Генетические маркеры отвечающие за количество крахмала у картофеля

Введение

Содержание крахмала в картофеле определяет его технологические и потребительские качества. Клубни с высоким содержанием усвояемых полисахаридов характеризуются хорошими вкусовыми качествами, высокой энергетической ценностью, а так же рассыпчатостью и мучнистостью, поэтому отбор картофеля по высокому содержанию крахмала – традиционное направление его селекции.

Традиционные методы селекции, применявшиеся человеком на протяжении 10 тысяч лет, позволили вывести около 150 видов культурных растений, свойства которых позволяли удовлетворить потребности в питании, но всё же далеки от желаемых. Большую часть этого времени (то есть до открытия законов наследования) доместикация растений происходила путём опытного подбора семенного материала по интересующим селекционера признакам из поколения в поколение. Только в 19 веке было предложено скрещивание лучших родителей для получения лучшего потомства, что позволило значительно повысить эффективность сельского хозяйства.

Открытие законов наследственности и изменчивости открыло людям новые возможности, позволив сначала осуществлять межвидовое скрещивание растений и мутагенез. Но даже при таком подходе создание новых сортов растений с заданными свойствами занимает более 10 лет, сам процесс трудозатратен, а выведенные сорта растений не всегда способны продолжительное время сохранять свои свойства (устойчивость к фитопатогенам, например).

Самые современные методы исследования живых тканей и биологических соединений – электрофорез, хроматография, мечение атомов и другие – в конечном итоге позволили применять в селекции знания из области биохимии, молекулярной биологии и генетики. Пример таких инноваций – маркер-ориентированная селекция. Суть этого метода состоит в исследовании посевного материала с использованием специальных диагностических маркеров. Сегодня в качестве таких маркеров выступают участки ДНК, либо содержащие ген, ответственный за нужный признак, либо наследующиеся с ним сцеплено. То есть, если растение содержит нужные варианты генов, его используют в работе по выведению сорта.

Хотя такая формулировка представляет данный процесс достаточно сложным, маркер-ориентированная селекция имеет ряд серьёзных преимуществ. Во-первых, данный метод ускоряет процедуру выведения нового сорта растений ввиду сокращения затрат времени на получение и анализ большого количества растений. Меньшее количество испытуемых растений требует меньших материальных затрат на их выращивание и анализ, и это второе преимущество такой селекции. В-третьих, отбор организмов по ДНК исключает влияние внешних условий на отбор селекционного материала. Кроме этого, выявление генетических маркеров у организмов разного вида позволяет успешно привлекать генную инженерию к выведению новых сортов растений [1].

Соответственно, для интенсификации процессов выведения сортов картофеля необходима разработка генетических маркеров, ассоциированных с теми или иными ценными признаками – урожайностью, устойчивостью к действию фитопатогенов или определённым климатическим условиям, и в том числе с содержанием крахмала.

Цель данной работы: рассмотреть существующие генетические маркеры, связанные с содержанием крахмала в клубнях.

Список использованных источников

1. Кончанов Н.А., Кочетов А.В., Салина Е.А. Состояние и перспективы использования Маркерориентированной и геномной селекции растений // Вестник Российской академии наук. – 2017. – Т. 87. – № 4. – С. 348-354

2. Smith A.M., Martin C. 1993. Starch biosynthesis and the potential for its manipulation. In Biosynthesis and Manipulation of Plant Products, ed. D Grierson, pp. 1–54. Glasgow: Blackie

3. Симаков, Е.А., Яшина, И.М. Генетические основы селекции картофеля на улучшение питательной ценности / Е.А. Симаков, И.М. Яшина. Научнопрактический журнал: Защита картофеля, 2011. № 1. с. 2-5.

4. Zeeman SC, Kossmann J, Smith AM. 2010. Starch: its metabolism, evolution, and biotechnological modification in plants. Annu. Rev. Plant Biol. 61:209–34

5. Smith AM. 2012. Starch in the Arabidopsis plant. Starch - Starke 64: 421–434

6. Seung D, Soyk S, Coiro M, Maier BA, Eicke S, Zeeman SC. 2015. PROTEIN TARGETING TO STARCH is required for localising GRANULE-BOUND STARCH SYNTHASE to starch granules and for normal amylose synthesis in Arabidopsis. PLoS Biology 13: e1002080.

7. Gebhardt, C., Ritter, E., Debener, T., Schachtschabel, U., Walkemeier, B., Uhrig, H., & Salamini, F. (1989). RFLP analysis and linkage mapping in Solanum tuberosum. Theoretical and Applied Genetics, 78(1), 65–75.

8. Gebhardt, C., Ritter, E., Barone, A., Debener, T., Walkemeier, B., Schachtschabel, U., Salamini, F. (1991). RFLP maps of potato and their alignment with the homoeologous tomato genome. Theoretical and Applied Genetics, 83(1).

9. Schäfer-Pregl, R., Ritter, E., Concilio, L., Hesselbach, J., Lovatti, L., Walkemeier, B., Thelen, H., Salamini, F., and Gebhardt, C. (1998). Analysis of quantitative trait loci (QTL) and quantitative trait alleles (QTA) for potato tuber yield and starch content. Theor. Appl. Genet. 97, 834–846.

10. Bradeen, J. M., and Kole, C. 2011. Genetics, Genomics and Breeding of Potato. CRC Press, Boca Raton, FL.

11. Хлесткина, Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции / Е.К. Хлесткина // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2013. – Т. 17, № 4/2. – С. 1044–1054.

12. Chen, X., Salamini, F., Gebhardt, C., 2001. A potato molecular-function map for carbohydrate metabolism and transport. Theor. Appl. Genet. 102, 284–295.

13. Gebhardt, C., Li, L., Pajerowska-Mukthar, K., Achenbach, U., Sattarzadeh, A., Bormann, C., … Ballvora, A. (2007). Candidate Gene Approach to Identify Genes Underlying Quantitative Traits and Develop Diagnostic Markers in Potato. Crop Science, 47(Supplement_3), S–106.

14. Li L, Paulo MJ, Strahwald J, Lubeck J, Hofferbert HR, Tacke E, Junghans H, Wunder J, Draffehn A, van Eeuwijk F, Gebhardt C: Natural DNA variation at candidate loci is associated with potato chip color, tuber starch content, yield and starch yield. Theor Appl Genet 2008, 116:1167-1181.

15. Draffehn, A. M., Meller, S., Li, L., & Gebhardt, C. (2010). Natural diversity of potato (Solanum tuberosum) invertases. BMC Plant Biology, 10(1), 271.

16. Fischer, M., Schreiber, L., Colby, T., Kuckenberg, M., Tacke, E., Hofferbert, H.-R., … Gebhardt, C. (2013). Novel candidate genes influencing natural variation in potato tuber cold sweetening identified by comparative proteomics and association mapping. BMC Plant Biology, 13(1), 113.

17. Schreiber, L., Nader-Nieto, A. C., Schönhals, E. M., Walkemeier, B., & Gebhardt, C. (2014). SNPs in Genes Functional in Starch-Sugar Interconversion Associate with Natural Variation of Tuber Starch and Sugar Content of Potato ( Solanum tuberosum L.) . G3: Genes|Genomes|Genetics, 4(10), 1797–1811.

18. Li, L., Tacke, E., Hofferbert, H.-R., Lübeck, J., Strahwald, J., Draffehn, A. M., … Gebhardt, C. (2013). Validation of candidate gene markers for marker-assisted selection of potato cultivars with improved tuber quality. Theoretical and Applied Genetics, 126(4), 1039–1052.

19. Schönhals, E. M., Ortega, F., Barandalla, L., Aragones, A., Ruiz de Galarreta, J. I., Liao, J.-C., … Gebhardt, C. (2016). Identification and reproducibility of diagnostic DNA markers for tuber starch and yield optimization in a novel association mapping population of potato (Solanum tuberosum L.). Theoretical and Applied Genetics, 129(4), 767–785.

20. Lössl, A, et al. 2000. Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastid-mitochondrial configurations to starch production. Euphytica 116: 221-230.

21. Hosaka, K, Sanetomo, R. 2012. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections. Theoretical and applied genetics 125: 1237-1251.

22. Provan, J., Powell, W., Dewar, H., Bryan, G., Machray, G. C., & Waugh, R. (1999). An extreme cytoplasmic bottleneck in the modern European cultivated potato (Solanum tuberosum) is not reflected in decreased levels of nuclear diversity. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 266(1419), 633–639.

23. Sanetomo, R., & Hosaka, K. (2011). A maternally inherited DNA marker, descended from Solanum demissum (2n = 6x = 72) to S. tuberosum (2n = 4x = 48). Breeding Science, 61(4), 426–434.

24. Sanetomo, R., & Gebhardt, C. (2015). Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biology, 15(1).