Молекулярно-генетический анализ и комбинационная способность линий свеклы сахарной при создании гетерозисных гибридов

Актуальность. В последнее время для развития отечественных селекционных программ и увеличения эффективности селекционного процесса привлекаются молекулярно-генетические исследования, в том числе по микросателлитным ДНК-маркерам. Они помогают сэкономить время для подбора наиболее продуктивных гибридных комбинаций при создании гетерозисных гибридов, когда важен анализ комбинационной способности генотипов.

Материал и методика. Работа была выполнена в ФГБНУ «Всероссийском научно-исследовательском институте сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова». В экспериментах были использованы диплоидные раздельноплодные мужскостерильные формы свеклы сахарной, которые скрещивали с фертильными диплоидными сростноплодными опылителями (типа топкросс). У полученных гибридов оценивали признаки продуктивности (урожайность, сахаристость и сбор сахара). Молекулярно-генетические экспериментальные исследования проведены в 3-х кратной биологической повторности. При проведении генотипирования селекционных образцов сахарной свёклы были использованы 8 пар праймеров к микросателлитным локусам генома.

Результаты. Отобранные по молекулярно-генетическим маркерам родительские компоненты продемонстрировали высокую продуктивность в сравнении со стандартом. По результатам микросателлитного анализа наиболее высокую продуктивность проявили родительские пары, компоненты которых имели наибольшие генетические расстояния. В результате проведенных полевых испытаний выявлено, что гибридные комбинации на основе компонентов МС 9047, МС 94 Ар, ЛБС 16 в сочетании с ОП 15676 и опылителями-синтетиками, содержащими ОП 15676, показали высокую продуктивность (урожайность и сахаристость), сбор сахара от 7,3 до 9,9 т/га существенно превышающий стандарт на 43-93%.

Заключение. Результаты молекулярно-генетического анализа по SSR-маркерам, прогнозирующие гетерозис в гибридных комбинациях свеклы сахарной, подтверждаются экспериментальными полевыми исследованиями.

1. Susanto G.W.A. Estimation of gene action through combining ability for maturity in soybean. Sabrao Journal of Breeding and Genetics. 2018;50(1):62-71.

2. Варламов Д.В. Гульняшкин А.В. Анашенков С.С. Селекция гибридов кукурузы, адаптированных к засушливым условиям юга России. Зерновое хозяйство России. 2013;4:7-13. https://www.elibrary.ru/rcoxsp

3. Гульняшкин А.В., Анашенков С.С., Варламов Д.В. Результаты изучения экологической адаптивности новых раннеспелых гибридов кукурузы. Зерновое хозяйство России. 2014;4:31-36. https://www.elibrary.ru/smxmln

4. Монахос Г.Ф. Схема создания двухлинейных гибридов капустных овощных культур на основе самонесовместимости. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2007;2:86-93. https://www.elibrary.ru/iadqjx

5. Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Генетические основы селекции растений. В 4 т. Общая генетика растений. Т.1. Минск: Белорус. наука; 2008. 551 с.

6. Богомолов М.А., Вострикова Т.В. Комбинационная способность в селекционных исследованиях сахарной свёклы. Сахар. 2023;9:26-30. http://doi.org/10.24412/2413-5518-2023-9-34-38 https://www.elibrary.ru/oehowb

7. Богомолов М.А., Вострикова Т.В. Комбинационная способность в адаптивной селекции сахарной свёклы. Сахар. 2023;11:22-27. http://doi.org/10.24412/2413-5518-2023-11-22-27 https://www.elibrary.ru/fyqsap

8. Суслов В.И., Логвинов В.А., Шевченко А.Г., Мищенко В.Н., Суслов А.В., Логвинов А.В. Перспективы селекции сахарной свеклы в условиях юга России. Сахарная свекла. 2012;7:23-27. https://www.elibrary.ru/qipvhh

9. Вострикова Т.В., Богомолов М.А., Сенютин А.А., Путилина Л.Н. Селекция свеклы сахарной на устойчивость к абиотическим факторам среды. Овощи России. 2024;(6):22-29. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2024-6-22-29 https://www.elibrary.ru/osdyce

10. Волгин В.В. Рекуррентный отбор в селекции растений (обзор). Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2012;1(150):161-171. https://www.elibrary.ru/pbmqyb

11. Богомолов М.А., Вострикова Т.В. Оценка комбинационной способности МС-линий и многосемянных опылителей сахарной свёклы для подбора пар при скрещивании. Сахар. 2022;6:44-48. https://doi.org/10.24412/2413-5518-2022-6-44-48 https://www.elibrary.ru/ojtlxg

12. Богомолов М.А., Вострикова Т.В. Сравнение продуктивности селекционного материала сахарной свёклы. Биосфера. 2022;14(4):275-276. https://www.elibrary.ru/hexplp

13. Вострикова Т.В., Богомолов М.А. Влияние комплекса природноклиматических факторов на адаптивные реакции гибридных комбинаций сахарной свеклы. Аграрная наука. 2024;(11): 87-91. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-388-11-87-91 https://www.elibrary.ru/iuzmvy

14. Вострикова Т.В., Богомолов М.А., Федулова Т.П. Влияние погодных условий на продуктивность гибридных комбинаций сахарной свеклы. Сахар. 2024;11:32-36. https://doi.org/10.24412/2413-5518-2024-4-32-36 https://www.elibrary.ru/skvwsq

15. Dhasarathan M., Babu C., Iyanar K. Combining ability and gene action studies for yield and quality traits in baby corn (Zea mays L.). Sabrao Journal of Breeding and Genetics. 2015;47(1):60-69.

16. Nadeem T., Khalil I.H., Jadoon S.A. Combining ability analysis for maturity and yield attributes in sweet corn across environments. Sabrao Journal of Breeding and Genetics. 2023;55(2):319-328. http://doi.org/10.54910/sabrao2023.55.2.5.

17. Кривошеев Г.Я., Шевченко Н.А. Общая и специфическая комбинационная способность самоопыленных линий кукурузы по признаку «Урожайность зерна». Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014;104:664-674. https://www.elibrary.ru/tfwsrd

18. Федулова Т.П. Налбандян А.А. Современные возможности маркер-ассоциированной (MAS) селекции Beta vulgaris L. Сахар. 2022;6:34-40. https://doi.org/10.24412/2413-5518-2022-6-34-40 https://www.elibrary.ru/zethak

19. Головатская А.В., Гучетль С.З. Оценка генетического разнообразия линий подсолнечника селекции ВНИИМК на основе мультиплексного микросателлитного анализа. Аграрная наука. 2024;(11):117-121. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-388-11-117-121 https://www.elibrary.ru/nficwe

20. Федулова Т.П., Федорин Д.И., Богомолов М.А., Ошевнев В.П., Грибанова Н.П. Использование молекулярных маркеров в селекционно-генетических исследованиях свеклы. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2016;4:99-104. https://www.elibrary.ru/xgrhal

21. Abekova A.M., Yerzhebayeva R.S., Bastaubayeva S.O., Konusbekov K., Bazylova T.A., Babissekova D.I., Amangeldiyeva A.A. Assessment of sugar beet genetic diversity in the Republic of Kazakhstan by using RAPD markers and agromorphological traits. Sabrao Journal of Breeding and Genetics. 2022;54(1):67-78. http://doi.org/10.54910/sabrao2022.54.1.7

22. Nalbandyan A.A., Fedulova T.P., Kryukova T.I., Cherepukhina I.V., Kulikova N.V. Polymorphic Microsatellite Markers to Study Sugar Beet’s (Beta vulgaris L.) Genetic Diversity. Russian Agricultural Sciences. 2023;49:1-7. http://doi.org/10.3103/s1068367423010123 https://www.elibrary.ru/gqydze

23. Балков И.Я. Цитоплазматическая мужская стерильность сахарной свеклы. М.: Агропромиздат;1990. 239 с.

24. Минакова О.А., Косякин П.А., Боронтов О.К. Основные результаты научных исследований ВНИИСС в области технологии возделывания сахарной свёклы. Сахарная свекла. 2022;9:19-25. https://doi.org/10.25802/SB.2022.20.23.004 https://www.elibrary.ru/egniap

25. Богомолов М.А., Федулова Т.П. Патент на селекционное достижение № 2708 РФ. Свекла сахарная Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. altissima Doell ЛБС 16. заяв. № 9553127 26.06.2004; заявитель и патентообладатель: Учреждение РАН Центр «Биоинженерия» РАН. выд. 17.05.2005.

26. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат; 1985. 351 с.

27. Fugate K., Fajardo D., Schlautman B., Ferrareze J. P., Bolton M. D., Campbell L. G., Wiesman E., Zalapa J. Generation and Characterization of a Sugarbeet Transcriptome and Transcript-Based SSR Markers. The Plant Genome. 2014;7(2):1-13. http://doi.org/10.3835/plantgenome2013.11.0038

28. Smulders M., Esselink G., Danny G., Riek J., Vosman B. Characterisation of sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) varieties using microsatellite markers. BMC Genetics. 2010;11(1):1-11. http://doi.org/10.1186/1471-2156-11-41

29. McGrath J.M., Trebbi D., Fenwick A., Panella L., Schulz B., Laurent V., Barnes S., Murray S. An open-source first-generation molecular genetic map from a sugarbeet x table beet cross and its extension to physical mapping. Plant Gen. 2007;1:27-44. http://doi.org/10.2135/cropsci2006-05-0339tpg

30. Richards Ch., Brownson M., Mitchell Sh., Kresovich S., Panella L. Polymorphic microsatellite markers for inferring diversity in wild and domesticated sugar beet (Beta vulgaris). Molecular Ecology Notes. 2004;4:243-245. http://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00630.x

31. Богачева Н.Н., Федулова Т.П., Налбандян А.А. Инновационные приемы молекулярной селекции сахарной свеклы. Российская сельскохозяйственная наука. 2019;2:15-18. https://doi.org/10.31857/S2500-26272019215-18 https://www.elibrary.ru/ezigtx