vetpressАграрная наукаAgrarian science0869-81552686-701XРедакция журнала "Аграрная наука"10.32634/0869-8155-2020-342-10-68-72vetpress-1345Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВОPLANT GROWINGАнализ индивидуальной изменчивости сортообразцов конопли посевной (Cannabis sativa L.) с использованием SSR и SCAR маркеровAnalysis of the individual variability of hemp (Cannabis sativa L.) cultivars using SSR and SCAR markersБазановТ. А.BazanovT. A.

кандидат химических наук

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский проспект, 17/56

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56

t.bazanov@fnclk.ruУщаповскийИ. В.UschapovskyI. V.

кандидат биологических наук, заместитель директора по науке, заведующий лаборатории

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский проспект, 17/56

Cand. Sci. (Biology), Deputy Director for Science, Head of the Laboratory 

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56 

ЛогиноваН. Н.LoginovaN. N.

научный сотрудник

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский проспект, 17/56

Researcher

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56 

СмирноваЕ. В.SmirnovaE. V.

младший научный сотрудник

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский проспект, 17/56

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56 

МихайловаП. Д.MikhailovaP. D.

младший научный сотрудник

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский проспект, 17/56

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56 

ФГБНУ Федеральный научный центр лубяных культурРоссияFederal Scientific Center for Bast CropsRussian Federation2020101220200106872Copyright © Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Логинова Н.Н., Смирнова Е.В., Михайлова П.Д., 20202020Базанов Т.А., Ущаповский И.В., Логинова Н.Н., Смирнова Е.В., Михайлова П.Д.Bazanov T.A., Uschapovsky I.V., Loginova N.N., Smirnova E.V., Mikhailova P.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vetpress.ru/jour/article/view/1345Актуальность

Актуальность. Возрождение коноплеводства, отмечаемое во многих странах, предъявляет высокие требования к эффективности селекционно-генетических работ и новым сортам конопли посевной. Генетическое разнообразие сортов конопли по хозяйственно ценным признакам достаточно ограничено, а  законодательные требования к содержанию каннабиноидов в растении усложняют селекционный процесс. Применение различных ДНК-маркеров может оказать существенную поддержку в эффективной и безопасной селекции, анализе  генетического полиморфизма и внутрисортовой чистоты. Целью данной работы стало изучение генетического разнообразия ряда современных российских сортов  конопли посевной с использованием двух типов ДНК-маркеров.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектом исследования стали восемь сортов однодомной конопли среднерусского типа, включенных в Государственный реестр  сельскохозяйственных достижений, допущенных к использованию, различного  селекционного происхождения. Каждый сорт был представлен восемью  индивидуальными растениями. Для изучения генетического полиморфизма использовался метод ПЦР с применением набора из десяти SSR-маркеров, с последующей детекцией продуктов на генетическом анализаторе. Для определения каннабиноидного хемотипа сортов применялся специфичный SCAR-маркер, продукты амплификации которого детектировались с помощью электрофореза.

Результаты

Результаты. В изучаемой выборке было определено 70 аллелей, при этом каждый  индивидуальный образец содержал свойственный только ему набор аллелей. Применение SCAR-маркера позволило определить принадлежность большинства образцов к безопасному хемотипу, а также выделить несколько образцов промежуточного хемотипа. Это позволяет осуществлять точное генотипирование любых образцов технической конопли с целью выявления гетерогенности семенного материала и безопасного проведения селекционных процессов. Кластерный анализ с построением дендрограммы генетического подобия показал, что, несмотря на генетическую индивидуальность каждого растения, они однозначно группируютсясогласно сортовой принадлежности, характеризуясь по оригинатору и родственным  связям.

Relevance

Relevance. The revival of hemp farming, which is observed in many countries, places high demands on the efficiency of breeding and genetic work and new species of hemp. The genetic diversity of hemp species for economically valuable traits is quite limited, and legal requirements for the content of cannabinoids in the plant complicate the selection process. The use of various DNA markers can provide significant support in effective and safe breeding, analysis of genetic polymorphism and intra-variety purity.

The purpose of this work was to study the genetic diversity of a number of modern Russian species of hemp seeds using two types of DNA markers.

Materials and methods

Materials and methods. The object of the study was eight species of monoecious hemp of the Central Russian type included in the State register of agricultural achievements approved for use, of various breeding origin. Each specie was represented by eight individual plants. To study genetic polymorphism, a PCR method was used using a set of ten SSR markers, followed by product detection on a genetic analyzer. To determine the cannabinoid chemotype of species, a specific SCAR marker was used, the amplification products of which were detected by electrophoresis.

техническая коноплямолекулярные маркерыSSRSCARПЦРгенетическое разнообразиехемотипселекцияhempmolecular markersSSRSCARPCRgenetic diversitychemotypeselectionReferencesSmall E. (2017) Classification of Cannabis sativa L. in Relation to Agricultural, Biotechnological, Medical and Recreational Utilization. In: Chandra S., Lata H., ElSohly M. (eds) Cannabis sativa L. — Botany and Biotechnology. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-54564-6_1Small E. (2017) Classification of Cannabis sativa L. in Relation to Agricultural, Biotechnological, Medical and Recreational Utilization. In: Chandra S., Lata H., ElSohly M. (eds) Cannabis sativa L. — Botany and Biotechnology. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-54564-6_1Серков В.А., Климова Л.В., Данилов М.В. Формирование перспективного селекционного материала для создания безнаркотических сортов конопли посевной. Нива Поволжья. 2018;3(48):62-67.Serkov V.A., Klimova L.V., Danilov M.V. Formation of a promising breeding material for the creation of drug-free varieties of seed hemp. Niva of the Volga region. 2018;3(48):62-67. (In Russ.)Григорьев С.В. Новые источники селекционно значимых признаков конопли из коллекции ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(4):50-57. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-4-50-57Grigoriev S.V. New sources of selectively significant cannabis traits from the VIR collection. Works on applied botany, genetics and breeding. 2018;179(4):50-57. (In Russ.) DOI: 10.30901/2227-8834-2018-4-50-57Ущаповский И.В., Лемеш В.А., Богданова М.В., Гузенко Е.В. Особенности селекции и перспективы применения молекулярно-генетических методов в генетико-селекционных исследованиях льна (Linum usitatissimum L.). Сельскохозяйственная биология. 2016;51(5):602-616. DOI: 10.15389/agrobiology.2016.5.602rusUschapovskiy I.V., Lemesh V.A., Bogdanova M.V., Guzenko E.V. Features of breeding and prospects for the application of molecular genetic methods in genetic selection studies of flax (Linum usitatissimum L.). Agricultural biology. 2016;51(5):602-616. (In Russ.) DOI: 10.15389/agrobiology.2016.5.602rusAlghanim H.J., Almirall J.R. Development of microsatellite markers in Cannabis sativa for DNA typing and genetic relatedness analyses. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2003;376(8):1225–1233. DOI: 10.1007/S00216-003-1984-0Alghanim H.J., Almirall J.R. Development of microsatellite markers in Cannabis sativa for DNA typing and genetic relatedness analyses. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2003;376(8):1225–1233. DOI: 10.1007/S00216-003-1984-0Pacifico D., Miselli F., Carboni A., Moschella A., Mandolino G. Time course of cannabinoid accumulation and chemotype development during the growth of Cannabis sativa L. Euphytica. 2008;160(2):231–240. DOI: 10.1007/s10681-007-9543-yPacifico D., Miselli F., Carboni A., Moschella A., Mandolino G. Time course of cannabinoid accumulation and chemotype development during the growth of Cannabis sativa L. Euphytica. 2008;160(2):231–240. DOI: 10.1007/s10681-007-9543-ySmall E., Beckstead H.D. Common cannabinoid phenotypes in 350 stocks of Cannabis. Lloydia. 1973;36(2):144–165.Small E., Beckstead H.D. Common cannabinoid phenotypes in 350 stocks of Cannabis. Lloydia. 1973;36(2):144–165.Fournier G. Les chemiotypes du chanvre (Cannabis sativa L.) Interet pour un programme de selection. Agronomie. 1981;1(8):679–688. [in French] DOI: 10.1051/agro:19810809.Fournier G. Les chemiotypes du chanvre (Cannabis sativa L.) Interet pour un programme de selection. Agronomie. 1981;1(8):679–688. [in French] DOI: 10.1051/agro:19810809.Kojoma M., Seki H., Yoshida S., Muranaka T.. DNA polymorphisms in the tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase gene in “drug-type” and “fiber-type” Cannabis sativa L. Forensic Sci Int. 2006 Jun 2;159(2-3):132-40. doi: 10.1016/j.forsciint.2005.07.005Kojoma M., Seki H., Yoshida S., Muranaka T.. DNA polymorphisms in the tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase gene in “drug-type” and “fiber-type” Cannabis sativa L. Forensic Sci Int. 2006 Jun 2;159(2-3):132-40. doi: 10.1016/j.forsciint.2005.07.005Pacifico D., Miselli F., Micheler M., Carboni A., Ranalli P., Mandolino G. Genetics and marker–assisted selection of the chemotype in Cannabis sativa L. Mol Breeding. 2006;17(3):257–268. DOI: 10.1007/s11032-005-5681-x.Pacifico D., Miselli F., Micheler M., Carboni A., Ranalli P., Mandolino G. Genetics and marker–assisted selection of the chemotype in Cannabis sativa L. Mol Breeding. 2006;17(3):257–268. DOI: 10.1007/s11032-005-5681-x.Köhnemann S., Nedele J., Schwotzer D., Morzfeld J., Pfeiffer H. The validation of a 15 STR multiplex PCR for Cannabis species. International Journal of Legal Medicine. 2012;126(4):601–606. DOI: 10.1007/s00414-012-0706-6.Köhnemann S., Nedele J., Schwotzer D., Morzfeld J., Pfeiffer H. The validation of a 15 STR multiplex PCR for Cannabis species. International Journal of Legal Medicine. 2012;126(4):601–606. DOI: 10.1007/s00414-012-0706-6.Presinszka M., Stiasna K., Vyhnanek T., Trojan V., Mrkvicova E., Hrivna L. et al. Analysis of microsatellite markers in hemp (Cannabis sativa L.). International Ph.D. Students Conference on MendelNet; 2015 November; At Fac Agron, Brno, Czech Republic; 2015. p.434–438. Available from: https://www.researchgate.net/publication/283715201 [accessed Sep 09, 2020].Presinszka M., Stiasna K., Vyhnanek T., Trojan V., Mrkvicova E., Hrivna L. et al. Analysis of microsatellite markers in hemp (Cannabis sativa L.). International Ph.D. Students Conference on MendelNet; 2015 November; At Fac Agron, Brno, Czech Republic; 2015. p.434–438. Available from: https://www.researchgate.net/publication/283715201 [accessed Sep 09, 2020].Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1973;70(12):3321-3323.DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321.Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1973;70(12):3321-3323.DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321.Welling M.T., Liu L., Shapter T., Raymond C.A., King G. Characterisation of cannabinoid composition in a diverse Cannabis sativa L. germplasm collection. Euphytica. 2016;208(3):463–475. DOI: 10.1007/s10681-015-1585-y.Welling M.T., Liu L., Shapter T., Raymond C.A., King G. Characterisation of cannabinoid composition in a diverse Cannabis sativa L. germplasm collection. Euphytica. 2016;208(3):463–475. DOI: 10.1007/s10681-015-1585-y.Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular biology and evolution. 1987;(44):406-425.Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular biology and evolution. 1987;(44):406-425.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.