Статьи 2025 г.
1 Федеральный исследовательский центр Красноярский научный центр СО РАН
Aкадемгородок, 50, Красноярск, 660036 Российская Федерация
2 Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН
Aкадемгородок, 50/28, Красноярск, 660036 Российская Федерация
3 Сибирский федеральный университет
пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 Российская Федерация
4 Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН
ул. Губкина, 3, Москва, ГСП-1, 119991 Российская Федерация
5 Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г. Ф. Морозова
ул. Тимирязева, 8, Воронеж, 394087 Российская Федерация
6 Геттингенский университет им. Георга-Августа
ул. Бюсгенвег, 2, Геттинген, 37077 Германия
E-mail: oreshkova@ksc.krasn.ru, bone-post@yandex.ru, vsharov@sfu-kras.ru,
Реферат
УДК 575.113:582.475.4
Орешкова Н. В.1, 2, 3, Бондар Е. И.1, 3, Шаров В. В.1, 3, Крутовский К. В.3, 4, 5, 6 Разработка микросателлитных маркеров сосны обыкновенной с длинными мотивами на основе полногеномного de novo секвенирования // Сибирский лесной журнал. 2025. № 1. С. 23–33.
DOI: 10.15372/SJFS20250103
EDN: …
© Орешкова Н. В., Бондар Е. И., Шаров В. В., Крутовский К. В., 2025
Благодаря современным методам полногеномного секвенирования стала возможной разработка большого числа ДНК маркеров – как селективно-нейтральных, так и функциональных. Наиболее информативными, воспроизводимыми, относительно недорогими и высоко полиморфными являются микросателлитные локусы или SSRs (Simple Sequence Repeats). Полногеномное секвенирование значительно облегчает их поиск и разработку. Статья посвящена разработке новых микросателлитных маркеров для сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.). Из полученной черновой геномной сборки сосны обыкновенной были отобраны несколько тысяч контигов, содержащих микросателлитные локусы с три-, тетра- и пентануклеотидными мотивами. Поиск был специально сфокусирован на локусах с длиной мотива более двух нуклеотидов, как наиболее надёжных для генотипирования даже в простом гель-электрофорезе. Всего было протестировано 39 пар праймеров. Из них в конечном итоге были отобраны 6 пар локусов с три-, тетра- и пентануклеотидными повторами, которые показали высокий уровень полиморфизма, надёжное генотипирование и были дополнительно протестированы в двух популяциях из Северо-Енисейского и Курагинского районов Красноярского края и сравнены с другими популяциями и наборами маркёров по опубликованным данным. Разработанные маркёры могут быть использованы в дальнейшем в различных популяционно-генетических исследованиях и для идентификации происхождения древесины и растительного материала.
Текст статьи
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Белоконь, М. М., Политов Д. В., Мудрик Е. А., Полякова Т. А., Шатохина А. В., Белоконь Ю. С., Орешкова Н. В., Путинцева Ю. А., Шаров В. В., Кузьмин Д. А., Крутовский К. В. Разработка микросателлитных маркеров сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) по результатам полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2016. Т. 52. №. 12. С. 1418–1427 [Belokon’ M. M., Politov D. V., Mudrik E. A., Polyakova T. A., Shatokhina A. V., Belokon’ Yu. S., Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuz'min D. A., Krutovsky K. V. Razrabotka mikrosatellitnykh markerov sosny kedrovoy sibirskoy (Pinus sibirica Du Tour) po rezul’tatam polnogenomnogo de novo sekvenirovaniya (Development of microsatellite genetic markers in Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) based on the de novo whole genome sequencing) // Genetika (Genetics). 2016. V. 52. N. 12. P. 1263–1271 (in Russian with English abstract)].
Ильинов А. А., Раевский Б. В. Сравнительная оценка генетического разнообразия естественных популяций и клоновых плантаций сосны обыкновенной и ели финской в Карелии // Экол. генет. 2015. Т. 13. №. 4. С. 55–67 [Il’inov A. A., Raevskiy B. V. Sravnitel’naya otsenka geneticheskogo raznoobraziya estestvennykh populyatsiy i klonovykh plantatsiy sosny obyknovennoy i eli finskoy v Karelii (Comparative assessment of genetic diversity of natural populations and clonal plantations of Scots pine and Finnish spruce in Karelia) // Ekol. genet. (Ecol. Genet.). 2015. V. 13. N. 4. P. 55–67 (in Russian with English abstract)].
Ильинов А. А., Раевский Б. В. Состояние генофонда сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. в Карелии // Сиб. лесн. журн. 2016. №. 5. С. 45–54 [Il’inov A. A., Raevskiy B. V. Sostoyanie genofonda sosny obyknovennoy Pinus sylvestris L. v Karelii (The current state of Pinus sylvestris L. gene pool in Karelia) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2016. N. 5. P. 45–54 (in Russian with English abstract)].
Носкова Н. Е., Третьякова И. Н. Влияние стресса на репродуктивные способности сосны обыкновенной // Хвойные бореальной зоны. 2006. Т. 23. №. 3. С. 54–63 [Noskova N. E., Tret’yakova I. N. Vliyaniye stressa na reproduktivnye sposobnosti sosny obyknovennoy (The effect of stress on reproductive performance of Scots pine) // Khvoynye boreal’noy zony (Conifers of the Boreal Zone). 2006. V. 23. N. 3. P. 54–63 (in Russian with English abstract)].
Орешкова Н. В., Бондар Е. И., Путинцева Ю. А., Шаров В. В., Кузьмин Д. А., Крутовский К. В. Разработка ядерных микросателлитных маркеров с длинными (трех-, четырех-, пяти-и шестинуклеотидными) мотивами для трех видов лиственницы на основе полногеномного de novo секвенирования лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) // Генетика. 2019. Т. 55. №. 4. С. 418–425 [Oreshkova N. V., Bondar E. I., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Razrabotka yadernykh mikrosatellitnykh markerov s dlinnymi (trekh-, chetyrekh-, pyati-i shestinukleotidnymi) motivami dlya trekh vidov listvennitsy na osnove polnogenomnogo de novo sekvenirovaniya listvennitsy sibirskoy (Larix sibirica Ledeb.) (Development of nuclear microsatellite markers with long (tri-, tetra-, penta- and hexanucleotide) motifs for three larch species based on the de novo whole genome sequencing of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.)) // Genetika (Genetics). 2019. V. 55. N. 4. P. 418–425 (in Russian with English abstract)].
Орешкова Н. В., Путинцева Ю. А., Шаров В. В., Кузьмин Д. А., Крутовский К. В. Разработка микросателлитных маркеров лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) на основе полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2017. Т. 53. № 11. С. 1278–1284 [Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Razrabotka mikrosatellitnykh markerov listvennitsy sibirskoy (Larix sibirica Ledeb.) na osnove polnogenomnogo de novo sekvenirovaniya (Development of microsatellite genetic markers in Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) based on the de novo whole genome sequencing) // Genetika (Genetics). 2017. V. 53. N. 11. P. 1278–1284 (in Russian with English abstract)].
Шуваев Д. Н., Ибе А. А., Щерба Ю. Е., Сухих Т. В., Шилкина Е. А., Усова Е. А., Лисотова Е. В., Репях М. В., Ступакова О. М. Разработка панели ядерных микросателлитных локусов для оценки легальности происхождения древесины сосны обыкновенной в Красноярском крае // Хвойные бореальной зоны. 2020. Т. XXXVIII. № 5–6. С. 297–304. [Shuvaev D. N., Ibe A. A., Shcherba Yu. E., Sukhikh T. V., Shilkina E. A., Usova E. A., Lisotova E. V., Repyah M. V., Stupakova O. M. Razrabotka paneli yadernykh mikrosatellitnykh lokusov dlya otsenki legal’nosti proiskhozhdeniya drevesiny sosny obyknovennoy v Krasnoyarskom krae (Development of a panel of nuclear microsatellite loci for assessing the legality of the origin of Scots pine timber in Krasnoyarsk Krai) // Khvoynye boreal’noy zony (Conifers of the Boreal Zone). 2020. V. XXXVIII. N. 5–6. P. 297–304 (in Russian with English abstract)].
Шуваев Д. Н., Ибе А. А., Щерба Ю. Е., Сухих Т. В., Шилкина Е. А., Шеллер М. А., Усова Е. А., Лисотова Е. В., Репях М. В., Ступакова О. М. Молекулярно-генетическая характеристика популяций сосны обыкновенной в Красноярском крае по панели 15 ядерных микросателлитных локусов // Лесоведение. 2022. № 5. С. 530–539 [Shuvaev D. N., Ibe A. A., Shcherba Yu. E., Sukhikh T. V., Shilkina E. A., Sheller M. A., Usova E. A., Lisotova E. V., Repyakh M. V., Stupakova O. M. Molekulyarno-geneticheskaya kharakteristika populyatsiy sosny obyknovennoy v Krasnoyarskom krae po paneli 15 yadernykh mikrosatellitnykh lokusov (Molecular genetic characteristic of the Scots pine population in Krasnoyarsk Krai using the 15 nuclear microsatellite loci panel) // Lesovedenie (For. Sci.). 2022. N. 5. P. 530–539 (in Russian with English abstract)].
Bajc M., Aravanopoulos F. A., Westergren M., Fussi B., Kavaliauskas D., Alizoti P., Kiourtsis F., Kraigher H. (Eds.) Manual for forest genetic monitoring. 1st ed. Ljubljana: Silva Slovenica Publ. Centre, 2020. 326 p.
Beier S., Thiel T., Münch T., Scholz U., Mascher M. MISA-web: a web server for microsatellite prediction // Bioinformatics. 2017. V. 33. N. 16. P. 2583–2585.
Belokon’ M. M., Politov D. V., Mudrik E. A., Polyakova T. A., Shatokhina A. V., Belokon’ Yu. S., Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuz'min D. A., Krutovsky K. V. Development of microsatellite genetic markers in Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) based on the de novo whole genome sequencing // Rus. J. Genet. 2016. V. 52. Iss. 12. P. 1263–1271 (Original Rus. Text © M. M. Belokon’, D. V. Politov, E. A. Mudrik, T. A. Polyakova, A. V. Shatokhina, Yu. S. Belokon’, N. V. Oreshkova, Yu. A. Putintseva, V. V. Sharov, D. A. Kuz'min, K. V. Krutovsky, 2016, publ. in Genetika. 2016. V. 52. N. 12. P. 1418–1427.).
Breidenbach N., Gailing O., Krutovsky K. V. Development of novel polymorphic nuclear and chloroplast microsatellite markers in coast redwood (Sequoia sempervirens) // Plant Genet. Res.: Characterization and Utilization. 2019. V. 17. N. 3. P. 293–297.
Doyle J. J., Doyle J. L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. V. 12. N. 1. P. 13–15.
Fang P., Niu Sh., Yuan H., Li Zh., Zhang Y., Yuan L., Li W. Development and characterization of 25 EST‐SSR markers in Pinus sylvestris var. mongolica (Pinaceae) // Appl. Plant Sci. 2014. V. 2. Iss. 1. Article number 1300057.
Farjon A. Pines: drawings and descriptions of the genus Pinus. 2nd ed. Leiden, Boston: Brill, 2005. 235 p.
Fussi B., Westergren M., Aravanopoulos F., Baier R., Kavaliauskas D., Finzgar D., Alizoti P., Bozic G., Avramidou E., Konnert M., Kraigher H. Forest genetic monitoring: an overview of concepts and definitions // Environ. Monitor. Assess. 2016. V. 188. Article number 493. 12 p.
Korbie D. J., Mattick J. S. Touchdown PCR for increased specificity and sensitivity in PCR amplification // Nat. Protocols. 2008. V. 3. N. 9. P. 1452–1456.
Liewlaksaneeyanawin C., Ritland C. E., El-Kassaby Y. A., Ritland K. Single-copy, species-transferable microsatellite markers developed from loblolly pine ESTs // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 109. N. 2. P. 361–369.
Majeed A., Singh A., Choudhary Sh., Bhardwaj P. Transcriptome characterization and development of functional polymorphic SSR marker resource for Himalayan endangered species, Taxus contorta (Griff) // Industr. Crops Products. 2019. V. 140. Article number 111600.
Meirmans P. G. Using the AMOVA framework to estimate a standardized genetic differentiation measure // Evolution. 2006. V. 60. N. 11. P. 2399–2402.
Meirmans P. G., Hedrick P. W. Assessing population structure: FST and related measures // Molecul. Ecol. Res. 2011. V. 11. N. 1. P. 5–18.
Merritt B. J., Culley T. M., Avanesyan A., Stokes R., Brzyski J. An empirical review: characteristics of plant microsatellite markers that confer higher levels of genetic variation // Appl. Plant Sci. 2015. V. 3. N. 8. Article number 1500025.
Nowakowska J. Microsatellite markers in analysis of forest‐tree populations In: Microsatellite markers / I. Y. Abdurakhmonov (Ed.). Open Sci. INTECH, 2016. P. 95–116.
Oreshkova N. V., Bondar E. I., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Development of nuclear microsatellite markers with long (tri-, tetra-, penta- and hexanucleotide) motifs for three larch species based on the de novo whole genome sequencing of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) // Rus. J. Genet. 2019. V. 55. N. 4. P. 444–450 (Original Rus. Text © N. V. Oreshkova, E. I. Bondar, Yu. A. Putintseva, V. V. Sharov, D. A. Kuzmin, K. V. Krutovsky, 2019, publ. in Genetika. 2019. V. 55. N. 4. P. 418–425).
Oreshkova N. V., Bondar E. I., Sharov V. V., Dhungana S. P., Gailing O., Krutovsky K. V. Population genetic variation of microsatellite markers developed for Siberian fir (Abies sibirica Ledeb.) and European silver fir (Abies alba Mill.) using whole genome sequencing data // Plant Genet. Res.: Characterization and Utilization. 2023. V. 21. N. 2. P. 149–158.
Oreshkova N. V., Putintseva Yu. A., Sharov V. V., Kuzmin D. A., Krutovsky K. V. Development of microsatellite genetic markers in Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) based on the de novo whole genome sequencing // Rus. J. Genet. 2017. V. 53. N. 11. P. 1194–1199 (Original Rus. Text © N. V. Oreshkova, Yu. A. Putintseva, V. V. Sharov, D. A. Kuzmin, K. V. Krutovsky, 2017, publ. in Genetika. 2017. V. 53. N. 11. P. 1278–1284).
Peakall R. O. D., Smouse P. E. GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research // Molecul. Ecol. Not. 2006. V. 6. N. 1. P. 288–295.
Portela R. M., Medalha L. M .D. S., Quadros J. F. D. S., De Lara J. H., Feitosa Q. A., Costa J. G., Paludeto J. G. Z., Gomes C. A. F. C. Microsatellite markers in the sustainable management of forest genetic resources // IOSR J. Business and Manag. 2024. V. 26. Iss. 2. Ser. 7. P. 37–45.
Porth I., El-Kassaby Y. A. Assessment of the genetic diversity in forest tree populations using molecular markers // Diversity. 2014. V. 6. N. 2. P. 283.
Richardson D. M. (Ed.). Ecology and biogeography of Pinus. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1998. 527 p.
Rozen S., Skaletsky H. Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers In: Bioinformatics methods and protocols. Methods in molecular biology. V. 132 / S. Misener, and S. Krawetz (Eds.). Totowa: Humana Press, 1999. P. 365–386.
Sebastiani F., Pinzauti F., Kujala S. T., Gonzalez-Martınez S. C., Vendramin G. G. Novel polymorphic nuclear microsatellite markers for Pinus sylvestris L. // Conserv. Genet. Res. 2012. V. 4. N. 2. P. 231–234.
Tóth E. G., Vendramin G. G., Bagnoli F., Cseke K., Höhn M. High genetic diversity and distinct origin of recently fragmented Scots pine (Pinus sylvestris L.) populations along the Carpathians and the Pannonian Basin // Tree Genet. Genom. 2017. V. 13. Article number 47.
Ueno S., Wen Y., Tsumura Y. Development of EST-SSR markers for Taxus cuspidata from publicly available transcriptome sequences // Biochem. Syst. Ecol. 2015. V. 63. P. 20–26.
Untergasser A., Cutcutache I., Koressaar T., Ye J., Faircloth B. C., Remm M., Rozen S. G. Primer3 - new capabilities and interfaces // Nucleic Acids Res. 2012. V. 40. Article number 115.
Van Oosterhout C., Hutchinson W. F., Wills D. P. M., Shipley P. MICRO‐CHECKER: software for identifying and correcting genotyping errors in microsatellite data // Molecul. Ecol. Not. 2004. V. 4. N. 3. P. 535–538.
Van Oosterhout C., Weetman D., Hutchinson W. F. Estimation and adjustment of microsatellite null alleles in nonequilibrium populations // Molecul. Ecol. Not. 2006. V. 6. N. 1. P. 255–256.
Wright S. The interpretation of population structure by F‐statistics with special regard to systems of mating // Evolution. 1965. V. 19. N. 3. P. 395–420.
Żukowska W. B, Wójkiewicz B., Lewandowski A., László R., Wachowiak W. Genetic variation of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Eurasia: impact of postglacial recolonization and human-mediated gene transfer // Ann. For. Sci. 2023. V. 80. Iss. 1. Article number 42.
