Genotyping of lines from the VIR sunflower genetic collection using allele-specific markers of the Rf1 locus | Генотипирование линий генетической коллекции подсолнечника ВИР с использованием аллель-специфичных маркеров локуса Rf1

English. Background. The CMS-Rf genetic system based on the PET1-type cytoplasmic male sterility (CMS) is commonly used to create commercial sunflower (Helianthus annuus) hybrids. The Rf1 gene, of key importance for hybrid breeding, is necessary for restoring pollen fertility in F1 plants. The molecular genetic markers tested on various genetic materials are an effective tool for identifying parental line genotypes at the Rf1 locus, controlling homogeneity, and determining the genetic purity of hybrid seed lots. In the present study, the allele-specific markers of the Rf1 candidate genes available from literature were used to genotype lines from the VIR sunflower genetic collection and F2 hybrids. Material and methods. The study concentrated on two sample sets of genotypes, one of which contained 46 lines from the VIR sunflower genetic collection, previously characterized in field experiments for the pollen restoration ability, and the other 80 plants from segregating F2 populations from crosses of the CMS VIR 116A line with fertility restorers VIR 740 and RIL 130, phenotyped for fertility/sterility. The lines differed in respect of the cytoplasm type and the presence of the SCAR marker HRG02 closely linked to the Rf1 locus. The lines have been genotyped using markers specific for the dominant (PPR621.5R, SRF833, 67N04_P_170) and recessive (PPR621.5M, 67N04_P_155) alleles of the Rf1 candidate genes. The PPR621.5M and PPR621.5 R, marker fragments amplified in six genotypes, have been isolated and sequenced. Results. The nucleotide sequences of PPR621.5M and PPR621.5R turned out to be different in four SNPs and completely identical to those presented in the published literature. The PPR621.5M and 67N04_P_155 markers specific for the rf1 allele were identified in CMS lines and the majority of sterility maintainers. Nineteen out of 21 lines characterized by sterile cytoplasm and the presence of the HRG02 marker had three markers specific for the dominant allele; two lines had two allele-specific markers. Four out of seven fertility restorers (sterile cytoplasm, without the HRG02 marker) were found to contain two or three markers specific for the dominant allele, while three lines had only markers for the recessive allele. The F2 genotypes resulting from recombination between the SCAR marker HRG02 and allele specific markers were detected. Conclusion. The study confirmed efficiency of allele-specific markers of the Rf1 locus candidate genes for genotyping sunflower lines, as well as their diagnostic value for selecting target genotypes from segregating hybrid populations.

Russian. Актуальность. При создании промышленных гибридов подсолнечника (Helianthus annuus L.) преимущественно используется генетическая система ЦМС-Rf на основе цитоплазматической мужской стерильности РЕТ1-типа. Ключевым геном в селекции гибридов является Rf1, необходимый для восстановления фертильности пыльцы растений F1. Эффективным инструментом для идентификации генотипов родительских линий по локусу Rf1, контроля однородности, а также определения генетической чистоты партий гибридных семян являются молекулярно-генетические маркеры, апробированные на различном генетическом материале. В настоящем исследовании для идентификации генотипов линий генетической коллекции подсолнечника ВИР и межлинейных гибридов F2 использованы доступные из литературных источников аллель-специфичные маркеры генов-кандидатов локуса Rf1. Материал и методы. Изучены две выборки генотипов: 46 линий генетической коллекции подсолнечника ВИР, ранее охарактеризованных в полевых опытах по способности к восстановлению фертильности пыльцы, и 80 фенотипированных по признакам фертильности/стерильности растений, из расщепляющихся популяций F2 от скрещиваний линии ЦМС ВИР 116А с восстановителями фертильности ВИР 740 и RIL 130. Линии различались по типу цитоплазмы и наличию SCAR-маркера HRG02, тесно сцепленного с локусом Rf1. Линии генотипированы с использованием маркеров, специфичных для доминантного (PPR621.5R, SRF833, 67N04_P_170) и рецессивного (PPR621.5M, 67N04_P_155) аллелей генов-кандидатов Rf1. Маркерные фрагменты PPR621.5M и PPR621.5 R, амплифицированные у шести генотипов, были выделены и секвенированы. Результаты. Нуклеотидные последовательности маркеров PPR621.5М и PPR621.5R отличались по четырём SNP и были полностью идентичными с опубликованными в литературе. У линий ЦМС и большинства закрепителей стерильности идентифицированы маркеры PPR621.5М и 67N04_P_155, специфичные для аллеля rf1. Девятнадцать из 21 линии, характеризовавшейся стерильной цитоплазмой и наличием маркера HRG02, имели по три маркера, специфичных для доминантного аллеля; у двух линий обнаружены по два аллель-специфичных маркера. У четырёх из семи восстановителей фертильности (стерильная цитоплазма, без маркера HRG02) выявлено по два или три маркера, специфичных для доминантного аллеля, у трёх линий идентифицированы лишь маркеры рецессивного аллеля. Обнаружены генотипы F2, возникшие в результате рекомбинации между SCAR-маркером HRG02 и аллель-специфичными маркерами. Заключение. Подтверждены эффективность аллель-специфичных маркеров генов-кандидатов локуса Rf1 для генотипирования линий подсолнечника и их диагностическая ценность для отбора целевых генотипов из расщепляющихся гибридных популяций.