WYKORZYSTANIE MARKERÓW SSR DO MOLEKULARNEJ CHARAKTERYSTYKI ZASOBÓW GENOWYCH JABŁONI. Wstęp

Transkrypt

1 Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu CCCLXXXIII (2007) ANNA HAWLICZEK, MARTA STANKIEWICZ-KOSYL, STANISŁAW W. GAWROŃSKI WYKORZYSTANIE MARKERÓW SSR DO MOLEKULARNEJ CHARAKTERYSTYKI ZASOBÓW GENOWYCH JABŁONI Z Samodzielnego Zakładu Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie ABSTRACT. A collection of apple accessions was tested with SSR primers. The genetic-relatedness dendrogram was concordant with known pedigree information. The analysed markers proved to be very useful for managing apple germplasm collections. Key words: SSR, apple, genetic variation, germplasm collection, varieties identification Wstęp Uprawa roślin zbliżonych do siebie genetycznie lub uprawa w monokulturach znacznie obniżają możliwości adaptacyjne roślin, co prowadzi do większej ich podatności na zagrożenia biotyczne i abiotyczne. Jabłoń jest jednym z najważniejszych gatunków sadowniczych uprawianych w krajach klimatu umiarkowanego, jednak większość światowej produkcji opiera się na dwóch głównych odmianach: Delicious oraz Golden Delicious. Na całym świecie powstają instytucje, które poprzez tworzenie banków genów oraz zakładanie kolekcji ex situ, gdzie gromadzi się materiał roślinny, mają na celu ochronę zasobów genowych. Markery molekularne, za których pomocą wykrywa się polimorfizm sekwencji DNA zrewolucjonizowały zarówno tempo, jak i precyzję opisywania dużych populacji roślinnych. Bardzo często wykorzystywane są markery mikrosatelitarne (SSR Simple Sequence Repeats). Mają one charakter kodominujący, cechuje je wysoki stopień polimorfizmu, umożliwiają analizę dużych populacji, a wymiana danych pomiędzy laboratoriami jest stosunkowo łatwa. Celem pracy była ocena możliwości wykorzystania wybranych markerów SSR w zarządzaniu kolekcją jabłoni oraz molekularna charakterystyka zasobów genowych części kolekcji z Pola Doświadczalnego SGGW w Wilanowie. Rocz. AR Pozn. CCCLXXXIII, Ogrodn. 41: Wydawnictwo Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, Poznań 2007 PL ISSN

2 316 A. Hawliczek, M. Stankiewicz-Kosyl, S.W. Gawroński Materiał i metody Izolację DNA metodą CTAB (Rogers i Bendich 1985) z niewielkimi modyfikacjami przeprowadzono z liści klonu U 211 oraz 44 odmian jabłoni z kolekcji zlokalizowanej na Polu Doświadczalnym SGGW w Wilanowie. Do powielenia DNA wykorzystano osiem par starterów SSR: NZ28f4, NZ23g4, NZ04h11, NZ02b1, NZ01a6 (Guilford i in. 1997); CH02D12, CH01C06 (Gianfrancechi i in. 1998) i CH01H10 (Liebhard i in. 2002) według protokołu opisanego przez poszczególnych autorów. Produkty amplifikacji były rozdzielane w 6-procentowym poliakrylamidowym żelu denaturującym i barwione azotanem srebra. Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu programu POPGENE 1.32 (Yeh i in. 1999). Wyniki i dyskusja Na podstawie odległości genetycznych, przy użyciu metody UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Average metoda najbliższego sąsiedztwa) w programie POPGENE, sporządzony został dendrogram (ryc. 1), będący graficznym przedstawieniem odległości genetycznych pomiędzy 44 badanymi odmianami i klonem U 211. Grupowanie roślin w obrębie dendrogramu bardzo często wiąże się z ich rodowodem oraz może korelować z geograficznym regionem pochodzenia analizowanych osobników. W otrzymanym dendrogramie można wyodrębnić kilka wyraźnych grup (ryc. 1). Do pierwszej należą odmiany takie, jak: Freedom, Ligol, Šampion, Gala i Elstar, posiadające w rodowodzie Golden Delicious. Kolejną stanowiły te wywodzące się od Cox s Orange Pippin ( Alkmene, Delikates, James Grieve, Fiesta ). Fiesta pochodzi z krzyżowania Cox s Orange Pippin i Idared, co może tłumaczyć obecność odmiany Idared w grupie. Blisko siebie znalazły się również odmiany spokrewnione z odmianą McIntosh. Dendrogramy, które uzyskali Oraguzie i in. (2005) dla podkładek jabłoni czy Hokanson i in. (1998) dla odmian jabłoni również w wysokim stopniu korespondowały z rodowodami badanych osobników, zwłaszcza gdy nie było wątpliwości co do rodowodu. Niewielka odległość genetyczna odmian wywodzących się z jednego kraju bardzo często wynika z faktu, iż pochodzą one z tych samych programów hodowlanych, opartych na zbliżonym genetycznie materiale wyjściowym, tak jak w przypadku bliskiego sąsiedztwa na dendrogramie trzech polskich odmian i klonu U 211 (ryc. 1). Odmiany Waleria i Sawa pochodzą od odmiany Primula, która ze względu na gen V f warunkujący odporność na parcha, bywa bardzo często wykorzystywana do krzyżowań w programie hodowlanym SGGW. Umiejscowienie klonu U 211 na dendrogramie blisko odmiany Primula potwierdza sugestie dotyczące rodowodu tego klonu. Przy użyciu markerów mikrosatelitarnych odmiany jabłoni mogą być jednoznacznie identyfikowane. Na podstawie porównania długości alleli udało się zidentyfikować odmianę mylnie w kolekcji oznaczoną jako Kovelit. W osobniku opisanym jako Kovelit II stwierdzono inne długości alleli w większości analizowanych loci SSR niż w odmianie Kovelit (ryc. 2). W podobny sposób odmiany mylnie oznaczone wykryli w kolekcji jabłoni Hokanson i in. (1998).

3 Wykorzystanie markerów SSR ,1 Idared Alkmene Fiesta Delikates James Grieve Linda Waleria Primula U211 Marwit Empire Fantazja Sawa Jerceymac Vista Bella Kovelit Paulared Harelson Lobo McIntosh Imruz Bankroft Fireside Red Melrose Breaburn Spartan Starking Freedom Gloster George Cave Ligol Siewka Gor. Sampion Beforest Wealthy Granny Smith Ingrid Marie Gala Elstar Golden Delicious Antonówka Discovery Early Victoria Pilot Ryc. 1. Dendrogram ilustrujący pokrewieństwo pomiędzy 44 analizowanymi odmianami i klonem U 211 wygenerowany przy użyciu metody UPGMA na podstawie matrycy odległości genetycznych Fig. 1. Dendrogram showing the realtionships among 44 analysed varieties and the clone U 211 generated using UPGMA method on the basis of genetic distances matrix

4 318 A. Hawliczek, M. Stankiewicz-Kosyl, S.W. Gawroński Primula S. Goriaczkow. Granny Smith U 211 Idared Sawa Discovery Waleria Haralson Ligol Imruz Kovelit Kovelit II Wealthy James Grieve Ryc. 2. Profil DNA mikrosatelitarnego locus NZ28f4, strzałka wskazuje allel obecny w osobniku opisanym jako Kovelit II, brak go w odmianie Kovelit Fig. 2. Microsatellite DNA profile of NZ28f4 locus, the arrow indicates the allele present in the individual described as Kovelit II, it is absent in Kovelit Literatura Gianfranceschi L., Seglias N., Tarchini R., Komjanc M., Gessler C. (1998): Simple sequence repeats for the genetic analysis of apple. Theor. Appl. Genet. 96: Guilford P., Prakash S., Zhu J.M., Rikkerink E., Gardiner S., Basset H., Forster R. (1997): Microsatellites in Malus domestica (apple): abundance, polymorphism and cultivars identification. Theor. Appl. Genet. 94: Hokanson S.C., Szewc-McFadden A.K., Lamboy W.F., McFerson J.R. (1998): Microsatellite (SSR) markers reveal genetic identities, genetic diversity and relationships in Malus domestica Borkh. core subset collection. Theor. Appl. Genet. 97: Liebhard R., Gianfranceschi L., Koller B., Ryder C.D., Tarchini R., van de Weg E., Gessler C. (2002): Development and characterization of 140 new microsatelites in apple (Malus domestica Borkh.). Mol. Breed. 10: Oraguzie N.C., Yamamoto T., Soejima J., Suzuki T., De Silna N. (2005): DNA fingerprinting of apple (Malus spp.) rootstock using Simple Sequence Repeats. Plant Breed. 124: Rogers S.O., Bendich A.J. (1985): Extraction of DNA from miligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant. Mol. Biol. 5: Yeh F.C., Yang R., Boyl T. (1999): POPGENE version Microsoft Window -based freeware for population genetic analysis. A joint project development. Mol. Biol. Biotechnol. Cent., Univ. Alberta, Cent. Int. Fores. Res. Available at

5 Wykorzystanie markerów SSR USE OF MICROSATELLITE MARKERS IN THE MOLECULAR CHARACTERIZATION OF APPLE GERMPLASM COLLECTIONS Summary A collection of 45 Malus domestica accessions, from the Warsaw Agricultural University experimental station, was tested using eight SSR markers. Pairwise distance was calculated between the accessions from which a phenogram based on unweighted pair group method with arithmetic average (UPGMA) cluster analysis was constructed. The genetic-relatedness dendrogram was concordant with known pedigree information. These SSR markers proved to be a very informative tool that can be very useful for managing apple ex situ germplasm collections.