РЕЗЮМЕ. Метод TRAP та EST-SSR було використано з метою оцінки генетичного різноманіття 55 генотипів цукрової тростини (28 диких типів та 27 сортів). Загальна кількість поліморфних генотипів, ампліфікованих за допомогою TRAP праймерів, була у діапазоні від 7 до 11 при середньому значенні 9 після ампліфікації за допомогою SuSy+Arb2, SAI+Arb1, PPDK+Arb3 та PPDK+Arb2. Було виявлено високий рівень поліморфізму (≥ 50 %), у діапазоні від 78 до 100 % при середньому значенні 87 % для всіх маркерів. Значення інформаційного змісту поліморфізму (PIC) було у діапазоні від 0,11(SuSy+Arb2) до 0,44 (SuSy+Arb3) праймерів при середньому значенні 0,27. Було також виявлено найвищу роздільну здатність (Rp) – 6,9 – в (SAI+Arb1) між дев’ятьма праймерами. Загалом було використано 15 наборів EST-SSR праймерів для ПЦР ампліфікації, було також отримано 179 ампліфікованих фрагментів, з яких 174 були поліморфними. Загальна кількість поліморфних алелів, ампліфікованих різними EST-SSR маркерами, була у діапазоні від 5 (ESSR07 та ESSR10) до 22 (ESSR09), при середньому значенні 13,5 алелів. Було виявлено високий рівень поліморфізму (≥ 50 %), у діапазоні від 83,33 до 100 % при середньому значенні 97,2 % для всіх маркерів. Значення інформаційного змісту поліморфізму (PIC) було у діапазоні від 0,29 (ESSR15) до 0,83 (ESSR04) праймерів при середньому значенні 0,56. Було також виявлено найвищу роздільну здатність (Rp) у 8,55 ESSR05 між 15 праймерами. Дев’ять комбінацій праймерів було використано для роботи з TRAP. Загалом було отримано 85 ампліфікованих фрагментів, з яких 74 (85 %) були поліморфними. Було побудовано дендрограму за використання обох видів маркерів та методу UPGMA з даного дослідження. Таким чином, одночасне використання методів TRAP та EST-SSR дозволило ідентифікувати генетичне різноманіття клонів/варіантів цукрової тростини, які можна використовувати в селекційних програмах з метою покращення її якостей.
Ключові слова: Sugarcane, Genetic diversity, Molecular assisted selection, PIC, TRAP, EST-SSRs
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
1. Singh, R.K., Singh, R.B., Singh, S.P., and Sharma, M.L., Identification of sugarcane microsatellites associated to sugar content in sugarcane and transferability to other cereal genomes, Euphytica, 2011, vol. 182, pp. 335–354.
2. Roach, B.T., Nobilisation of sugarcane, Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technot., 1972, vol. 14, pp. 206–216.
3. Daniels, J. and Roach, B.T., Taxonomy and evolution, in Sugarcane Improvement through Breeding, Heinz, D.J., Ed., Amsterdam: Elsevier Press, 1987, pp. 7–84.
4. Devarumath, R.M., Kalwade, S.B., Bundock, P., Eliott, F.G., and Henry, R., Target region amplification polymorphism (TRAP) and single nucleotide polymorphism (SNP) marker utility in genetic evaluation of sugarcane genotypes, Plant Breed., 2013, vol. 132, pp. 736–747.
5. Parida, S.K., Pandit, A., Gaikwad, K., Sharma, T.R., Srivastava, P.S., Singh, N.K., and Mohapatra, T., Functionally relevant microsatellites in sugarcane unigenes, BMC Plant Biol., 2010, vol. 10, p. 251. doi 10.1186/1471-2229-10-251
6. Powell, W., Morgante, M., Andre, C., Hanafey, M., Vogel, J., Tingey, S., and Rafalski, A., The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis, Mol. Breed., 1996, vol. 2, pp. 225–238.
7. Selvi, A., Nair, N.V., Noyer, J.L., Singh, N.K., Balasundaram, N., Bansal, K.C., Koundal, K.R., and Mohapatra, T., Genomic constitution and genetic relationship among the tropical and subtropical Indian sugarcane cultivars revealed by AFLP, Crop Sci., 2005, vol. 45, pp. 1750–1757.
8. Kawar, P.G., Devarumath, R.M., and Nerkar, Y., Use of RAPD markers for assessment of genetic diversity in sugarcane cultivars. Indian J. Biotechnol., 2009, vol. 8, pp. 67–71.
9. Oliveira, K.M., Pinto, L.R., Marconi, T.G., Margarido, G.R.A., Pastina, M.M., Teixeira, L.H.M., Figueira, A.M., Ulian, E.C., Garcia, A.A.F., and Souza, A.P., Functional genetic linkage map on EST markers for a sugarcane (Saccharum spp.) commercial cross, Mol. Breed., 2007, vol. 20, pp. 189–208.
10. Maccheroni, W., Jordao, H., De Gaspari, R., De Moura, G.L., and Matsuoka, S., Development of a dependable microsatellite-based fingerprinting system for sugarcane, Sugar Cane Int., 2009, vol. 27, pp. 47–52.
11. Kalwade, S.B. and Devarumath, R.M., Single strand conformation polymorphism of genomic and EST-SSRs marker and its utility in genetic evaluation of sugarcane, Physiol. Mol. Biol. Plants, 2014, vol. 20, pp. 313–321.
12. Devarumath, R.M., Kalwade, S.B., Kawar, P.G., and Sushir, K.V., Assessment of genetic diversity in sugarcane germplasm using ISSR and SSR markers, Sugar Tec., 2012, vol. 14, pp. 334–344.
13. Kalwade, S.B., Devarumath, R.M., Kawar, P.G., and Sushir, K.V., Genetic profiling of sugar-cane genotypes using inter simple sequence repeat (ISSR) markers, Electron. J. Plant Breed., 2012, vol. 3, pp. 621–628.
14. Singh, R.K., Singh, P., Mishra, P., and Singh, S.P., STMS markers for tagging high sugar gene in sugarcane, Sugar Tech., 2005, vol. 7, pp. 74–76.
15. Devarumath, R.M., Kalwade, S.B., Bundock, P., Elliott, F.G., and Henry, R., Independent target region amplification polymorphism and single-nucleotide polymorphism marker utility in genetic evaluation of sugarcane genotypes, Plant Breed., 2013, vol. 132, pp. 736–747. doi.org/10.1111/pbr.12092
16. Pan, Y.B., Burner, D.M., and Legendre, B.L., An assessment of the phylogenetic relationship among sugarcane and related taxa based on the nucleotide sequence of 5S rRNA intergenic spacers, Genetica, 2000, vol. 108, pp. 285–295.
17. Parida, S.K., Kalia, S.K., and Kaul, S., Informative genomic microsatellite markers for efficient genotyping applications in sugarcane, Theor. Appl. Genet., 2009, vol. 118, pp. 327–338.
18. Singh, R.K., Singh, R.B., Singh, S.P., Mishra, N., Rastogi, J., Sharma, M.L., and Kumar, A., Genetic diversity among the Saccharum spontaneum clones and commercial hybrids through SSR markers., Sugar Tech., 2013, vol. 15, pp. 109–115.
19. Singh, R.B., Singh, B., and Singh, R.K., Development of microsatellite (SSRs) markers and evaluation of genetic variability within sugarcane commercial varieties (Saccharum spp. hybrids), Int. J. Advanced Res., vol. 3, pp. 700–708.
20. Pan, Y.B., Databasing molecular identities of sugarcane (Saccharum spp.) clones constructed with microsatellite (SSR) DNA markers, Am. J. Plant Sci., 2010, vol. 1, pp. 87–94.
21. Singh, N.K., Genetic mapping and QTL analysis for sugar yield-related traits in sugarcane, Euphytica, 2013, vol. 191, pp. 333–353.
22. Powell, W., Morgante, M., McDevitt, R., Vend-ramin, G.G., and Rafalski, J.A., Polymorphic simple sequence repeat regions in chloroplast genomes: Application to population genetics of pines, Natl. Acad. Sci., 1995, vol. 92, pp. 7759–7763.
23. Hu, J. and Vick, B., Target region amplification, polymorphism: a novel marker technique for plant genotypes, Plant Mol. Biol. Rep., vol. 20, pp. 289–294.
24. Suman, A., Ali, K., Arro, J., Parco, A.S., Kimbeng, C.A., and Baisakh, N., Molecular diversity among members of the Saccharum complex assessed using TRAP markers based on lignin-related genes, Bio. Energy Res., 2012, vol. 5, pp. 197–120.
25. Khan, S.M., Yadava, S., Srivastava, S., Swapna, M., Chandra, A., and Singh, R.K., Development and utilization of conserved-intron scanning marker in sugarcane, Aust. J. Bot., 2011, vol. 59, pp. 38–45.
26. Andru, S., Pan, Y.B., Thongthawee, S., Burner, D.M., and Kimbeng, C.A., Genetic analysis of the sugarcane (Saccharum spp.) cultivar ‘LCP 85-384’. I. Linkage mapping using AFLP, SSR, and TRAP markers, Theor. Appl. Genet., 2011, vol. 123, pp. 77–93. doi 10.1007/s00122-011-1568-x
27. Alwala, S., Suman, A., Arro, J.A., Veremis, J.C., and Kimbeng, C.A., Target region amplification polymorphism (TRAP) for assessing genetic diversity in sugarcane germplasm collections, Crop Sci. Soc. Am., 2006a, vol. 46, pp. 448–455.
28. Alwala, S., Kimbeng, C.A., Gravois, C.A., and Bischoff, K.P., TRAP, a new tool for sugarcane breeding: comparison with AFLP and coefficient of percentage. J. Am. Soc. Sugar Cane Technol., 2006b, vol. 26, pp. 62–87.
29. Da, SilvaJ.A. and Bressiani, J.A., Sucrose synthase molecular marker associated with sugar content in elite sugarcane progeny, Genet. Mol. Biol., 2005, vol. 28, pp. 294–298. doi.org/10.1590/S1415-47572005000200020
30. Aljanabi, S.M., Froget, L., and Dookun, A., An improved and rapid protocol for the isolation of polysaccharide and polyphenol free sugarcane DNA, Plant Mol. Biol. Rep., vol. 17, pp. 1–8.
31. Li, G. and Quiros, C., Sequence related amplification polymorphism a new marker system based on simple PCR reaction, its application to mapping and gene tagging in Brassica, Theor. Appl. Genet., 2001, vol. 103, pp. 455–461.
32. Sambrook, J., Fritsch, E., and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, New York, USA: Cold Spring Harbor, 1989.
33. Rohlf, F.J., NTSYS-pc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System, New York: Exeter Software, 2000.
34. Mateescu, R.G., Zhang, Z., Tgai, K., Phavaphutanon, J., Wursten, N.I., Lust, G., Quaa, R., Murphy, K., Acland, G.M., and Todhunter, R.J., Analysis of allele fidelity, polymorphic information content, and density of microsatellites in a genome-wide screening for Hip dysplasia in crossbreed pedigree, J. Heredity, 2005, vol. 96, pp. 847–853.
35. Prevost, A. and Wilkinson, M.J., A new system of comparing PCR primers applied to ISSR fingerprinting of potato cultivars, Theor. Appl. Genet., 1999, vol. 98, pp. 107–112.
36. Filho, J.A.D., Resende, L.V., Bastos, G.Q., Neto, D.E.S., and Machado, P.R., Use of molecular markers RAPD, and ESTs SSR to study genetic variability in sugarcane, Rev. Cienc. Agron., 2013, vol. 44, pp. 141–149. doi.org/ 10.1590/S1806-66902013000100018
37. Creste, S., Sansoli, D.M., Tardiani, A.C.S., Silva, D.N., and Goncalves, F.K., Comparison of AFLP, TRAP and SSRs in the estimation of genetic relationships in sugarcane, Sugar Tech., 2010, vol. 12, pp. 150–154.
38. Diola, V., Barbosa, M.H.P., and Vegia, C.F.M., Molecular markers EST-SSRs for genotype-phenotype association in sugarcane, Sugar Tech., 2014, vol. 16, pp. 241–249.
39. Hameed, U., Pan, Y.B., Muhammad, K., Afghan, S., and Iqbal, J., Use of simple sequence repeat markers for DNA fingerprinting and diversity analysis of sugarcane (Saccharum spp.) cultivars resistant and susceptible to red rot, Genet. Mol. Res., 2012, vol. 11, pp. 1195–1204.
40. Haq, S.U., Kumar, P., Singh, R.K., Kumar, S.V., Bhatt, B., Sharma, M., Kachhwaha, S., and Kothari, S.L., Assessment of functional EST-SSR markers (sugarcane) in cross-species transferability, genetic diversity among Poaceae plants, and bulk segregation analysis, Genet. Res. Int., 2016, pp. 1–16. doi.org/ 10.1155/2016/7052323
41. Marconi, T.G., Costa, E.A., Miranda, H., Mancini, M.C., Cardoso-Silva, C.B., Oliveira, K.M., Pinto, L.R., Mollinari, M., Garcia, A., and Sousa, A.P., Functional markers for gene mapping and genetic diversity studies in sugarcane, BMC Res. Notes, 2011, vol. 4, p. 264.
42. Oliveira, K.M., Pinto, L.R., Marconi, T.G., Mollinar, M., Ulian, E.C., Chabregas, S.M., Falco, M.C., Burniquist, W., Garcia, A.A.F., and Souza, A.P., Characterization of new polymorphic functional markers for sugarcane, Genome, 2009, vol. 52, pp. 191–209.
43. Liu, P., Que, Y., and Pan, Y-B., Highly polymorphic microsatellite DNA markers for sugarcane germplasm evaluation and variety identity testing, Sugar Tech., 2011, vol. 13, pp. 129–136.
44. Yang, X., Wei, L., Ying-Ying, L., Wen-Bing, G., and Yin-Bing, B., Applying target region amplification polymorphism markers for analyzing genetic diversity of Lentinula edodes in China, J. Basic Microbiol., 2010, vol. 50, pp. 475–483.
45. Khan, I.A., Bibi, S., Yasmeen, S., Seema, N., Khatri, A., Siddiqui, M.A., Nizamani, G.S., and Afgan, S., Identification of elite sugarcane clones through TRAP, Pak. J. Bot., 2011, vol. 43, pp. 261–269.
46. Glazmann, J.C., Lu, Y.H., and Lanaud, C., Variation of nuclear ribosomal DNA in sugarcane, J. Genet. Breed, 1990, vol. 44, pp. 191–198.
47. Singh, R.K., Singh, R., Singh, S.P., Mohapatra, T., and Singh, S.B., Molecular diversity among Saccharum species and elite sugarcane varieties based on RAPD and AFLP marers, Proc. Internl. Symp. on Technologies to improve Sugar Productivity in Developing Countries, Guillin, P. R. China, 2006, pp. 646–654.