Использование исключительно морфологических данных в селекции и управлении генетическими ресурсами ореха грецкого существенно сужает возможности селекционеров. На сегодняшний день активно развиваются методы молекулярной биологии, существенным образом дополняющие возможности классических подходов в селекции. В статье приведен обзор методов молекулярной биологии в рамках изучения ореха грецкого.
Ключевые слова: орех грецкий, ДНК-маркеры, генетический полиморфизм.
Using morphological data in breeding and genetic resources only significantly reduces breeders possibilities. To date, actively developing methods of molecular biology, an essential complement to the possibility of classical methods in breeding. The article consist review of molecular biology methods in walnut studying.
Keywords: Persian walnut, DNA-markers, genetic polymorphism.
Введение.
Орех грецкий — широко распространенная культура, имеющая большое хозяйственное значение. Страны с развитым производством ореха грецкого (США, Китай, Иран, Турция, Индия, Франция, Испания и др.) ведут селекционные программы, с целью получения новых высокоурожайных сортов адаптированных к местным условиям. Как известно, чрезвычайно важным моментом любой селекционной программы является наличие генресурсов с высокой степенью генетического разнообразия [1]. Одним из ключевых аспектов эффективного использования и менеджмента генплазмы является возможность точной идентификации генотипов для исключения разнообразных разночтений (синонимы, омонимы сортов), а также для защиты авторских прав.
Традиционные методы апробации основаны на сравнительном анализе морфологических показателей. Однако, внешние признаки подвержены влиянию окружающей среды, что в купе с длительным ювенильным периодом ореха грецкого (до 12 лет), вызывает существенные затруднения в использовании только лишь классических методов апробации.
Таким образом, помимо классических методов апробации ореха грецкого необходим подход, дающий возможность нивелировать влияние окружающей среды на результаты, и проводить идентификацию генотипа не дожидаясь вступления в плодоношение. С развитием методов молекулярной биологии и появлением различных видов молекулярных маркеров данный подход был найден.
Молекулярные маркеры в селекции ореха грецкого.
В ходе совершенствования методов молекулярной биологии на орехе грецком и орехе черном были апробированы различные типы молекулярных маркеров. Одним из первых методов молекулярной биологии применявшимся в исследовании ореха грецкого был полиморфизм длин рестрицированных фрагментов (ПДРФ). Данная методика информативна, нежели анализ морфологических признаков, но одновременно более затратна, а также требует использования радиоактивно меченных проб. Существенным рывком вперед стало широкое распространение методов использующих полимеразную цепную реакцию. Такие методы гораздо проще в применении, дешевле и не требуют работы с радиоактивными материалами. В период накопления информации, когда секвенирование генома было проведено только для весьма ограниченного количества объектов, стал популярен анализ полиморфизма случайно амплифицированных фрагментов (RAPD). Данный метод не требует предварительного секвенирования объекта исследования, но воспроизводимость и информативность при его использовании достаточно низкие [2]. Более точным и информативным показал себя метод исследования инвертированных повторов (ISSR). Однако, несмотря на некоторые преимущества перед методом RAPD, анализ ISSR не имел коренных отличий от него. Орех грецкий послужил объектом исследования с применением анализа длин амплифицированных фрагментов (AFLP). Данный метод представляет собой синтез ПДРФ и ПЦР, то есть сначала геномная ДНК рестрицируется при помощи ферментов, а далее рестрицированные фрагменты амплифицируются, и анализируются с предварительным селектированием. Данный метод довольно информативен, однако сравнительно трудозатратен.
Пожалуй, самое широкое распространение cреди ДНК-маркеров, получили микросателлитные или SSR-маркеры (simple sequence repeats). В отличие от RAPD и ISSR, микросателлиты обладают кодоминантным наследованием. Их полиморфизм достаточно высок для выявления различий на внутривидовом уровне. Кроме того, существенным плюсом данных маркеров является низкая стоимость и легкость идентификации. Для использования микросателлитных маркеров требуется предварительное секвнирование. На сегодняшний день исследователи ореха грецкого (Juglans regia) успешно пользуются идентифицированными микросателлитными последовательностями ореха черного (Juglans nigra). Более дорогим, но весьма информативным методом является изучение однонуклеотидного полиморфизма, то есть точковых мутаций (SNP). На сегодняшний день ведется работа по картированию ряда признаков ореха грецкого с помощью данной методики. С этой целью создана картирующая популяция включающая гибриды F1 от сортов Chandler и Idaho, контрастных по многим признакам. Эта популяция была проанализирована по более 6000 точек генома [3]. По завершении картирования генома ореха грецкого станет возможным полномасштабное применение маркерной помощи селекции, что позволит существенным образом повысить эффективность селекционного процесса.
Заключение.
Использование молекулярных маркеров позволяет проводить точную идентификацию генотипов ореха грецкого на любом этапе онтогенеза, что существенно расширяет возможности по защите авторских прав и эффективному управлению генетическими ресурсами, в сравнении с использованием только лишь классических методов апробации. Кроме того, изучение полиморфизма ДНК-маркеров вносит существенный вклад в разрешение вопросов связанных с филогенией и систематикой рода Juglans. По завершении картирования признаков ореха грецкого, откроются широкие возможности по оптимизации селекционного процесса.
Литература:
1. Балапанов И. М. Биологические аспекты в селекции ореха грецкого//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета.-2014.-№ 101. С. 828–842.
2. Ruiz G. L., Identification of a walnut (Juglans regia L.) germplasm collection and evaluation of their genetic variability by microsatellite markers / G. L. Ruiz, O. G. Lopez, A. F. Denia, D. F. Tomas. //Spanish J. Agric. Res. 2011. Vol. 1, № 9. P. 179–192.
3. Dvorak J. Walnut genome analysis /, J. Dvorak, M.-C. Luo, M. Aradhya // California Walnut Board. 2011, Vol. 1 № 8. P.47–55.
