ВИЗНАЧЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО ПОЛІМОРФІЗМУ ГЕНІВ БІОСИНТЕЗУ КРАХМАЛУ У КИТАЙСЬКИХ СОРТІВ КУКУРУЗИ (ZEA
Ціна:
Автори роботи:
Науковий журнал:
Рік виходу:
Текст наукової статті на тему «ВИЗНАЧЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО ПОЛІМОРФІЗМУ ГЕНІВ БІОСИНТЕЗУ КРАХМАЛУ У КИТАЙСЬКИХ СОРТІВ КУКУРУЗИ (ZEA MAYS L.) ЗА ДОПОМОГОЮ SNAP-АНАЛІЗУ»
МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ, 2009, том 43, № 6, с. 1006-1015
== ГЕНОМІКА. ТРАНСКРИПТОМІКА. ПРОТЕОМІКА =
Аналіз генетичного розмаїття популяцій кукурудзи – важливий етап вивчення її генетичної структури та обґрунтування генетичних маніпуляцій у кукурудзництві. Гени Sh2, Bt2, Sh1, Wx1, Ae1 та Su1 біосинтезу крохмалю великою мірою визначають рівень та якість урожаю. У цій роботі визначено генетичну різноманітність зазначених генів у 67 елітних китайських інбредних лініях кукурудзи за допомогою методу визначення поліморфізму однонуклеотидних замін (SNAP). Показано, що кількість гаплотипів по всіх генах і популяціях значно нижча від теоретично очікуваного 2" (де n - число сайтів SNAP). за гапло-типами SNAP-маркерів до різних кластерів Крім того, кластеризація на рівні підгруп пов'язана з генетичним походженням відповідних ліній При деяких типах поліморфізму в генах Bt2, Sh1 і Ae1 спостерігається внутрішньогенне нерівновагу зі зчеплення, в той час як деякі інші типи поліморфізму в генах Bt2, Sh1 і Su1, характеризуються міжгенною нерівновагою зі зчеплення.Аналіз зв'язку між гаплотипами по досліджуваних сайтах і фенотипів зернівки показав, що (напів)кремнисті і (напів)зубоподібні лінії мають загальні гаплотипи по двох сайтах в гені Bt2 і Bt2-5) - TA і CC відповідно Виявлено асоціацію двох гаплотипів по чотирьох сайтах генаSh1 (Sh1-2, Sh1-3, Sh1-4 та Sh1-5) - сайти ATGT та GTGC - з пристосуванням інбредних ліній кукурудзи до помірного та тропічного клімату відповідно.
Ключові слова: кукурудза, біосинтез крохмалю, SNAP, генетична різноманітність, молекулярна селекція, гаплотип, нерівновага зі зчеплення.
Key words: maize, starch biosynthesis, SNAP, genetic diversity, molecular breeding, haplotype, linkage disequilibrium.
Кукурудза має великий геном та високий рівень поліморфізму ДНК. Китайські інбредні лінії та/або ізоляти кукурудзи є цінним матеріалом для наукових досліджень та практичних досліджень в галузі селекції. Оцінка генетичного розмаїття інбредних ліній необхідна розуміння їх генетичної структури і є важливою для наступних генетичних маніпуляцій.
Для вивчення генетичного розмаїття застосовуються різні типи молекулярних маркерів, як, наприклад, поліморфізм довжини рестраційних фрагментів (ПДРФ) [1], поліморфізм довжин ампліфікованих фрагментів (AFLP) [2], поліморфізм при випадковій ампліфікації ДНК (RAPD) [3], як вприємність мікросателітних та/або простих повторюваних послідовностей (SSR) [4], числа тандемних повторів (VNTR) [5], а також як визначення однонуклеотидних замін (SNP) [6], коротких тандемних повторів (STR) [ 7] та поліморфізму одиночних характеристик (SFP) [8]. Однонуклеотидна заміна (SNP), як найменша одиниця варіабельності геному [9], є одним із найбільш чутливих маркерів при оцінці генетичної різноманітності взагалі і в популяціях кукурудзи, зокрема. SNP-маркери застосовуються при аналізі еволюційної екології популяцій [10] та для ідентифікації алелів, що впливають на виживання організмів або їх стійкість до стресу [11]. Розроблено кілька методівтестування SNP-маркерів. Перелічимо деякі. 1) Методи, засновані на гібридизації (наприклад, динамічна аллель-специфічна гібридизація, молекулярні "маячки" та SNP-мікроматриці); 2) ферментативні методи (ПДРФ, методи на основі ПЛР, метод добудови затравки, методи із застосуванням flap-ендонуклеази, 5'-нуклеази та лі-газна детекція); 3) інші методи постампліфікаційної детекції, засновані на фізичних властивостях ДНК; 4) секвенування. Більшість із них або вимагають застосування дорогого обладнання, або мало ефективні під час тестування великої кількості зразків. Методика SNAP, заснована на ПЛР, відрізняється в першу чергу тим, що 3'-кінець одного з праймерів збігається з відомим сайтом SNP. Оптимально підібрані умови реакції дозволяють отримувати продукт ПЛР тільки на матриці, що несе відповідний аллель SNP. Таким чином, метод забезпечує можливість високопродуктивного тестування SNP-маркерів у великій кількості зразків без застосування дорогого обладнання.
Вибір шести генів - shrunken1 (Sh1), shrunken2 (Sh2), brittle2 (Bt2), amylose extenderl (Ae1), sugaryl (Sul) і waxyl (Wxl) - обумовлений їх роллю в біосинтезі крохмалю, яка полягає у визначенні вмісту та складу , а також у накопиченні розчинних сахаридів у зернівці ку-
курузи [12, 13]. Ген Sh1 кодує сахарозосинтазу, що каталізує синтез сахарози з NDP-глюкози та D-фруктози на першому етапі біосинтезу крохмалю. Втрата активності цього ферменту призводить до зменшення вмісту крохмалю з подальшим утворенням - при визріванні - щуплі або спали зернівки [14]. Гени Sh2 і Bt2 кодують велику і малу субодиниці ADP-глюкозопірофосфорилази, алостеричного ферменту, що каталізує перетворення глюкозо-1-фосфату і АТР в ADP-глюкозу іпіро-фосфат, що є лімітуючим швидкість етапом у біосинтезі крохмалю. ADP-глюкоза далі служить основним, а то й єдиним, попередником для синтезу крохмалю [15]. Мутації генів Sh1, Sh2 та Bt2 призводять до зниження вмісту крохмалю в ендоспермі зерновок кукурудзи. Ген Wxl кодує пов'язану з гранулами крохмальсинтазу, ген Ael кодує крохмаль-гілкаючий фермент IIb, а ген Sul - фермент, що розщеплює точки розгалуження. Активність продуктів генів Wxl, Ael та Sul регулює співвідношення аміло-пектину та амілози в зернівці [16-18].
Таким чином, цим шести генам належить ключова роль у метаболізмі крохмалю у кукурудзи, що визначає їхню сільськогосподарську значимість і привертає велику увагу до проблеми їхнього генетичного розмаїття [13, 19]. У роботі ми вивчили методом SNAP поліморфізм шести зазначених генів у 67 елітних китайських інбредних лініях кукурудзи. Наші результати можуть мати цінність на формування гетерозисних груп при селекції кукурудзи.
Рослинний матеріал та виділення ДНК. У роботі використали 67 інбредних ліній кукурудзи з китайських провінцій Ляонін, Гуансі, Хубей, Шаньдун, Шаньсі та Хенань. Всі вони, за винятком B73 і Mo17, - місцеві китайські інбредні лінії і є основним генетичним матеріалом, що застосовується при селекції кукурудзи в Китаї. Загальна інформація щодо цих інбредних ліній представлена в табл. 1.
Насіння пророщували та вирощували в теплицях. Для виділення ДНК використовували листя двотижневих рослин. ДНК виділяли із застосуванням сечовини [20].
Праймери та секвенування продуктів ПЛР.
Послідовності праймерів для SNAP-аналізу сконструйовані та описані раніше [13, 19]. Для визначення кожного SNP підбирали три праймери: загальний, що лежить вище або нижче сайту SNP, і два зустрічних йомупраймера, у кожного з яких 3'-кінець відповідає одно алелелю в сайті SNP.
Таблиця 1. Найменування, генетичне походження та фенотип зернівки 67 ізолятів кукурудзи
№ Інбредна лінія Походження Екологічна адаптація Родовід Фенотип
1 B73 Китай Ті Reid Кр
2 Ye478 Ті Reid Зуб
3 M017 Ті Lancaster Пзуб
4 Zi330 Ті Lancaster Пзуб
5 Dan340 Ті Lvdahonggu Пзуб
6 E28 Ті Lvdahonggu Пзуб
7 Huangzao4 Ті Sipingtou Кр
8 Ye502 Ті Sipingtou Зуб
9 Zong3 Ті Reid Зуб
10 Huang C 1/2 Тр Зародок. плазма Пзуб
11 Qi319 Стр. Зародок. плазма Кр
12 P138 Тр Зародок. плазма Кр
13 178 Тр Зародок Кр
14 Fu83 Ляонін Неізв Неізв Зуб
15 Fu85 Незв Неіз Зуб
16 Fu96 Незв. Незв.
17 Fu124 Незв. Незв.
18 Fu125 Неізв Неізв Зуб
19 Shen137 Стр Неізв Кр
20 Shen5003 Тр Reid Зуб
21 9046 Тр Reid Кр
22 8085 Хенань Стр Lvdah
Для подальшого читання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються у форматіPDFна вказану при оплаті пошту. Термін доставки становитьменше 10 хвилин. Вартість однієї статті -150 рублів.
Подібні наукові роботи на тему «Біологія»
МАРУСИН А.В., ПЕЛЬС Я.Р., СПІРИДОНОВА М.Г., СТЕПАНОВ В.А. - 2007 р.
ПОХМЕЛЬНИХ Г.А., Шумний В.К. - 2009 р.
СПІРИДОНОВА М.Г., СТЕПАНОВ В.А., ТРИФОНОВА О.О. - 2008 р.
ЛЕСНЯК О.М., НУРЛИГАЯНОВ Р.З., СЕЛЕЗНЄВА Л.І., УСЕНКО К.П., ФАЗЛИЄВА Е.А., ХУСАЇНОВА Р.І., ХУСНУТДІНОВА Е.К. - 2008 р.