Использование SSR-маркеров в генетической паспортизации и сортовой идентификации картофеля в России

Картофель (Solanum tuberosum) – одна из важнейших продовольственных культур в мире. Рынок картофеля нуждается в появлении новых сортов, отвечающих потребностям растущего населения и производителей продуктов питания. В связи с этим необходима оценка генетических ресурсов – эффективные и надежные методы идентификации новых сортов и гибридов. SSR-маркеры в настоящее время широко используются для генотипирования селекционного материала картофеля. Их выбор обусловлен высоким аллельным разнообразием, воспроизводимостью и доступностью. В данной работе обсуждаются преимущества использования SSR-маркеров и опыт применения различных наборов SSR-маркеров для оценки разнообразия генетических коллекций картофеля на территории России. Также представлена информация о наиболее часто используемых в генотипировании картофеля SSR-маркерах. Эти маркеры преимущественно входят в набор Potato Genetic Identity Kit (PGI), разработанный в 2006 г. и широко используемый во многих исследованиях. Показано, что в наборы для оценки разнообразия российских сортов картофеля входят от 8 до 14 SSR-маркеров. Их применение дает возможность получить уникальные профили для каждого сорта, а совпадающие маркеры позволяют сравнивать полученные в разных лабораториях результаты. Все SSR-маркеры, применяемые для оценки генетического разнообразия мировых коллекций картофеля, идентифицированы в начале 90‑х годов XX в. и опубликованы в нескольких работах. В настоящее время в связи с появлением доступных данных о полных последовательностях генома картофеля возможен поиск новых SSR-маркеров. Однако для генотипирования такие маркеры все еще не используются достаточно широко, так как требуют валидации. 

1. Azizi M.M.F., Lau H.Y., Abu-Bakar N. Integration of advanced technologies for plant variety and cultivar identification // Journal of biosciences. 2021. N 46. P. 91. DOI: 10.1007/s12038-021-00214-x.

2. Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Рыбаков Д.А., Фомина Н.А., Желтова В.В., Новикова Л.Ю., Гавриленко Т.А. SSR-анализ современных российских сортов картофеля с использованием ДНК номенклатурных стандартов // Биотехнология и селекция растений. 2020. № 3 (4). С. 77–96. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-02.

3. Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гимаева Е.А., Сташевски З., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Татарского НИИСХ «Казанский научный центр РАН» // Биотехнология и селекция растений. 2020. № 3 (3). С. 55–67. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-04.

4. Alves F., Martins F.M.S., Areias M., MuñozMérida A. Automating microsatellite screening and primer design from multi-individual libraries using Micro-Primers // Scientific reports. 2022. N 12 (1). P. 295. DOI: 10.1038/s41598-021-04275-8.

5. Zhu J., Zhang J., Jiang M., Wang W., Jiang J., Li Y., Yang L., Zhou X. Development of genome-wide SSR markers in rapeseed by next generation sequencing // Gene. 2021. N 798. P. 145798. DOI: 10.1016/j.gene.2021.145798.

6. Serra Mari R., Schrinner S., Finkers R., Ziegler F.M.R., Arens P., Schmidt M.H., Usadel B., Klau G.W., Marschall T. Haplotype-resolved assembly of a tetraploid potato genome using long reads and low-depth offspring data // Genome biology. 2024. N 25 (1). P. 26. DOI: 10.1186/s13059-023-03160-z.

7. Van Lieshout N., Van Der BurgtA., De Vries M.E., Ter Maat M., Eickholt D., Esselink D., van Kaauwen M.P.W., Kodde L.P., Visser R.G.F., Lindhout P., Finkers R. Solyntus, the new highly contiguous reference genome for potato (Solanum tuberosum) // G3. 2020. N 10 (10). P. 3489–3495. DOI: 10.1534/g3.120.401550.

8. Jian Y., Yan W., Xu J., Duan S., Li G., Jin L. Genome-wide simple sequence repeat markers in potato: abundance, distribution, composition, and polymorphism // DNA Research. 2021. N 28 (6). P. dsab020. DOI: 10.1093/dnares/dsab020.

9. Verma A., Singh D. Analysing Solanum tuberosum L. genetic divergence using molecular marker data // International journal of environment, agriculture and biotechnology. 2020. N 5 (3). P. 760–772. DOI: 10.22161/ijeab.53.29.

10. Spanoghe M., Marique T., Nirsha A., Esnault F., Lanterbecq D. Genetic diversity trends in the cultivated potato: a spatiotemporal overview // Biology. 2022. N 11 (4). P. 604. DOI: 10.3390/biology11040604.

11. Ivanova-Pozdejeva A., Kivistik A., Kübarsepp L., Tähtjärv T., Tsahkna A., Droz E., Laanemets K. Fingerprinting of potato genotypes from Estonian gene bank collection using SSR markers // Potato research. 2022. N 65 (1). P. 153–170. DOI: 10.1007/s11540-021-09514-z.

12. Bhardwaj V., Kumar A., Sharma S., Singh B., Sood S., Dipta B., Singh R., Siddappa S., Thakur A.K., Dalamu D., Sharma A.K., Kumar V., Lal M., Kumar D. Analysis of genetic diversity, population structure and association mapping for late blight resistance in potato (Solanum tuberosum L.) accessions using SSR markers // Agronomy. 2023. N 13 (2). P. 294. DOI: 10.3390/agronomy13020294.

13. Behn A., Lizana C., Zapata F., Gonzalez A., Reyes-Díaz M., Fuentes D. Phenolic and anthocyanin content characterization related to genetic diversity analysis of Solanum tuberosum subsp. tuberosum Chilotanum Group in southern Chile // Frontiers in plant science. 2023. N 13. P. 1045894. DOI: 10.3389/fpls.2022.1045894.

14. Chrominski P., Carlson-Nilsson U., Palmé A., Kirk H.G., Asdal А., Ansebo L. Genetic markers identify duplicates in Nordic potato collections // Frontiers in plant science. 2024. N 15. P. 1405314. DOI: 10.3389/fpls.2024.1405314.

15. Dalamu D., Tiwari J.K., Zinta R., Dhatia N., Kushal N., Kumar V. Genetic diversity and population structure analyses using simple sequence repeat markers and phenotypic traits in native potato collection in India // Potato research. 2024. N 67. P. 357–381. DOI: 10.1007/s11540-023-09641-9.

16. Kumar N.C., Patil V.U., Vanishree G., Kumar R.V., Thribhuvan R., Meena J.K., Bairwa R.K., Bhardwaj V. Morphological and molecular characterization of Indian potato (Solatium tuberosum L.) cultivars // Cytology and Genetics. 2023. N 57 (3). P. 246–257. DOI: 10.3103/S0095452723030039.

17. Frank K., Nagy E., Taller J., Wolf I., Polgar Z. Characterisation of the complete chloroplast genome of Solanum tuberosum cv. White Lady // Biologia futura. 2024. September. DOI: 10.1007/s42977-024-00240-4.

18. Spanoghe M., Nirsha A., Marique T., Lanterbecq D. Pedigree validation and reconstruction applied in the cultivated potato using 35 microsatellites markers // Potato research. 2024. N 67. P. 209–220. DOI: 10.1007/s11540-023-09632-w.

19. Lee K.J., Sebastin R., Cho G.T., Yoon M., Lee G.A., Hyun D.Y. Genetic diversity and population structure of potato germplasm in RDA-Genebank: utilization for breeding and conservation // Plants (Basel). 2021. N 10 (4). P. 752. DOI: 10.3390/plants10040752.

20. Клименко Н.С., Гавриленко Т.А., Чухина И.Г., Гаджиев Н.М., Евдокимова З.З., Лебедева В.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля, выведенные селекционерами Ленинградского НИИСХ «Белогорка» // Биотехнология и селекция растений. 2020. № 3 (3). С. 18–54. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-03.

21. Pыбаков Д.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Фомина Н.А., Клименко Н.С., Желтова В.В., Мелешин А.А., Кочиева Е.З., Овэс Е.В., Апшев Х.Х., Симаков Е.А., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Всероссийского научно-исследовательского института картофеля им. А.Г. Лорха // Биотехнология и селекция растений. 2020. № 3 (4). С. 5–52. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-01.