DNA-FINGERPRINTING OF SOYBEAN VARIETIES IN KAZAKHSTAN USING SSR-MARKERS

Main Article Content

Authors

S.I. Abugaliyeva

Institute for Plants Biology and Biotechnology, the Science Committee, Ministry of Education and Science, Almaty,

L.A. Volkova

Institute for Plants Biology and Biotechnology, the Science Committee, Ministry of Education and Science, Almaty, Kazakhstan

A.A. Nurlanova

Institute for Plants Biology and Biotechnology, the Science Committee, Ministry of Education and Science, Almaty, Kazakhstan

A.S. Zhanpeissova

Institute for Plants Biology and Biotechnology, the Science Committee, Ministry of Education and Science, Almaty, Kazakhstan

E.K. Turuspekova

Institute for Plants Biology and Biotechnology, the Science Committee, Ministry of Education and Science, Almaty, Kazakhstan

Abstract

Soybean is an important agricultural crop in the world, including in Kazakhstan.  Due to high economic value of this crop, over the last years the special attention has been given to breeding and seed production. Previously, genetic diversity and description of cultivated germplasm of soybean in Kazakhstan were done basically with use of morphological and biochemical markers. However, development of molecular marker methods allows using of DNA markers, including microstallites as a reliable tool for cultivar differentiation, passportization, genetic mapping, molecular breeding, and etc. The purpose of this work was to study genetic diversity of 15 cultivars and 22 perspective lines of soybean from Kazakhstan and 10 cultivars from abroad based on use of 50 SSR markers that genetically mapped in all 20 soybean chromosomes. In total, 167 alleles have been identified for 37 genotypes from Kazakhstan with, in average, 3.44 alleles per SSR marker. Average index of diversity by Shannon for the studied collection of soybean from Kazakhstan was 1.110 and varied from 0.349 to 1.562. Average PIC index (polymorphism information content) for 37 cultivars and perpective lines of Kazakhstan was 0.613 and varied from 0.198 for Satt102 to 0.782 for Satt181. The genetic distances, determined for Kazakh cultivars, varied from 0.10 to 1.83. The UPGMA phylogenetic tree was constructed based on the determined genetic distances among the cultivars and reflected differences between local and foreign accessions. The phylogenetic analysis separated cultivars from Kazakhstan, USA, and Japan to three clusters in accordance with their geographic origination. There has been developed genetic passport for each commercial cultivar of Kazakhstan based on use of SSR profiles.

Keywords

soybean, Glycine max, genetic diversity, microsatellites, SSR markers, polymorphism information content

Article Details

References

Бойко А.Т., Карягин Ю.Г. Соя – высокобелковая культура. – Алматы: ОАО Vita, 2004. – 18 с.

Вишнякова М.А., Бурляева М.О., Сеферова И.В., Никишкина М.А. Коллекция сои ВИР – источник исходного материала для современных направлений селекции // Итоги исследований по сое за годы реформирования и направления НИР на 2005-2010. - Краснодар, 2004. - С. 46-53.

Кобызева Л.Н., Безуглая О.Н. Видовое разнообразие зерновых бобовых культур в национальном центре генетических ресурсов растений Украины и его значение для селекционной практики // Генетични ресурсы рослин. – 2009. – №7. – С. 9-21.

Алимгазинова Б.Ш., Есимбекова М.А. Генетические ресурсы растений Казахстана: состояние и перспективы // Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2012. - Т.16(№3). – С. 648-654.

Каталог допущенных к использованию сортов и гибридов сельскохозяйственных культур селекции Казахского научно-исследовательского института земледелия и растениеводства. - Алматы: Асылkітап, 2010. - С. 98-107.

Карягин Ю.Г., Дидоренко С.В. Результаты сравнительного изучения сортов сои отечественной и зарубежной селекции в условиях юго-востока Казахстана // Материалы Международной конференции «Достижения и перспективы земледелия, селекции и биологии сельскохозяйственных культур». – Алмалыбак, 2010. - С. 133-135.

Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Республике Казахстан. Сорта растений (Официальное издание). – Алматы, 2013.

Abugalieva A.I. Classification of common spring wheat varieties according to genetic quality potential (grain hardness and high molecular weight glutenin subunits) // Russian Agricultural Sciences. – 2009. - Vol. 35, №2. - P. 73-76.

Постановление Правительства Республики Казахстан. Правила проведения сортоиспытания сельскохозяйственных растений: утв. 28 августа 2008 года.

Закон Республики Казахстан. Об охране селекционных достижений: утв. 13 июля 1999 года.

Закон Республики Казахстан. О семеноводстве: утв. 8 февраля 2003 года.

Календарь Р.Н., Глазко В.И. Типы молекулярно-генетических маркеров и их применение // Физиология и биохимия растений. - 2002. - Т. 34, №4. - С. 279-281.

Novoselskaya-Dragovich A., Fisenko A., Yankovsky N., Kudryavtsev A., Yang Q., Lu Z., Wang D. Genetic diversity of storage protein genes in common wheat (Triticum aestivum L.) cultivars from China and its comparison with genetic diversity of cultivars from other countries // Genetic Resources and Crop Evolution. - 2010. - P. 1-11.

Конарев А.В. Использование молекулярных маркеров в решении проблем генетических ресурсов растений и селекции // Аграрная Россия. – 2006. - №6. – С. 4-21.

Абугалиева С.И., Волкова Л.А., Жидовинова А.В., Ледовской Ю.С., Туруспеков Е.К. Генотипирование сортов сои Казахстана с использованием ISSR-маркеров // Вестник КазНУ. Серия биологическая. – 2010. - №3. – С. 8-11.

Xu D.H., Gai J.Y. Genetic diversity of wild and cultivated soybeans growing in China revealed by RAPD analysis // Plant Breeding. – 2003. – Vol. 122, №6. – P.503-506.

Mudibu J., Nkongolo K.K.C., Mehes-Smith M., Kalonji-Mbuyi A. Genetic Analysis of a Soybean Genetic Pool using ISSR Marker: Effect of Gamma Radiation on Genetic Variability // International Journal of Plant Breeding and Genetics. – 2011. – Vol. 5. – P. 235-245.

Maras M., Šustar-vozlic J., Javornik D., Meglict V. The efficiency of AFLP and SSR markers in genetic diversity estimation and gene pool classification of common bean (Phaseolus vulgaris L.) // Acta agriculturae Slovenica. – 2008. – Vol. 5. – Р. 87-96.

Varshney R.K., Graner A., Sorrells M.E. Genic microsatellite markers in plants: Features and applications // TRENDS in Biotechnology. – 2005. – Vol. 23, №1. – P. 48-55.

Narvel J.M., Fehr W.R., Chu W.C., Grant D., Shoemaker R.C. Simple sequence repeat diversity among soybean plant introductions and elite genotypes // Crop Science. – 2000. – Vol. 40. – P. 1452-1458.

Guo J., Liu Y., Wang Y., Chen J., Li Y., Huang H., Qiu L., Wang Y. Population structure of the wild soybean (Glycine soja) in China: implications from microsatellite analyses // Annals of Botany. – 2012. – Vol. 110, №4. – P. 777-785.

Abe J., Xu D.H., Suzuki D., Kanazawa A., Shimamoto Y. Soybean germplasm pools in Asia revealed by nuclear SSRs // Theoretical and Applied Genetics. – 2003. – Vol. 106. – P. 445-453.

Tantasawat P., Trongchuen J., Prajongjai T., Jenweerawat S., Chaowiset W. SSR analysis of soybean (Glycine max (L.) Merr.) genetic relationship and variety identification in Thailand // AJCS. – 2011. – Vol. 5, №3. – P. 283-290.

Priolli R.H.G., Mendes-Junior C.T., Sousa S.M.B., Sousa N.E.A. Characterization of Brazilian soybean cultivars using microsatellite markers // Genetics and Molecular Biology. – 2002. – Vol. 25. – P. 185-193.

Delaporta S.L., Wood J., Hicks J.B. A plant DNA minipreparation. Version II // Plant Mol. Biol. Rep. – 1983. – Vol. 4. – P. 19-21.

Cregan P.B., Jarvik T., Bush A.L., Shoemaker R.C., Lark K.G., Kahler A.L., Van Toai T.T., Lohnes D.G., Chung J., Specht J.E. An integrated genetic linkage map of soybean // Crop Science. – 1999. – Vol. 39. – P. 1464-1490.

Botstein D., White R.L., Skolnick M., Davis R.W. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms // American Journal of Human Genetics. – 1980. – Vol. 32. – P. 314-331.

Magurran A.E. Measuring Biological Diversity. Malden, 2004. MA: Blackwell Publishing. - 215 p.

Ristova D., Šarcevic H., Šimon S., Mihajlov L., Pejic I. Genetic Diversity in Southeast European Soybean Germplasm Revealed by SSR markers // Agriculturae Conspectus Scientificus. – 2010. – Vol. 75, №1. – P. 21-26.

Suradic A., Vrataric M., Sudar R. Genetic improvement of soybean by modern breeding strategies in region of the Eastern Croatia. World Soybean Research Conference VIII, Beijing, China, 2009. - P. 54.

Волкова Л.А., Ермекбаев К.А., Абугалиева С.И., Туруспеков Е.К. Генетическое разнообразие сортов сои Казахстана // «Селекция и генетика сельскохозяйственных растений: традиции и перспективы»: тез. докл. межд. науч. конф., посв. 100-летию Селекционно-генетического института – Национального центра семеноведения и сортоизучения. – Одесса, 2012. – С. 138-139.

Li Y.-H., Li W., Zhang C., Yang L., Chang R.-Z., Gaut B.C., Qiu L. Genetic diversity in domesticated soybean (Glycine max) and its wild progenitor (Glycine soja) for simple sequence repeat and single-nucleotide polymorphism loci // New Phytologist. – 2010. – Vol. 188. – P. 242–253.