doi: 10.15389/agrobiology.2018.1.132rus
УДК 633.491:577.15:575.174.015.3
В работе использовано оборудование ЦКП «Биоинженерия» (ФГУ ФИЦ Фундаментальные основы биотехнологии РАН, г. Москва). Исследование выполнено в рамках КПНИ «Развитие селекции и семеноводства картофеля».
АЛЛЕЛЬНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ФРАГМЕНТА ГЕНА КИСЛОЙ
ВАКУОЛЯРНОЙ ИНВЕРТАЗЫ Pain-1 У СОРТОВ И ЛИНИЙ
КАРТОФЕЛЯ (Solanum tuberosum L.)
М.А. СЛУГИНА1, Е.О. ШМЕЛЬКОВА1, А.А. МЕЛЕШИН2, Е.З. КОЧИЕВА1
Экономическая эффективность сельскохозяйственного производства картофеля зависит не только от количества и качества собранного урожая, но и от условий и сроков хранения клубней, основу питательной и технической ценности которых определяет содержание крахмала. При воздействии низких температур крахмал расщепляется на редуцирующие сахара, что значительно ухудшает потребительские качества клубней. Растительные инвертазы катализируют необратимый гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы. Однозначно показано, что кислая вакуолярная инвертаза (Pain-1) играет основную роль в холодовом осахаривании клубней картофеля. Настоящая работа посвящена оценке генетического потенциала и характеристике аллельного полиморфизма гена Pain-1, связанного с хозяйственно важными признаками, у отечественных и зарубежных форм картофеля, которые в настоящее время активно используются в селекционных программах. В настоящей работе исследован полиморфизм 5-7-го экзонов гена кислой вакуолярной инвертазы у 69 образцов сортов и линий картофеля российской и зарубежной селекции. В последовательностях выявлено 66 SNPs, из которых 25 описаны впервые (SNP1628, SNP1648, SNP1700, SNP1709, SNP1717, SNP1724, SNP1726, SNP1738, SNP1788, SNP1794, SNP1797, SNP1808, SNP1815, SNP1818, SNP1831, SNP1837, SNP1847, SNP1861, SNP1865, SNP1872, SNP1885, SNP1886, SNP1890, SNP1907, SNP1909). В составе исследуемого участка была найдена значимая замена SNP1544 (C/A), которая коррелирует с повышенным содержанием крахмала в клубнях и находится в гомозиготном состоянии у сортов казахстанской селекции Улан и Астана. Из 42 SNPs в экзонных последовательностях 27 приводили к аминокислотным заменам. У большинства образцов имелись одиночные аминокислотные замены. Максимальным числом замен (семь-восемь) характеризовались сорт Жуковский ранний и линии 165 и 162; у сорта Фрителла и линии 84 замен относительно референсной последовательности не обнаружили. Полученные данные позволяют сделать вывод о высоком полиморфизме фрагмента гена Pain-1 у изученных образцов. В результате выявлены 78 аллельных вариантов фрагмента гена Pain-1 (64 — специфичные, 14 — общие для нескольких образцов), что в дальнейшем может использоваться в селекции для создания сортов с повышенным содержанием крахмала.
Ключевые слова: кислая вакуолярная инвертаза, ген Pain-1, экзонные последовательности, полиморфизм, SNPs, аминокислотные замены, селекция картофеля, содержание крахмала в клубнях, холодовое осахаривание.
M.A. Slugina1, E.O. Shmelkova1, A.A. Meleshin2, E.Z. Kochieva1
The economic efficiency of potato production depends not only on the yield quantity and quality, but also on the tuber storage conditions. The tuber nutritional and technical value is determined by the starch content. Under the cold stress, the starch degrades into reducing sugars (cold-sweetening), which significantly reduces the tuber quality. Plant invertases catalyze irreversible hydrolysis of sucrose into glucose and fructose. Nowadays it is definitely known that vacuolar acid invertase (Pain-1) plays a major role in the cold induced sweetening of potato tubers. In the present work genetic diversity and allelic polymorphism of Pain-1 gene associated with important agronomical traits of potato tubers is characterized. Gene fragment (exon 5—exon 7) polymorphism was analyzed in 69 cultivars and lines of Russian and foreign breeding origin. In the Pain-1 nucleotide sequences, 66 SNPs were identified, of which 25 SNPs (SNP1628, SNP1648, SNP1700, SNP1709, SNP1717, SNP1724, SNP1726, SNP1738, SNP1788, SNP1794, SNP1797, SNP1808, SNP1815, SNP1818, SNP1831, SNP1837, SNP1847, SNP1861, SNP1865, SNP1872, SNP1885, SNP1886, SNP1890, SNP1907, SNP1909) were described for the first time. The studied fragment contains a significant replacement for SNP1544 (C/A) which correlates with an increased starch content in the tubers and is homozygous in the Kazakhstani varieties Ulan and Astana. In the exons, 27 out of 42 SNPs led to amino acid substitutions. Most accessions had single amino acid substitutions. The maximum substitution number (seven to eight) characterized the Zhukovskii ranii variety and the lines 165 and 162. No substitutions were observed in the Frittella variety and the line 84. Therefore, the common level of gene fragment polymorphism in the analyzed potato accessions was shown to be rather high. Among the analyzed sequences, 78 allelic variants were described, including 64 specific variants and 14 variants common for several accessions. The obtained data may be helpful in potato breeding for an increase in starch content.
Keywords: acid vacuolar invertase, Pain-1, exons, polymorphism, SNPs, amino acid substitution, potato breeding, starch content in tubers, cold-induced sweetening.
1ФГУ ФИЦ Фундаментальные основы биотехнологии РАН, |
Поступила в редакцию |
