DOI: https://doi.org/10.21498/2518-1017.4(33).2016.88678

Method for determination of varietal purity (typicality), hybridity, sterility of seed lots based on the establishment of the quantitative ratio of alleles of DNA markers

Ж. В. Вдовиченко, В. Г. Спиридонов, С. В. Хомутовська, М. Ф. Парій

Abstract


Purpose. To develop a conceptually new method for determination of varietal purity (typicality), hybridity, steri­lity of seed lots.

Methods of molecular biology (genomic DNA extraction, PCR with SSR markers application, capillary electrophoresis), genetic, statistical, mathematical analysis.

Results. New method for determining the varietal qualities of seed lot was developed that consists of the following steps: simultaneous DNA extraction from a representative sample of aggregated seeds; PCR and further analysis of the amplification products by determination of the qualitative and quantitative composition of SSR-markers’ alleles; calculation of values of varietal seed lot quality using experimentally derived allele ratios.

Conclusions. The developed method for determining varietal qualities of seed lots allows to reduce significantly the consumption of materials, time and labor during the analysis. Consistent qualification and quantification of alleles in the total sample of a seed lot is a conceptually new approach to establish varietal purity (typicality), hybridity, sterility.


Keywords


varietal purity; typicality; hybridity; sterility; DNA markers; SSR markers; quality control of seed lots; barley

References


Leonova, I. N. (2013). Molecular markers: implementation in crop plant breeding for identification, introgression, and gene pyramiding. Vavilovskij Žurnal Genetiki i Selekcii [Vavilov Journal of Genetics and Breeding], 17(2), 314–325. [in Russian]

Sivolap, Yu. M. (2013). Molecular markers and plant breeding. Cytol Genet., 47(3), 188–195. doi: 10.3103/S0095452713030080

Newbury, H. J. (Ed.). (2003). Plant Molecular Breeding. Birmingham, UK: Blackwell Publ., CRC Press.

Rafalski, A. (2002). Applications of single nucleotide polymorphisms in crop genetics. Curr Opin Plant Biol., 5(2), 94–100. doi: 10.1016/S1369-5266(02)00240-6

Becker, J., & Heun, M. (1995). Barley microsatellites: allele variation and mapping. Plant Mol. Biol., 27(4), 835–845. doi: 10.1007/BF00020238

Edwards, D., & Batley, J. (2010). Plant genome sequencing: applications for crop improvement. Plant Biotechnol J., 8(1), 2–9. doi: 10.1111/j.1467-7652.2009.00459.x

Gut, I. G. (2001). Automation in genotyping of single nucleotide polymorphisms. Hum Mutat., 17(6), 475–492. doi: 10.1002/humu.1131

Sozinov, A. A. (1985). Polimorfizm belkov i ego znachenie v genetike i selektsii [Polymorfism of proteins and its importance in genetics and breeding]. Moscow: Nauka. [in Russian] Anisimova, I. N. (1987). Identification of varieties, lines and hybrids for the composition of helianthine polypeptides. Sbornik nauchnych trudov po prikladnoy botanike, genetike i selektsii [Proceedings on Applied Botany, Genetics and Bree­ding], 114, 114–126. [in Russian]

Syvolap, Yu. M., & Kozhukhova, N. E. (2005). DNA techniques in the registration and protection of plant varieties rights. Sortovivčennâ ohor. prav sorti roslin [Plant Varieties Studying and Protection], 1, 66–74. doi: 10.21498/2518-1017.1.2005.66849. [in Ukrainian]

Rybalka, O. I., Chervonis, M. V., & Lytvynenko, M. A. (2008). Genetic heterogeneity of wheat varieties developed in Odesa for allelic composition of GLI/GLU loci. Visnyk ahrarnoi nauky [Вulletin of Agricultural Science], 2, 54–59. [in Ukrainian]

Balvinska, M. S., Volkova, N. E., Kolesnyk, O. O., Solodenko, A. Ye., & Chebotar, S. V. (2015). Dyferentsiatsiia, identyfikatsiia, vyznachennia typovosti ta hibrydnosti silskohospodarskykh kultur za DNK-profiliuvanniam [Differentiation, identification, determination of typicality and hybridity of cultivated crops for DNA profiling]. Odesa: Astroprynt. [in Ukrainian]

Akinina, G. E., Terenyak, Yu. N., Sharypina, Ya. Yu., & Popov V. N. (2016). Genetic purity of seeds – actual question of modern genetics and plant breeding. Fakt. eksp. evol. org. [Factors in experimental evolution of organisms], 18, 56–60. [in Russian]

McPherson, M. J., & Moller, S. G. (2006). PCR (pp. 209–232). (2nd ed.). New York: Taylor & Francis Group.

Hoogendoorn, B., Norton, N., Kirov, G., Williams, N, Hamshere, M. L., Spurlock, G., … O’Donovan, M. C. (2000). Cheap, accurate and rapid allele frequency estimation of single nucleotide polymorphisms by primer extension and DHPLC in DNA pools. Hum Genet., 107(5), 488–493.

Parii, M. F., Vdovychenko, Zh. V., & Spyrydonov, V. H. (2011). Method for determining varietal purity and typicalness of lots of seed of farm crops using dna-markers. Ukraine patent for invention, МПК7 А 01Н 1/04. – No. u 2007 11049. [in Ukrainian].

Ramsay, L., Macaulaya, M., degli Ivanissevich, S., MacLean, K., Cardle, L., Fuller, J., … Waugh, R. (2000). A simple sequence repeat-based linkage map of barley. Genetics, 156(4), 1997–2005.

Keb-Llanes, M., Gonźales, G., Chi-Manzanero, B., & Infante, D. (2002). A rapid and simple method for small scale DNA extraction in Agavaceae and other tropical plants. Plant Mol. Biol. Rep., 20(3), 299a–299e.


GOST Style Citations


Леонова И. Н. Молекулярные маркеры: использование в селекции зерновых культур для идентификации, интрогрессии и пирамидирования генов / И. Н. Леонова // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2013. – Том 17, № 2. – С. 314–325.

Sivolap Yu. M. Molecular markers and plant breeding / Yu. M. Sivolap // Cytol Genet. – 2013. – Vol. 47, Iss. 3. –P. 188–195. doi: 10.3103/S0095452713030080

Plant Molecular Breeding / H. J. Newbury (ed.). – Birmingham, UK : Blackwell Publ., CRC Press, 2003. – 265 p.

Rafalski A. Applications of single nucleotide polymorphisms in crop genetics / A. Rafalski // Curr Opin Plant Biol. – 2002. – Vol. 5, Iss. 2. – P. 94–100. http://dx.doi.org/10.1016/S1369-5266(02)00240-6

Becker J. Barley microsatellites: allele variation and mapping/J. Becker, M. Heun// Plant Mol. Biol. – 1995. – Vol. 27, Iss. 4. – P. 835–845. doi: 10.1007/BF00020238

Edwards D.Plant genome sequencing: applications for crop improvement / D. Edwards, J. Batley // Plant Biotechnol J. –2010. – Vol. 8, Iss.1. – P. 2–9. doi: 10.1111/j.1467-7652.2009.00459.x

Gut I. G. Automation in genotyping of single nucleotide polymorphisms / I. G.Gut // Hum Mutat. – 2001. – Vol. 17, Iss.6. – P. 475–492. doi: 10.1002/humu.1131

Созинов А. А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции / А. А. Созинов. – М. : Наука, 1985. – 272 с.

Анисимова И. Н. Идентификация сортов, линий и гибридов по составу полипептидов гелиантина / И. Н. Анисимова // Сб. науч. трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции. – 1987. – Т. 114. – С. 114–126

Сиволап Ю. М. ДНК-технології в реєстрації й охороні прав на сорти рослин / Ю. М. Сиволап, Н. Е. Кожухова // Сортовивчення та охорона прав на сорти рослин. – 2005. – № 1. – С. 66–74. doi: 10.21498/2518-1017.1.2005.66849

Рибалка О. І. Генетична гетерогенність сортів пшениці одеської селекції за алельним складом GLI/GLU локусів / О. І. Рибалка, М. В. Червоніс, М. А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. – 2008. – № 2 . – С. 54–59.

Диференціація, ідентифікація, визначення типовості та гібридності сільськогосподарських культур за ДНК-профілюванням : методичні рекомендації / М. С. Бальвінська, Н. Е. Волкова, О. О. Колесник [та ін.]. – Одеса : Астропринт, 2015. – 40 с.

Генетическая чистота семян – актуальный вопрос современной генетики и селекции растений / Г. Е. Акинина, Ю. Н. Тереняк, Я. Ю. Шарыпина, В. Н. Попов // Фактори експериментальної еволюції організмів : зб. наук. пр. – К. : УТГіС, 2016. – Т. 18. – С. 56–60.

McPherson M. J. PCR / M. J. McPherson, S. G. Moller. – 2nd ed. – New York : Taylor & Francis Group, 2006. – P. 209–232.

Cheap, accurate and rapid allele frequency estimation of single nucleotide polymorphisms by primer extension and DHPLC in DNA pools / B.Hoogendoorn, N.Norton, G.Kirov [etal.] // Hum Genet. – 2000. – Vol. 107, Iss. 5. – P. 488–493.

Парій М.Ф. Спосіб визначення сортової чистоти та типовості партій насіння сільськогосподарських культур з використанням ДНК-маркерів / Парій М. Ф., Вдовиченко Ж.В., Спиридонов В.Г. // Патент України на винахід 56555, МПК7 А 01Н 1/04. – № u 2007 11049 ; Заявлено 08.10.2007 ; Опубліковано 25.01.2011, Бюл. № 7. 2011.

A simple sequence repeat-based linkage map of barley /L. Ramsay , M.Macaulaya, S. degli Ivanissevich[etal.] // Genetics. – 2000. – Vol. 156, No. 4. – Р. 1997–2005.

A rapid and simple method for small scale DNA extraction in Agavaceae and other tropical plants / M. Keb-Llanes, G. Gonzalez, B. Chi-Manzanero, D. Infante // Plant Mol. Biol. Rep. – 2002. – Vol. 20, No. 3. – P. 299a–299e.







Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

DOI: 10.21498/2518-1017

Flag Counter