Генетический анализ разнообразия линий нута методом случайной амплификации полиморфной днк (RAPD)

Введение: Для селекции новых сортов нута используют разнообразные генетические ресурсы растений. Например, с помощью RAPD-праймеров и ПЦР-реакции можно амплифицировать случайно повторяющиеся последовательности на геномной ДНК нута для оценки его генетического разнообразия.Настоящее исследование направлено на изучение генетического разнообразия новых сортов нута линии FLIP.

Цель: анализ генетического разнообразия новых линий нута типа кабули селекции FLIP, полученных в  Международном центре сельскохозяйственных исследований засушливых регионов (ICARDA, ИКАРДА), с помощью RAPD-маркеров и выбора линий с широкой генетической вариацией для дальнейшей селекции уникальных и перспективных генотипов. 

Материалы и методы: молекулярные RAPD-маркеры, полученные в результате ПЦР-амплификации случайных участков геномной ДНК с одним праймером произвольной нуклеотидной последовательности, были использованы для изучения генетического разнообразия 18 линий нута кабули, произрастающего на территории Ирана. Выделение ДНК из сортов нута осуществляли методом Деллапорта, амплификацию участков генома проводили с использованием 8 праймеров. После электрофореза агарозный гель окрашивали бромистым этидием и анализировали амплифицированные фрагменты генома. 

Результаты: Линии нута были ранжированы на основе присутствия и отсутствия фрагментов ДНК, полученных с помощью RAPD-маркеров. Результаты показывают, что наибольшее количество ПЦР-продуктов нарабатывается с праймера UB763 (90 фрагментов ДНК), а наименьшее количество фрагментов ДНК ПЦР-продуктов нарабатывается с праймера T9 (10 фрагментов ДНК). При использовании праймера T9 у большинства линий амплифицируется продукт размером 700 п.н. При анализе полученных данных процент полиморфизма составил 75%, а коэффициент подобия Жаккара – 96%. 

Выводы: Исследование подтвердило, что RAPD-маркеры являются эффективными методами обнаружения генетической изменчивости нута. Установлено, что линии FLIP03-26C/3/98TH70/4/(FLIP93-210C/ FLIP87-8C)//S96086 и FLIP06-93C/4/2002TH 119/5/[(FLIP98-64C/FLIP98-47C)//Sel99ter85488] /3/ FLIP98-022C имеют наибольшую генетическую удаленность друг от друга, и их можно использовать в качестве родительских линий для получения новых сортов нута с высоким генетическим разнообразием. Полученные результаты могут быть применены для разработки эффективных планов долгосрочного управления генетическими ресурсами урожая нута.

1. Каримизаде, Р., Пезешкпур, П., Мирзаи, А., Барзали, М., Шарифи, П., Сафари Мотлах, М.Р. (2023). Анализ стабильности урожайности семян генотипов нута (Cicer arietinum L.) с помощью экспериментальных и биологических подходов. Вавиловский журнал генетики и селекции, 162, 135–145. https://doi.org/10.18699/VJGB-23-19

2. Салманова, М.Р. (2021). Статистический анализ качественных признаков, урожайности и некоторых технологических показателей генотипов нута (Cicer arietinum L). Успехи современного естествознания, 12, 76–82. https://doi.org/10.17513/use.37739

3. Таскинбаева, Р.Ж., Есимбекова, М.А., Ыдырыс, А.А., Байтаракова, К.Ж. (2022). Формирование активной коллекции нута (Cicer L.) для селекции на адаптивность и устойчивость в условиях юго-востока Казахстана. Зернобобовые и крупяные культуры, 2(42), 74-81. https://doi.org/10.24412/2309-348X-2022-2-74-81

4. Шихалиева, К. Б., Акперов, З. И., Амиров, Л. А., Гасанова, С. К., & Бабаева, С. М. (2016). Роль генофонда нута (Cicer arietinum L.) из коллекции зернобобовых культур в решении задач селекции в азербайджане. Успехи современного естествознания, (7), 101-105.

5. Ahmad, F., Khan, A. I., Awan, F. S., Sadia, B., Sadaqat, H. A., & Bahadur, S. (2010). Genetic diversity of chickpea (Cicer arietinumL.) germplasm in Pakistan as revealed by RAPD analysis. Genetics and Molecular Research, 9(3), 1414-1420. https://doi.org/10.4238/vol9-3gmr862

6. Chowdhury, M. A., Vandenberg, B., & Warkentin, T. (2002). Cultivar identification and genetic relationship among selected breeding lines and cultivars in chickpea (Cicer arietinum L.). Euphytica, 127, 317-325. https://doi.org/10.1023/A:1020366819075

7. Cummings M. (June 16, 2014). UMD-led public computational biology web service gains popularity. University of Maryland.

8. Datta, J., & Lal, N. (2011). Characterization of genetic diversity in Cicer arietinum L. and Cajanus cajan L. Millspaugh using random amplified polymorphic DNA and simple sequence repeat markers. Genomics and Quantitative Genetics, 3, 30-41.

9. Dellaporta, S. L., Wood, J., & Hicks, J. B. (1983). A plant DNA minipreparation: version II. Plant Molecular Biology Reporter, 1, 19-21.

10. Faridy, J. C. M., Stephanie, C. G. M., Gabriela, M. M. O., & Cristian, J. M. (2020). Biological activities of chickpea in human health (Cicer arietinum L.). A review. Plant Foods for Human Nutrition, 75, 142-153. https://doi.org/10.1007/s11130-020-00814-2

11. Fazeli, F., & Cheghamirza, K. (2011). Genetic variation in Iranian chickpea (Cicer arietinum L. kabuli type) based on agronomic traits and RAPD marker. Seed and Plant Journal, 27(4), 555-579.

12. Grover, A., & Sharma, P. C. (2016). Development and use of molecular markers: past and present. Critical Reviews in Biotechnology, 36(2), 290-302. https://doi.org/10.3109/07388551.2014.959891

13. Gupta, R. K., Gupta, K., Sharma, A., Das, M., Ansari, I. A., & Dwivedi, P. D. (2017). Health risks and benefits of chickpea (Cicer arietinum) consumption. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65(1), 6-22. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b02629

14. Gupta, S., Liu, C., & Sathe, S. K. (2019). Quality of a chickpea‐based high protein snack. Journal of Food Science, 84(6), 1621-1630. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14636

15. Hajibarat, Z., Saidi, A., Hajibarat, Z., & Talebi, R. (2015). Characterization of genetic diversity in chickpea using SSR markers, start codon targeted polymorphism (SCoT) and conserved DNA-derived polymorphism (CDDP). Physiology and Molecular Biology of Plants, 21, 365-373. https://doi.org/10.1007/s12298-015-0306-2

16. Iruela, M., Rubio, J., Cubero, J. I., Gil, J., & Millan, T. (2002). Phylogenetic analysis in the genus Cicer and cultivated chickpea using RAPD and ISSR markers. Theoretical and Applied Genetics, 104(4), 643-651. https://doi.org/10.1007/s001220100751

17. Juárez‐Chairez, M. F., Cid‐Gallegos, M. S., Meza‐Márquez, O. G., & Jiménez‐Martínez, C. (2022). Biological functions of peptides from legumes in gastrointestinal health. A review legume peptides with gastrointestinal protection. Journal of Food Biochemistry, 46(10), e14308. https://doi.org/10.1111/jfbc.14308

18. Jukanti, A. K., Gaur, P. M., Gowda, C. L. L., & Chibbar, R. N. (2012). Nutritional quality and health benefits of chickpea (Cicer arietinum L.): a review. British Journal of Nutrition, 108(S1), S11-S26. http://dx.doi.org/10.1017/S0007114512000797

19. Kanouni, H., Farayedi, Y., Saeid, A., & Sabaghpour, S. H. (2015). Stability analyses for seed yield of chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes in the western cold zone of Iran. Journal of Agricultural science, 7(5), 219. https://doi.org/10.5539/jas.v7n5p219

20. Kamel, M., and Moradi, P. 2008. Determination of traits effective on seed yield of 36 lines of chickpea (Cicer arietinum L.) in northwest provinces of Iran in dry land conditions. Seed and Plant Journal, 24(2), 347-257. https://doi.org/10.22092/SPIJ.2017.110809

21. Malik, S. R., Ghulam, S., Muhammad, Z., Iqbal, S. M., & Asghar, A. (2014). Genetic diversity analysis of morpho-genetic traits in Desi chickpea (Cicer arietinum). International Journal of Agriculture and Biology, 16(5), 956-960.

22.

23. López-Martínez, L. X., Leyva-López, N., Gutiérrez-Grijalva, E. P., & Heredia, J. B. (2017). Effect of cooking and germination on bioactive compounds in pulses and their health benefits. Journal of Functional Foods, 38, 624-634. https://doi.org/10.1016/j.jff.2017.03.002/

24. Rachwa-Rosiak, D., Nebesny, E., & Budryn, G. (2015). Chickpeas—composition, nutritional value, health benefits, application to bread and snacks: a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55(8), 1137-1145. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.687418

25. Rao, L. S., Usha Rani, P., Deshmukh, P. S., Kumar, P. A., & Panguluri, S. K. (2007). RAPD and ISSR fingerprinting in cultivated chickpea (Cicer arietinum L.) and its wild progenitor Cicer reticulatum Ladizinsky. Genetic Resources and Crop Evolution, 54, 1235-1244. https://doi.org/10.1007/s10722-006-9104-6

26. Rostami-Ahmadvandi, H., Kahrizi, D., Cheghamirza, K., Nosratti, I., & Zargooshi, J. (2016). Molecular and agro-morphological genetic diversity assessment of Chickpea mutants induced via ethyl methane sulfonate. Cellular and Molecular Biology, 62(11), 8-12. https://doi.org/10.14715/cmb/2016.62.11.2

27. Raina, A., Khan, S., Wani, M. R., Laskar, R. A., & Mushtaq, W. (2019). Chickpea (Cicer arietinum L.) cytogenetics, genetic diversity and breeding. Advances in Plant Breeding Strategies: Legumes, 7, 53-112. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23400-3_3

28. Rezaeinia, M., Bihamta, M. R., Peyghambari, S. A., Abbasi, A., & Gharajedaghi, F. (2017). Genetic diversity and relationships between some agronomic traits of chickpea genotypes (Cicer arietinum L.) under non-stress and terminal drought stress conditions. Iranian Journal Pulses Research, 8(1), 83-96. https://doi.org/10.22067/ijpr.v8i1.48717

29. Salahvarzi, M., Nasr Esfahani, M., Shirzadi, N., Burritt, D. J., & Tran, L. S. P. (2021). Genotype‐and tissue‐specific physiological and biochemical changes of two chickpea (Cicer arietinum) varieties following a rapid dehydration. Physiologia Plantarum, 172(3), 1822-1834. https://doi.org/10.1111/ppl.13452

30.

31. Somel K. (1983). Nutrition-Related Dimensions of Agricultural Research at ICARDA. International Center for Agricultural Research in the Dry Areas.

32. Upadhyaya, H. D., Dwivedi, S. L., Gowda, C. L. L., & Singh, S. (2007). Identification of diverse germplasm lines for agronomic traits in a chickpea (Cicer arietinum L.) core collection for use in crop improvement. Field Crops Research, 100(2-3), 320-326. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2006.08.008

33. Yadav, P., Koul, K. K., Shrivastava, N., Mendaki, M. J., & Bhagyawant, S. S. (2015). DNA polymorphisms in chickpea accessions as revealed by PCR-based markers. Cellular and Molecular Biology, 61(5), 84-90.

34. Yücel, D. Ö., Anlarsal, A. E., & Yücel, C. (2006). Genetic variability, correlation and path analysis of yield, and yield components in chickpea (Cicer arietinum L.). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 30(3), 183-188.