Оценка генетического сходства сортов хризантемы садовой коллекции Никитского ботанического сада с приминением SSR-анализа

Проведено исследование генетического сходства сортов популярного цветочно-декоративного объекта – хризантемы садовой (Chrysanthemum × morifolium (Ramat.) Hemsl.) коллекции Никитского ботанического сада с применением микросателлитного анализа. Исключительная экономическая важность и большое количество сортов данной культуры делают проблематичным их идентификацию, что приводит к менее эффективному процессу селекции. В случае хризантем генотипы практически невозможно различить с помощью фенотипических методов из-за высокой вариабельности морфологических характеристик, даже если они принадлежат к одной группе. Учитывая существенные преимущества молекулярно-генетического анализа для решения вопроса оценки генетического сходства сортов, целью настоящего исследования было генотипирование и установление генетической близости культиваров хризантемы, а также проведение генетической паспортизации сортов, внесенных в реестр селекционных достижений Российской Федерации. В исследования включено 2 вида (C. zawadzkii subsp. zawadzkii и С. сhanetii H. Lev.) и 23 сорта. Генетический анализ проведен по 6 SSR локусам. В изученной выборке выявлено 42 аллельных варианта. Высокий уровень сходства по аллельному составу был выявлен между парами сортов: 'Медея' и 'Puma White' (0,95), 'Элен' и 'Cascad’ de Orleans' (0,89), 'Адмирал Алферьев' и 'Puma White' (0,88), 'Кира' и 'Медея' (0,88), 'Кира' и 'Puma White' (0,88), 'Адмирал Алферьев' и 'Золотой Паучок' (0,86), 'Адмирал Алферьев' и 'Орфей' (0,86), 'Адмирал Алферьев' и 'Кира' (0,86), 'Орфей' и 'Puma White' (0,86). Установлено, что изученные сорта мелкоцветковых хризантем генетически близки к видам C. zawadzkii subsp. zawadzkii и С. chanetii, входящим в число вероятных видов-предков хризантемы садовой. Наши результаты продемонстрировали высокую воспроизводимость и информативность подобранных SSR маркеров, которые могут использоваться для оценки генетического разнообразия и взаимосвязей между сортами C. × morifolium.

1. Международная программа ботанических садов по охране растений / Под ред. Смирнова, Тихоновой. М., 2000. 57 с.

2. Супрун И.И., Токмаков С.В., Степанов И.В., Лободина Е.В. Методы молекулярного ДНК-маркирования в оценке генетического разнообразия косточковых культур // Научные Труды СКФНЦСВВ. 2019. Т. 23. С. 31–39. DOI 10.30679/2587-9847-2019-23-31-39

3. Улановская И.В., Смыкова Н.В., Андрюшенкова З.П. Аннотированный каталог цветочно-декоративных растений коллекции Никитского ботанического сада: в 5 т. / под ред. Ю.В. Плугатаря. Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2018. Т 3. 232 с.

4. Barakat M.N., Fattah R.S.A., Badr M., Eltorky M.G. In vitro mutagenesis and identification of new variants via RAPD markers for improving Chrysanthemum morifolium // African Journal Agriculture Research. 2010. № 5. P. 748–757. DOI: 10.5897/AJAR09.679.

5. Dai S.L., Chen J.Y., Li W.B. Application of RAPD analysis in the study on the origin of Chinese cultivated Chrysanthemum // Acta Botanica Sinica. 1998. Vol. 40. P. 1053–1059.

6. Dowrick G.J., El-Bayoumi A. The origin of new forms of the garden Chrysanthemum // Euphytica. 1966. № 15. P. 32–38.

7. Earl D.A., von Holdt B.M. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method // Conservation genetics resources. 2012. Vol. 4. №. 2. P. 359–361. https://doi.org/10.1007/s12686-011-9548-7.

8. Fei Z., Chen S., Chen F., Fang W., Yu C., Li F. SRAP-based mapping and QTL detection for inflorescence-related traits in chrysanthemum (Dendranthema morifolium) // Molecular Breeding. 2011. Vol. 27. P. 11–23. https://doi.org/10.1007/s11032-010-9409-1

9. Feng S., He R., Lu J., Jiang M., Shen X., Jiang Y., Wang, H. Development of SSR markers and assessment of genetic diversity in medicinal Chrysanthemum morifolium cultivars // Frontiers in Genetics. 2016. № 7. P. 1-13. https://doi.org/10.3389/fgene.2016.00113

10. Garibaldi A., Bertetti D., Gullino M.L. Susceptibility of chrysanthemum and Paris daisy varieties to several isolates of Fusarium oxysporum f. sp. Chrysanthemi // Communications in Agricultural and Applied Biological Sciences. 2009. Vol. 74. P. 651–657.

11. Hammer O., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis // Paleontologia Electronica. 2001. Vol. 4. №. 1. P. 1- 9.

12. Khaing A.A., Moe K.T., Hong W.J., Park C.S., Yeon K.H., Park H.S., Park Y.J. Phylogenetic relationships of chrysanthemums in Korea based on novel SSR markers // Genetics and Molecular Research. 2013. Vol. 12. № 4. P. 5335–5347.

13. Klie M., Menz I., Linde M., Debener T. Lack of structure in the gene pool of the highly polyploid ornamental chrysanthemum // Molecular Breeding. 2013. Vol. 32. P. 339–348. https://doi.org/10.1007/s11032-013-9874-4

14. Luo Ch., Chen Do., Cheng X., Liu H., Li Y., Huang C. SSR Analysis of Genetic Relationship and Classification in Chrysanthemum Germplasm Collection // Horticultural Plant Journal. 2018. Vol. 4. № 2. Р. 73–82. https://doi.org/10.1016/j.hpj.2018.01.003

15. Martin C., Uberhuaga E., Perez C. Application of RAPD markers in the characterisation of Chrysanthemum varieties and the assessment of somaclonal variation // Euphytica. 2002. Vol. 127. P. 247–253. https://doi.org/10.1023/A:1020215016347

16. Miao H.B., Chen F.D., Zhao H.B. Genetic relationship of 85 chrysanthemum [Dendranthema × grandiflora (Ramat.) Kitamura] cultivars revealed by ISSR analysis // Acta Horticulture Sinica. 2007. Vol. 34. P. 1243–1248.

17. Nagy S., Poczai P., Cernak I., Gorji A.M., Hegedus G., Taller J. PICcalc: an online program to calculate polymorphic information content for molecular genetic studies // Biochemical Genetics. 2012. Vol. 50. P. 670–672. https://doi.org/10.1007/s10528-012-9509-1

18. Olejnik A., Parkitna K., Kozak B., Florczak S., Matkowski J., Nowosad K. Assessment of the Genetic Diversity of Chrysanthemum Cultivars Using SSR Markers // Agronomy. 2021. Vol. 11. P. 2318 (1-9). https://doi.org/10.3390/agronomy11112318

19. Liu P.L., Wan Q., Guo Y.P., Yang J., Rao G.Y. Phylogeny of the genus Chrysanthemum L.: evidence from single-copy nuclear gene and chloroplast DNA sequences // PLoS One. 2012. Vol. 7. N 11. Р. 1–13. e48970. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0048970

20. Wan X., Lei D., Zhu M., Zhang H., Liao J., Zhang J., Liu Y. Phylogeny, genetics and ecological adaptation of the Chrysanthemum indicum complex // Medicinal Plant Biology. 2023. Vol. 2. N 17. P. 1–10. https://doi.org/10.48130/MPB-2023-0017

21. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. 2000. Vol. 155. №. 2. P. 945–959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945

22. Sehrawat S.K. DNA fingerprinting of chrysanthemum cultivars using RAPDs // Acta Horticulture. 2003. Vol. 624. P. 479–485 https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2003.624.66.

23. Shao Q.S., Guo Q.S., Deng Y.M., Guo H.P. A comparative analysis of genetic diversity in medicinal Chrysanthemum morifolium based on morphology, ISSR and SRAP markers // Biochemical Systematics and Ecology. 2010. Vol. 2010. P. 1160–1169. https://doi.org/10.1016/j.bse.2010.11.002

24. Song X.Y., Zhang C.Z., Ying L.I., Feng S., Yang Q., Huang S. SSR analysis of genetic diversity among 192 diploid potato cultivars // Horticulture Plant Journal. 2016. Vol. 2. P. 163–171. http://dx.doi.org/10.1016/j.hpj.2016.08.006

25. Hao D.C., Song Y., Xiao P., Zhong Y., Wu P., Xu L. The genus Chrysanthemum: Phylogeny, biodiversity, phytometabolites, and chemodiversity // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. P. 1–25 p. 202213, 973197. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.973197

26. Yang W.J., Glover B.J., Rao G.Y., Yang J. Molecular evidence for multiple polyploidization and lineage recombination in the Chrysanthemum indicum polyploid complex (Asteraceae) // New Phytology. 2006. Vol. 171. P. 875–886 https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2006.01779.x

27. Yu M., Yukawa T., Kondo K. Molecular phylogenetic analysis of members of Chrysanthemum and its related genera in the tribe Anthemideae, the Asteraceae in East Asia on the basis of the internal transcribed spacer (ITS) region and the external transcribed spacer (ETS) region of nrDNA // Chromosome Botany. 2009. Vol. 4. P. 25–36. https://doi.org/10.1111/j.1478-3231.2008.01760.x

28. Yuan W.J., Ye S., Dong M.F., Han Y.J., Zhang W.R., Shang F.D. Association analysis of phenotypic traits with SSR and SCoT molecular markers in Chrysanthemum morifolium // Acta Horticulturae Sinica. 2017. Vol. 44. P. 364–372.

29. Zhang F., Chen S., Chen F., Fang W., Li F. A preliminary genetic linkage map of chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium) cultivars using RAPD, ISSR and AFLP markers // Science Horticulture. 2010. Vol. 125. P. 422–428. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2010.03.028.

30. Zhang Y., Dai S., Hong Y., Song X. Application of genomic SSR locus polymorphisms on the identification and classification of chrysanthemum cultivars in China // PLoS One. 2014. Vol. 9. №. 8. P. e104856. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104856.

31. Zhang Y., Wang C., Ma H.Z., Dai S.L. Assessing the genetic diversity of chrysanthemum cultivars with microsatellites // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2013. Vol. 138. P. 479–486. https://doi.org/10.21273/JASHS.138.6.479.

32. Wang H., Jiang J., Chen S., Qi X., Peng H., Li P., Song A., Guan Z., Fang W., Liao Y. Next-generation sequencing of the Chrysanthemum nankingense (Asteraceae) transcriptome permits large scale unigene assembly and SSR marker discovery // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. e62293. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062293.