic collection of rye and rye plants of the Grafinya varietal population.

MATERIALS AND METHODS: Six accessions of winter rye homozygous for alleles of several genes for short stemness/dwarfism and a medium-tall varietal population of winter rye Grafinya were studied. The REMS1218 microsatellite marker polymorphism was studied using fragment analysis.

RESULTS: The 318 bp fragment of the REMS1218 marker is predominant in the short-stemmed accessions from the collection, regardless of the presence of the Ddw1 gene; significant polymorphism for the REMS1218 marker was shown in the varietal population Grafinya. Principal component analysis using measured vegetative traits and grain parameters of 79 plants of the varietal population Grafinya demonstrated the absence of clustering for the four dominant REMS1218 profile types for these components.

CONCLUSIONS: The microsatellite marker REMS1218 can be used to characterize individual plants of a varietal population, to separate heterogeneous populations into subgroups with a similar profile for subsequent analysis of the progeny of the selected families according to the selected traits (plant height, productivity).

About the authors

Natalia V. Tsvetkova

Saint Petersburg State University

Email: n.tswetkowa@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7353-1107
SPIN-code: 1687-5757

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Pavel A. Zykin

Saint Petersburg State University

Email: pavel.zykin@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1624-6163
SPIN-code: 2730-5890

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Elena A. Andreeva

Saint Petersburg State University; Vavilov Institute of General Genetics

Author for correspondence.
Email: e.a.andreeva@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9326-3170
SPIN-code: 7269-8240

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg; Moscow

References

  1. sfera.fm [Internet]. Rye is a strategic grain crop in ensuring Russia’s food security [cited 26 Aug 2024]. Available from: https://sfera.fm/articles/hlebopecheniya/rozh-strategicheskaya-zernovaya-kultura-v-obespechenii-prodovolstvennoi-bezopasnosti-rossii (In Russ.)
  2. Kobylianskii VD. Rye. Genetic bases of selection. Moscow: Kolos; 1982. (In Russ.)
  3. Philippot L, Hallin S. Towards food, feed and energy crops mitigating climate change. Trends Plant Sci. 2011;16(9):476–480. doi: 10.1016/j.tplants.2011.05.007
  4. Feyereisen GW, Camargo GGT, Baxter RE, et al. Cellulosic biofuel potential of a winter rye double crop across the U.S. corn–soybean belt. J Agron. 2013;105(3):631–642. doi: 10.2134/agronj2012.0282
  5. Plaschke J, Börner A, Xie DX, et al. RFLP mapping of genes affecting plant height and growth habit in rye. Theor Appl Genet. 1993;85(8):1049–1054. doi: 10.1007/BF00215046
  6. Plaschke J, Korzun V, Koebner RMD, Börner A. Mapping the GA3-insensitive dwarfing gene ct1 on chromosome 7 in rye. Plant Breeding. 1995;114(2):113–116. doi: 10.1111/j.1439-0523.1995.tb00773.x
  7. Malyshev S, Korzun V, Voylokov A, et al. Linkage mapping of mutant loci in rye (Secale cereale L.). Theor Appl Genet. 2001;103(1): 70–74. doi: 10.1007/s001220000504
  8. Braun EM, Tsvetkova N, Rotter B, et al. Gene expression profiling and fine mapping identifies a gibberellin 2-oxidase gene co-segregating with the dominant dwarfing gene Ddw1 in rye (Secale cereale L.). Front Plant Sci. 2019;10:857. doi: 10.3389/fpls.2019.00857
  9. Stojałowski S, Myśków B, Hanek M. Phenotypic effect and chromosomal localization of Ddw3, the dominant dwarfing gene in rye (Secale cereale L.). Euphytica. 2015;201:43–52. doi: 10.1007/s10681-014-1173-6
  10. Kantarek Z, Masojć P, Bienias A, Milczarski P. Identification of a novel, dominant dwarfing gene (Ddw4) and its effect on morphological traits of rye. PLoS One. 2018;13(6):e0199335. doi: 10.1371/journal.pone.0199335
  11. Kobylianskii VD. On the genetics of the dominant factor of short-straw rye. Soviet Genetics. 1972;8(1):12–17. EDN: WGSFAX (In Russ.)
  12. Kobylianskii VD, Solodukhina OV. Use of donors of valuable traits of plants in breeding of new varieties of winter rye. Achievements of science and technology in agro-industrial complex. 2015;29(7):7–12. EDN: UCPKFH
  13. Börner A, Melz G. Response of rye genotypes differing in plant height to exogenous gibberellic acid application. Arch Züchtungsforsch. 1988;(18):71–74.
  14. Korzun V, Börner A, Melz G. RFLP mapping of the dwarfing (Ddw1) and hairy peduncle (Hp) genes on chromosome 5 of rye (Secale cereale L.). Theor Appl Genet. 1996;92(8):1073–1077. doi: 10.1007/BF00224051
  15. Catalog of the world collection of VIR. Iss. 757. Winter rye. Saint Petersburg: VIR; 2004. 47 p. (In Russ.)
  16. Catalog of the world collection of VIR. Iss. 844. Winter rye (donors and sources of valuable traits of winter rye in relation to breeding tasks). Saint Petersburg: VIR; 2017. 37 p. (In Russ.)
  17. Haardt RC, Schmiedchen B, Gordillo-Rodriguez A, Eifler J. Identifying variants associated with dwarfism via long read sequencing of the Ddw1 locus in winter rye. bioRxiv. 2023;537231. doi: 10.1101/2023.04.17.537231
  18. Tenhola-Roininen T, Tanhuanpää P. Tagging the dwarfing gene Ddw1 in a rye population derived from doubled haploid parents. Euphytica. 2010;172(3):303–312. doi: 10.1007/s10681-009-9982-8
  19. Kroupin P, Chernook A, Karlov G, et al. Effect of dwarfing gene Ddw1 on height and agronomic traits in spring Triticale in greenhouse and field experiments in a Non-Black Earth region of Russia. Plants. 2019;8(5):131. doi: 10.3390/plants8050131
  20. rp5.ru [Internet]. Lomonosov weather archive [cited 10 Jul 2024]. Available from: https://rp5.ru/Архив_погоды_в_Ломоносове (In Russ.)
  21. meteo.nw.ru [Internet]. Climate of Saint Petersburg and the Leningrad Region [cited 10 Jul 2024]. Available from: http://www.meteo.nw.ru/articles/index.php?id=2 (In Russ.)
  22. Doyle JJ, Doyle JL. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. 1990;12(1):13–15.
  23. Mahone GS, Frisch M, Bauer E, et al. Detection of donor effects in a rye introgression population with genome-wide prediction. Plant Breed. 2015;134(4):406–415. doi: 10.1111/pbr.12283
  24. Rabanus-Wallace MT, Stein N, editors. The rye genome. Springer Cham; 2021. 236 p. doi: 10.1007/978-3-030-83383-1
  25. Kobyliansky VD, Solodukhina OV. The role of the Vavilov institute of plant industry in the initiation and development of new trends in winter rye breeding in Russia. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2015;176(1):5–19. EDN: UADZWT doi: 10.30901/2227-8834-2015-1-5-19
  26. Hackauf B, Goldfisch MT, Musmann D, et al. Evaluation of the dominant dwarfing gene Ddw1 with respect to its use in hybrid rye breeding. In: Resistenz gegen biotischen Stress in der Pflanzenzüchtung: Resistenz gegen abiotischen Stress in der Pflanzenzüchtung. 63; 19–21 November 2012; Tagung. Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs; Raumberg-Gumpenstein, Österreich; 2012. S. 41–42.
  27. Miedaner T, Haffke S, Siekmann D, et al. Dynamic quantitative trait loci (QTL) for plant height predict biomass yield in hybrid rye (Secale cereale L.). Biomass and Bioenergy. 2018;115:10–18. doi: 10.1016/j.biombioe.2018.04.001
  28. Chernook A, Kroupin P, Karlov G, et al. Effects of Rht-B1b and Ddw1 dwarfing genes in two connecting populations of spring Triticale under greenhouse experiment conditions. Agriculture. 2019;9(6):119. doi: 10.3390/agriculture9060119
  29. Chernook AG, Bazhenov MS, Kroupin PY, et al. Compensatory effect of the ScGrf3-2R gene in semi-dwarf spring Triticale (×Triticosecale Wittmack). Plants. 2022;11(22):3032. doi: 10.3390/plants11223032

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Electropherograms of PCR product profiles with the REMS1218 marker in self-incompatible dwarf/short-stemmed forms from the Peterhof Genetic Collection: a — dwarf ct1; b — form with dominant dwarfism Ddw1; c — dwarf mn; d — dwarf ct2. The numbers near the blue peaks correspond to the length of the PCR products in nucleotides calculated by the GeneMarker v.1.85 program relative to the standard with known fragment lengths (orange peaks). The presence of additional small peaks is associated with the peculiarities of the Taq polymerase operation and is of no diagnostic value

Download (185KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Electropherograms of PCR product profiles with the REMS1218 marker in the varietal population Grafinya: a — type 1; b — type 2; c — type 3; d — type 4. The numbers near the blue peaks correspond to the length of the PCR products in nucleotides calculated by the GeneMarker v.1.85 program relative to the standard with known fragment lengths (orange peaks). The presence of additional small peaks is associated with the peculiarities of the Taq polymerase operation and is of no diagnostic value

Download (219KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Analysis of morphometric features of plants of the varietal population Grafinya by the method of principal components. Colored dots are individual plants, filled ellipses are areas with 95% probability of belonging of an individual plant to a given group

Download (146KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector


 


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».