Молекулярные маркеры селекция растений

Гены Rdr кодируют R-белки. Эти белки оттносятся к классу TIR-NBS-LRR белков, и как следует из их названия, NBS-LRR белки включают нуклеотид-связывающий домен (nucleotide binding site), и домен, содержащий обогащенный лейцином повтор (LRR).

Из изучной литературы нами были выбраны маркеры, при помощи олигокалькулятора высчитали t°С при кторой проводили этап ПЦР, а так же убедились в корректности данных с помощью UGENE.
Здесь преставлны все 9 выбранных нами маркера с подобранными праймерами.

SSR-маркеры (Simple Sequence Repeats — простые повторяющиеся последовательности) – участки ДНК, состоящие из коротких тандемных повторов (фрагменты генома) длиной 2-6 нуклеотидов.

SCAR-маркеры ( Sequence Characterised Amplified Region) — представляют собой фрагменты ДНК, амплифицированные с помощью ПЦР с использованием специфических праймеров длиной 15–30 п.н.

Позже нам было необходимо рассмотреть гипотезу: морфологические признаки могут считаться маркерами устойчивости к чёрной пятнистости. Для этого были произведены замеры представленных праметров, это стало возможным благодаря такому приибору как тургометр, а так же цветовой шкале королевского сельскохозяйственного общества Великобритании и проведению микроскопии.

Данные по интенсивности развития заболевания на сортах мы внесли в график. После сравнения сортов м/у собой, оказалось, что гипотеза не подтвердилась.

После того как мы поняли что морфологические параметры нельзя использовать как маркеры устойчивости, необходимо посмотреть на более глубоком уровне-молекулярном.

Источник

Молекулярные маркеры селекция растений

В прошлом номере мы рассказали о маркерной и геномной селекции в животноводстве. Но не менее активно она используется и в растениеводстве. О том, как ученые работают с ДНК растений, и какие возможности это открывает для современных аграриев, рассказал заведующий лабораторией генетики и селекции растений Ботанического сада НИУ БелГУ Михаил Третьяков.

Маркерная технология – это широко распространенный метод, который с помощью молекулярных маркеров позволяет проверять признаки растений. Эти маркеры представляют собой короткие сегменты ДНК с известным местоположением в геноме, которые наследуются вместе с определенным признаком.

Используя молекулярные маркеры, эти признаки можно быстро и легко идентифицировать до того, как они проявятся во взрослом растении. В результате, например, устойчивость к грибковым заболеваниям, вымоканию можно определить на ранних стадиях развития растений.

Молекулярные маркеры значительно повышают эффективность селекции, так как позволяют быстро производить отбор требуемых характеристик растений, вне зависимости от влияния окружающей среды. Например, если условий для вымокания в этом году нет, то и селекционный материал с этим признаком вы оценить не сможете. А геномная селекция как раз позволяет сделать это и установить, что ваш будущий сорт будет устойчив к вымоканию.

Геномная селекция – это этап развития традиционной маркерной технологии. Она позволяет производить лучший, более надежный отбор при выборе не только семенного материала, но и подходящих партнеров для скрещивания. Это важно в случае, если необходимо получить не один, а несколько признаков. Соответственно, одно родительское растение у вас будет с одним признаком, другое – с другим. После скрещивания, благодаря генетическим маркерам, вы точно определите, будут ли выбранные вами признаки в новых растениях.

Как это работает?

Что представляет собой наша работа? Мы можем, например, скрестить две родительские линии друг с другом, а полученные семена проращиваем. Затем у ростка берем образец, выделяем ДНК и анализируем его. Если в нем присутствует искомый маркер, то это чаще всего означает, что у взрослого растения будет необходимый признак, например, устойчивость к болезням или вымоканию. Поэтому с помощью молекулярных маркеров мы в течение 48 часов можем определить наличие признака в культивируемом сорте. Для этого не надо ждать развития семенного материала. Так мы проводим предварительный отбор потомства и перспективных форм растений.

Результаты испытаний мы всегда проверяем в полевых условиях, после чего отбираем еще кандидатов на дальнейшее культивирование. Раньше селекционеру приходилось за счет увеличения количества семенного материала получать необходимые комбинации, потому что он не всегда понимал, передался нужный признак или нет. А теперь мы все это можем сделать на ранней стадии и выращиваем растения, в которых уже точно есть искомые признаки. Это снижает нагрузку на селекционный участок.

Все это касается, по большей части, именно селекционеров. Но знание маркерной селекции и ее применение очень важно и для производственников, сотрудников хозяйств.

Сохранение признака

Сейчас одна из главных проблем производителей при закупке семян – их дороговизна, из-за чего многие не могут себе позволить приобрести качественный посадочный материал, то есть семена первой репродукции.

Поэтому, купив такой материал однажды, начинают его культивировать. Это может быть несколько циклов, два или три, в зависимости, опять же, от финансовых возможностей хозяйства. В результате происходит расщепление генов растений, в особенности, если используются гибриды, и утрата важных и ценных признаков. А это влечет за собой падение урожайности.

И в этой связи для агрария очень важно понимать, на каком этапе необходимо закупать новый семенной материал. Так, сельхозпроизводитель может контролировать, сохраняются ли, например, в пшенице, гены качества или признаки, связанные с

высокой урожайностью, устойчивостью к тем или иным заболеваниям и так далее.

При использовании маркерной селекции аграрии могут сдавать свой материал в лабораторию для того, чтобы точно понимать, на какой стадии расщепления находится их семенной материал. Если мы не находим необходимых маркерных генов, то делаем вывод, что и самих генов уже нет, а значит, нет и связанных с ними признаков. Такой семенной материал на следующий год лучше не использовать. Это позволяет, во-первых, сохранить урожайность, а во-вторых, не потерять деньги.

Определение чистоты

Маркерная и геномная селекция также помогают определить сортовую чистоту. Например, покупая сортовой материал вы не всегда можете быть уверены в его чистоте или репродуктивности. Под видом супер-элиты вам могут продать семена худшего качества. В деньгах – это существенная разница, а у сельхозпроизводителей каждая копейка на счету.

На основе маркерных профилей составляются генетические профили сортов растений. Своеобразный паспорт, который характерен только для одного сорта. Покупая семена, вы можете отдать его в лабораторию, и специалисты подтвердят, что это семена такого-то сорта такой-то чистоты. Это, в первую очередь – страховка от риска неблагонадежных поставщиков.

В дальнейшем, вероятно, будут создаваться генетические паспорта на все сельхозкультуры, и методами маркерной селекции будет подтверждаться их чистота. В некоторых регионах уже появляются программы, призванные поддерживать сортовую чистоту растений, гибридов на высоком уровне.

Таким образом, маркерная и геномная селекция выполняют три важных функции. Селекционер с ее помощью определяет, передался ли признак, аграрий – сохранился ли признак в ряде поколений, то есть, не произошло ли расщепление генетического материала. Третья функция – подтверждение сортовой чистоты. Для работы мы используем метод ПЦР-анализа, он очень прост в исполнении. Основная проблема заключается в том, какие маркеры выбираются для анализа, поскольку разные лаборатории используют разный набор маркерных генов.

Пока единых паспортов для сортов нет. Но перспективы очень широки. Так или иначе, мы к этому придем. Поэтому данные технологии ждет большое будущее, и вскоре они станут скорее рутиной, нежели чем-то необычным

Источник

Маркерная технология и геномная селекция

Краткая информация
С помощью молекулярных маркеров проверяются признаки растений.

Преимущества
Быстрый отбор требуемых характеристик растений, независимо от влияния окружающей среды.

Недостатки
Отсутствуют.

Начало использования
Применение в практической селекции растений с 1990-х годов.

Применение в KWS
Для разработки молекулярных маркеров (также известных как селекция с помощью маркеров, MAS), рутинная для всех культур.

Генетические маркеры — это короткие сегменты ДНК с известным местоположением в геноме, которые наследуются вместе с определенным признаком (например, геном). Используя молекулярные маркеры, эти признаки (гены) могут быть быстро и легко идентифицированы до того, как они проявятся на взрослом растении. В результате, например, устойчивость к грибковым заболеваниям можно определить на ранних стадиях развития растений. Молекулярные маркеры значительно повышают эффективность селекции растений.

Без этой современной технологии нам пришлось бы ждать взрослого состояния растения, чтобы увидеть желаемые характерные признаки. Например, селекционеры скрещивают две родительские линии друг с другом, полученные семена проращивают. Из маленького проростка можно взять небольшой образец листа, выделить из него ДНК и проанализировать её. Если в образце присутствует искомая ДНК, это означает, что у потомства присутствует необходимый признак. С помощью молекулярных маркеров мы можем в течение 48 часов определить наличие признака в культивируемом сорте. Это позволяет осуществлять предварительный отбор потомства и определить наиболее перспективные растения.

Результаты лабораторных испытаний проверяются в полевых условиях с гораздо меньшим количеством растений-кандидатов, что делает процесс селекции более эффективным.

Еще быстрее с геномной селекцией

Геномная селекция представляет собой дальнейшее развитие традиционной маркерной технологии (MAS) и позволяет проводить ещё лучший и более надежный отбор при выборе подходящих партнеров для скрещивания при создании будущих сортов. Поскольку стоимость детектирования генетическими маркерами значительно снизилась, одно растение может быть проанализировано на наличие различных маркеров одновременно.

Для этого селекционеры создают маркерный профиль с несколькими тысячами маркеров для каждого отдельного растения. Каждое растение имеет специфический маркерный профиль, сравнимый с отпечатком пальца. С помощью высокоэффективных маркерных технологий, уже внедренных в KWS, маркерные профили могут быть созданы быстро и экономично.

Тысячи маркерных профилей из одной популяции растений затем сопоставляются с измеренными полевыми данными. На основе этого разрабатываются статистические и математические модели, которые могут быть использованы для прогнозирования селекционной ценности растений и их пригодности для последующего возделывания сортов, базирующиеся на маркерных профилях семян или молодых растений. Затем компьютерная программа берет на себя задачу определения на основании маркерных профилей других отдельных растений, не прошедших полевые испытания, выбор тех растений, которые наиболее перспективны для скрещиваний. Благодаря этому процессу предварительного отбора не требуются многие полевые испытания, в то время как селекционный процесс продолжается.

Тесное сотрудничество между сотрудниками маркерной лаборатории и селекциионерами способствует повышению эффективности селекции и ее прогрессу.

Обзор наших методов селекции

Скрещивание и отбор

Скрещивание родительских растений, обладающих необходимыми характеристиками. Для последующего высева отбирают семена наиболее крупных и продуктивных растений.

Линейная селекция

Скрещивание родительских линий, которые дополняют друг друга по желаемым характеристикам. Далее происходит отбор лучших растений и их повторное скрещивание.

Селекция гибридов

Скрещивание двух генетически разных родительских линий.

Культура клеток и тканей

Регенерация целых клеток из отдельных клеток растения в лабораторных условиях с использованием питательной среды.

Маркеры

Молекулярные маркеры помогают определить наличие у растений необходимых характеристик.

Фенотипирование

Изучение характеристик выращиваемого растения в полевых условиях с использованием современных технологий автоматического анализа.

Генная инженерия

Введение отдельных генов или участков ДНК в геном культуры.

Исследование генома

Изучение общей структуры и биологической функции генома растения.

Источник