БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 1, с. 40-48

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 519.876.5

ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОМЕСТНЫХ СОРТОВ НУТА

Д.Р. Кук***, Э. Веттберг****, М.А. Вишнякова*****, С.В. Нуждин*^,******, М.Г. Самсонова*

*Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29

**Кубанская опытная станция Федерального исследовательского центра «Всероссийского института генетических

ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»,

352183, Краснодарский край, Гулькевичский район, пос. Ботаника, Центральная ул., 2

***Калифорнийский университет в Дэвисе, 95616, Дэвис, США

****Университет Вермонта, 05405, Берлингтон, США

*****Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений

им. Н.И. Вавилова», 190000, Санкт-Петербург, Большая Морская ул., 42-44

******Университет Южной Калифорнии, 90089, Лос-Анджелес, США

E-mail: m.samsonova@spbstu.ru

Поступила в редакцию 20.11.2020 г.

После доработки 20.11.2020 г.

Принята к публикации 27.11.2020 г.

Коллекция банка семян Всероссийского института генетических ресурсов растений имени

Н.И. Вавилова (ВИР) содержит староместные сорта, собранные в основных исторических центрах

выращивания нута и его вторичной диверсификации. В статье приведен анализ результатов фено-

типирования 407 староместных сортов нута на полях Кубанской опытной станции ВИР в 2017 г.

Проведенный GWAS-анализ выявил три однонуклеотидных полиморфизма на хромосомах 2, 7 и 8,

значимо ассоциированных с фенотипическим признаком «число дней цветения». Эти однонуклео-

тидные полиморфизмы и районы генома рядом с ними были идентифицированы в предыдущих ис-

следованиях. При оценке взаимодействия «генотип-среда» были выявлены «лучшие» в средах ге-

нотипы для фенотипических признаков, связанных с семенами растений. Найденные генотипы

имеют альтернативную гомозиготу в позиции Ca7:30930779, которая значимо ассоциирована с дан-

ными фенотипическими признаками при фенотипировании на Кубанской опытной станции ВИР

в 2016 г. и с периодом цветения при фенотипировании в 2017 г. Полученные результаты могут уско-

рить поиск образцов коллекции наиболее перспективных для возделывания сортов нута.

Ключевые слова: нут (Cicer arietinum L.), генотипирование путем секвенирования, однонуклеотидные

полиморфизмы, геномный анализ ассоциаций, GGE biplot анализ.

DOI: 10.31857/S0006302921010051

Всероссийского института генетических ресурсов

Нут (Cicer arietinum) является одним из наибо-

растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) в Санкт-

лее широко выращиваемых зернобобовых куль-

Петербурге, которая была сформирована в ре-

тур в мире и обеспечивает жизненно важный ис-

зультате экспедиций под руководством Н.И. Ва-

точник диетического белка для ~15% населения

вилова в 1911-1940 гг.

земного шара. Нут был впервые одомашнен при-

мерно 10 тыс. лет назад в регионе Плодородного

В нашей предыдущей работе [2] был проведен

полумесяца и затем распространился в Индию

геномный анализ ассоциаций (GWAS) для поиска

статистически значимых ассоциаций между од-

(~6000 лет назад), а также в Эфиопию и Северную

Африку (~3000 лет назад) [1]. В статье проведен

нонуклеотидными полиморфизмами (ОНП) и

фенотипическими признаками, измеренными на

анализ 407 староместных сортов, собранных из

Кубанской опытной станции ВИР в

2016 г.

основных исторических центров выращивания

GWAS-анализ выявил большое количество ге-

нута и его вторичной диверсификации. Эти об-

номных интервалов и потенциальных генов-кан-

разцы являются частью коллекции банка семян

дидатов, которые могут влиять на важные агроно-

Сокращения: GWAS - геномный анализ ассоциаций, ОНП -

мические признаки. Кроме того, в работе [3] мы

однонуклеотидные полиморфизмы.

идентифицировали 13 ОНП, ассоциированных с

ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОМЕСТНЫХ СОРТОВ НУТА

Таблица 1. Фенотипические признаки, оцененные в 2017 г. на Кубанской опытной станции, отобранные для

GWAS анализа

Фенотипический признак

Единица измерения

Поражаемость аскохитозом

балл

Число дней от начала цветения до начала созревания

дни

Число дней цветения

дни

Число дней созревания

дни

Число дней от посева до начала всходов

дни

Число дней от начала всходов до начала цветения

дни

Число дней от начала всходов до начала созревания

дни

Число дней от начала всходов до конца цветения

дни

Число дней от начала всходов до конца созревания

дни

биоклиматическими переменными в местах сбо-

цы, собранные на Ближнем Востоке, в Северной

ра образцов и являющимися сильными кандида-

Африке, Пакистане, Марокко, Бирме, Средней

тами как маркеры локальной адаптации.

Азии, европейской части бывшего СССР и др.

Для осуществления генотипирования путем се-

В 2017 г. на полях Кубанской опытной станции

квенирования (GBS) был использован протокол

ВИР был осуществлен посев 407 образцов нута,

из статьи [4]. Данные секвенирования доступны в

фенотипированных там же в 2016 г., но на другом

базе данных Национального центра биотехноло-

месте в соответствии с севооборотом. Был прове-

гий, код BioProject PRJNA388691. Набор ОНП,

ден GWAS-анализ для поиска значимо ассоции-

использованных в данной работе был получен в

рованных ОНП с фенотипическими признаками

статье [2]: поиск ОНП был произведен с помо-

и сравнение результатов с найденными районами

щью программы Genome Analysis Tool Kit (GATK)

генома в анализе данных 2016 г.

[5], после фильтрации полученных ОНП с помо-

Известно, что в структуре фенотипической из-

щью программы VCFtools [6] для дальнейшего

менчивости количественных признаков, с кото-

анализа были использованы 407 образцов нута и

рыми имеет дело селекция, большую роль играет

2579 найденных у них ОНП. Обозначения образ-

взаимодействие «генотип-среда». Для оценки

цов приведены в соответствии с их нумерацией

стабильности и адаптивности генотипов был про-

при поиске ОНП.

веден GGE (genotype plus genotype-environment

interaction) biplot-анализ для трех фенотипиче-

Фенотипирование образцов на полях Кубанской

ских признаков: число дней цветения, число

опытной станции ВИР в 2017 г. В 2017 г. на полях

семян на одно растение и вес семян с одного рас-

Кубанского филиала ВИР был осуществлен посев

тения. При оценке взаимодействия «генотип-

407 образцов нута из набора, изученного там же в

среда» были использованы значения фенотипи-

2016 г. Климат Кубанской опытной станции хо-

ческих признаков, измеренных на Кубанской

рошо подходит для выращивания нута. Все агро-

опытной станции ВИР в 2016 и 2017 гг., а также

технические приемы при обработке почвы и по-

фенотипические признаки, измеренные в 2000-

севы были идентичны 2016 г. Описание феноти-

2005 гг. при посеве староместных сортов нута на

пирования в 2016 г. приведено в статье [2].

опытной станции организации ICARDA (Между-

Для проведения GWAS-анализа были выбра-

народный центр сельскохозяйственных исследо-

ны девять фенотипических признаков (см.

ваний засушливых регионов) в Алеппо (Сирия).

табл. 1), значения которых были измерены для

Полученные результаты могут быть использова-

всей выборки из 407 образцов, изученных в на-

ны в будущем для отбора генотипов с лучшими

шей предыдущей работе [2].

значениями фенотипов и фенотипической ста-

Для проведения GGE biplot-анализа были ото-

бильностью.

браны три фенотипических признака (число дней

цветения, число семян на одно растение и вес се-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

мян с одного растения), оценка которых была

произведена ранее на Кубанской опытной стан-

Генетический материал и геномные данные. Ге-

ции ВИР в 2016 г. и в другой локации - на опыт-

нетический материал был получен из старомест-

ной станции организации ICARDA в Алеппо.

ных образцов нута, собранных в 1920-1930 гг. в

основных исторических центрах выращивания

Статистический анализ количественных фено-

нута и его вторичной диверсификации, сохраняе-

типических признаков был выполнен с помощью

мых в коллекции ВИР. В изучение вошли образ-

программной среды R [7].

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

СОКОЛКОВА и др.

GWAS-анализ был проведен с использованием

течение весеннего периода наблюдались колеба-

линейных смешанных моделей, реализованных в

ния температур и возврат холодных периодов.

пакете программ FaST-LMM [8]. Анализ главных

Сумма активных температур за весенний период

компонент 2579 ОНП, проведенный в программ-

составила 736°C, что на 59°C меньше нормы. В

ной среде R [7], выявил, что первые восемь глав-

связи с этим посев образцов осуществляли на че-

ных компонент объясняют 48% вариабельности

тыре дня позже по сравнению с 2016 г. (2 мая).

всех ОНП. Поэтому для учета популяционной

Летний период характеризовался резкими коле-

структуры линейная смешанная модель была

баниями среднесуточных температур воздуха в

применена ко всем фенотипическим признакам с

июне и июле. Сумма активных температур за лето

восемью главными компонентами, которые были

2017 г. составила 2887°С. Абсолютный максимум

использованы в качестве ковариатов. Для каждо-

составил

38.1°C во второй декаде августа.

го фенотипического признака результат GWAS

Кроме того, в августе зарегистрировано опасное

анализа был подвержен коррекции на множе-

явление - «сильная жара» продолжительностью

ственное тестирование [9] с пороговым значени-

13 дней, максимальная температура воздуха пре-

ем 0.05. Кроме того, для определения значимо ас-

вышала 35°С.

социированных с фенотипическими признаками

GWAS-анализ по результатам фенотипирования

ОНП был использован параметр геномного кон-

на Кубанской опытной станции ВИР в 2017 г.

троля (λ_GC).

Для проведения GWAS-анализа по результатам

GGE biplot-анализ. Для проведения GGE bi-

фенотипирования в 2017 г. были выбраны девять

plot-анализа были отобраны три фенотипических

фенотипических признаков (табл. 1), значения

признака: число дней цветения, число семян на

которых были измерены для всей выборки из

одно растение и вес семян с одного растения. Эти

407 образцов, изученных в нашей предыдущей

фенотипические признаки были оценены в двух

работе [2].

разных локациях: на Кубанской опытной стан-

Для каждого фенотипического признака для

ции ВИР в 2016 и 2017 гг. и на опытной станции

учета популяционной структуры GWAS анализ

организации ICARDA в Алеппо. Посев старо-

был проведен с восемью главными компонента-

местных сортов нута в Сирии проводили в 2000-

ми в качестве ковариантов, которые были посчи-

2005 гг. Для исследования были подсчитаны сред-

таны на основе 2579 ОНП. GWAS-анализ выявил

ние значения фенотипических признаков, изме-

три ОНП на хромосомах 2, 7 и 8 соответственно,

ренных в этот период. Значения фенотипических

значимо ассоциированных с фенотипическим

признаков, измеренных на Кубанской опытной

признаком «число дней цветения» (табл. 2).

станции ВИР, будут рассмотрены раздельно по

году фенотипирования. Оценка взаимодействия

ОНП Ca2:17161884 значимо ассоциирован с

генотип-среда для фенотипического признака

периодом цветения на Кубани в 2017 г. Этот

число дней цветения была произведена для 63 ге-

ОНП, как и ОНП Ca2:17161867, ассоциированный

нотипов, для которых фенотипический признак

с весом растения без бобов при фенотипировании

был измерен во всех трех средах. Оценка взаимо-

на Кубани в 2016 г. [2], находится в области ин-

действия генотип-среда для фенотипических

трона гена Ca_16015 (табл. 2). Ген Ca_16015 коди-

признаков число семян на одно растение и вес се-

рует фосфоенолпируваткарбоксилазу - фермент,

мян с одного растения была произведена для

участвующий в фиксации углерода и цикле три-

32 генотипов. GGE biplot-анализ был проведен с

карбоновых кислот [11]. ОНП Ca7:30930779 зна-

помощью библиотеки в R metan (Multi-Environ-

чимо ассоциирован с периодом цветения на Ку-

ment Trial Analysis) [10].

бани в 2017 г. и с фенотипическими признаками,

измеренными на Кубани в 2016 г. - числом семян

на одно растение и весовыми характеристиками

РЕЗУЛЬТАТЫ

образцов [2] (табл. 2). ОНП на восьмой хромосо-

Фенотипирование на Кубанской опытной стан-

ме Ca8:10314452, ассоциированный с периодом

ции ВИР в 2017 г. В 2017 г. на полях Кубанской

цветения на Кубани в 2017 г., также был иденти-

опытной станции ВИР был осуществлен посев

фицирован в наших предыдущих исследованиях.

407 староместных образцов нута, изученных там

Этот ОНП значимо ассоциирован с весовыми ха-

же в 2016 г. Описание фенотипирования на Ку-

рактеристиками растений при фенотипировании

банской станции ВИР в 2016 г. приведено в нашей

на Кубани в 2016 г. [2] (табл. 2). Кроме того, при

предыдущей работе [2]. Сумма активных темпе-

поиске ОНП, значимо ассоциированных с био-

ратур за лето 2016 г. составила 3073°С. Абсолют-

климатическими переменными в местах сбора

ный максимум составил 39.8°C во второй декаде

образцов в работе [3], две биоклиматические пе-

июля. Летом 2016 г. были зарегистрированы два

ременные SMS1 и SMS3, которые включают тем-

опасных явления: в июне ливневый дождь с вы-

пературные характеристики, были совместно ас-

падением града, в августе - сильная жара. Сезон

социированы с ОНП Ca8:10314452 (табл. 2). ОНП

2017 г. отличался наступлением ранней весны. В

Ca8:10314452 находится на расстоянии ~25 kb от

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОМЕСТНЫХ СОРТОВ НУТА

Таблица 2. ОНП, выявленные по результатам GWAS анализа и их связь с ОНП, выявленными в наших

предыдущих исследованиях

Позиция

Хромосома

Признак

Ген

17161867

Вес растения без бобов, Кубань 2016 [2]

Ca_16015

Ca2

17161884

Число дней цветения, Кубань 2017

Число семян на одно растение, Кубань 2016 [2]

Вес растения без бобов, Кубань 2016 [2]

Число дней цветения, Кубань 2017

30930779

Ca7

Вес семян с одного растения, Кубань 2016 [2]

Вес растения, Кубань 2016 [2]

Вес бобов, Кубань 2016 [2]

Вес растения без бобов, Кубань 2016 [2]

Число дней цветения, Кубань 2017

10314452

Ca8

Вес растения, Кубань 2016 [2]

SMS1 [3]

SMS3 [3]

ОНП, ассоциированного с весом растения в ра-

пических признаков, измеренных в указанный

боте [12].

период. Для проведения GGE biplot-анализа ото-

браны три фенотипических признака, оценка ко-

GGE biplot-анализ. Для оценки взаимодей-

торых была произведена во всех трех средах -

ствия генотип-среда был использован GGE bi-

число дней цветения, число семян на одно расте-

plot-анализ. В работе рассматривали три среды

ние и вес семян с одного растения.

выращивания староместных сортов нута: Кубан-

Оценка стабильности и адаптивности геноти-

ская опытная станция ВИР в 2016 г., Кубанская

пов для фенотипического признака «число дней

опытная станция ВИР в 2017 г. и опытная станция

цветения» была произведена для 63 генотипов. В

организации ICARDA в Алеппо (Сирия). Описа-

табл. 3 представлены описательные статистики

ние фенотипирования на Кубанской опытной

фенотипического признака с учетом среды фено-

станции и климатические условия выращивания

типирования.

в 2016 и 2017 гг. приведены выше. Фенотипирова-

ние в Сирии проводили в 2000-2005 гг. в условиях

GGE biplot-анализ показал, что первые две

засушливого климата. Посев образцов проводили

главные компоненты объясняют 86.5% от общей

в феврале, а сбор урожая - в августе. Описание

изменчивости, вызванной взаимодействием «ге-

анализа фенотипических признаков, изученных в

нотип-среда» (рис. 1). Визуализация GGE biplot-

Сирии, приведено в работе [13]. Для исследова-

анализа, представленная на рис. 1, дает возмож-

ния были рассчитаны средние значения феноти-

ность оценить генотипы по их стабильности и

Таблица 3. Описательные статистики фенотипического признака «число дней цветения»

Стандартное

Минимальное

Максимальное

Признак

Среднее

Медиана

отклонение

значение

Число дней цветения, Кубань

17.56

5.98

2016

Число дней цветения, Кубань

19.67

3.94

2017

Число дней цветения, Сирия

26.73

4.26

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

СОКОЛКОВА и др.

Стабильность оценивается по проекции на ось,

перпендикулярную данной оси. Таким образом,

можно сделать вывод, что генотип VT0054_0897

имеет максимальное среднее значение, а генотип

VT0031_0603 имеет минимальное среднее значе-

ние фенотипического признака число дней цве-

тения. Кроме того, генотипы VT0050_0874 и

VT0054_0897 проявили себя как наиболее вариа-

бельные.

Оценка взаимодействия «генотип-среда» для

фенотипического признака число семян на одно

растение была произведена для 32 генотипов. В

табл. 4 представлены описательные статистики

фенотипического признака с учетом среды

фенотипирования.

GGE biplot-анализ показал, что первые две

главные компоненты объясняют 82% от общей

изменчивости, вызванной взаимодействием «ге-

нотип-среда» (рис. 2а,б). Из визуализации GGE

biplot-анализа, представленной на рис. 2а, мы мо-

жем сделать вывод, что генотип VE0119_0694

имеет максимальное среднее значение, а генотип

Рис. 1. Визуализация GGE biplot-анализа для фено-

типического признака «число дней цветения». Ран-

VT0028_0599 - минимальное среднее значение

жирование генотипов по значению фенотипического

фенотипического признака «число семян на одно

признака и стабильности.

растение». Генотип VT0039_0793 является самым

вариабельным. При визуализации GGE biplot-

анализа, представленной на рис. 2б, можно выде-

ранжировать их по значению фенотипического

лить генотипы, объединяющие высокие значения

признака. Среднее значение фенотипа для каж-

фенотипического признака и стабильность.

дого генотипа оценивается по проекции их мар-

Центр концентрических кругов представляет со-

керов на ось, обозначенную на рисунке стрелкой.

бой положение «идеального» генотипа, который

Рис. 2. Визуализация GGE biplot-анализа для фенотипического признака «число семян на одно растение»: (а) - ран-

жирование генотипов по значению фенотипического признака и стабильности, (б) - ранжирование генотипов по

близости к «идеальному» генотипу.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОМЕСТНЫХ СОРТОВ НУТА

Таблица 4. Описательные статистики фенотипического признака «число семян на одно растение»

Стандартное

Минимальное

Максимальное

Признак

Среднее

Медиана

отклонение

значение

Число семян на одно

77.31

69.5

37.35

176

растение, Кубань 2016

Число семян на одно

123.97

122

45.69

254

растение, Кубань 2017

Число семян на одно

65.95

37.5

53.11

196

растение, Сирия

Таблица 5. Описательные статистики фенотипического признака «вес семян с одного растения»

Стандартное

Минимальное

Максимальное

Признак

Среднее

Медиана

отклонение

значение

Вес семян с одного растения,

14.75

12.1

9.29

3.5

46.8

Кубань 2016

Вес семян с одного растения,

19.73

20.6

7.27

7.5

44.2

Кубань 2017

Вес семян с одного растения,

19.79

20.05

7.78

6.9

52.1

Сирия

может и не существовать, но его можно использо-

ния» наиболее информативным является пред-

вать в качестве эталонного генотипа. Можно сде-

ставление результатов GGE biplot-анализа в виде

лать вывод, что для фенотипического признака

многоугольника «где какой генотип выигрывает»

«число семян на одно растение» наиболее жела-

(рис. 4а,б). Пунктирные линии, которые делят

тельным является генотип VE0119_0694, макси-

график на сектора, разделяют его на набор сред.

мально приближенный к «идеальному» генотипу.

Генотипы, являющиеся вершинами многоуголь-

Оценка стабильности и адаптивности геноти-

ника, имеют наибольшее значение фенотипиче-

пов для фенотипического признака «вес семян с

ского признака в средах, попадающих в один с

одного растения» была произведена для 32 гено-

ними сектор. Для фенотипического признака

типов. В табл. 5 представлены описательные ста-

«число семян на одно растение» генотип

VT0039_0793 был лучшим в среде «Кубань, 2016»;

тистики фенотипического признака с учетом сре-

ды фенотипирования.

генотип VE0119_0694 - в среде «Кубань, 2017»; ге-

нотип VE0125_0730 - в среде «Сирия» (рис. 4а).

GGE biplot-анализ показал, что первые две

Для фенотипического признака «вес семян с од-

главные компоненты объясняют 78% от общей

ного растения» генотипы VT0040_0856 и

изменчивости, вызванной взаимодействием «ге-

VE0125_0730 были лучшими в средах «Кубань,

нотип-среда» (рис.

3а,б). При визуализации

2017» и «Сирия», образующих мега-среду, а гено-

GGE biplot-анализа, представленной на рис. 3а,

тип VT0039_0793

- в среде

«Кубань,

2016»

можно сделать вывод, что генотип VT0040_0856

(рис. 4б).

имеет максимальное среднее значение, а генотип

VE0147_0766 - минимальное среднее значение

Для фенотипического признака «число семян

фенотипического признака «число семян на одно

на одно растение» при фенотипировании на Ку-

растение». Кроме того, генотипы VT0039_0793 и

банской опытной станции ВИР в 2016 г. в нашей

VT0040_0856 являются самыми вариабельными.

предыдущей работе [2] был найден значимо ассо-

При визуализации GGE biplot-анализа, представ-

циированный с этим признаком ОНП на седьмой

ленной на рис. 3б, можно сделать вывод, что ге-

хромосоме Ca7:30930779. В табл. 6 представлены

нотип VT0010_0351 является наиболее прибли-

значения генотипов, которые являются «лучши-

женным к «идеальному» генотипу.

ми» в средах в этой позиции. Интересным являет-

Для фенотипических признаков «число семян

ся то, что генотип VT0039_0793, являющийся

на одно растение» и «вес семян с одного расте-

«лучшим» в среде «Кубань, 2016» и генотип

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СТАРОМЕСТНЫХ СОРТОВ НУТА

Таблица 6. Значения генотипов, которые являются «лучшими» в средах, в позиции, найденной в GWAS-анализе

для фенотипического признака «число семян на одно растение»

Среда

Кубань, 2016

Кубань, 2017

Сирия

Генотип

VT0039_0793

VE0119_0694

VE0125_0730

Ca7:30930779

1/1

0/1

1/1

Таблица 7. Значения генотипов, которые являются «лучшими» в средах, в позициях, найденных в GWAS-анализе

для фенотипического признака «вес семян с одного растения»

Среда/Мега-среда

Кубань, 2017; Сирия

Кубань, 2016

Генотип

VT0040_0856

VE0125_0730

VT0039_0793

Ca4:33967674

1/1

0/0

Ca7:30930779

0/1

1/1

банской опытной станции ВИР в 2016 г. в нашей

для фенотипического признака «число семян на

предыдущей работе [2] были обнаружены два зна-

одно растение». Также в мегасреде «Кубань, 2017»

чимо ассоциированных с этим признаком ОНП:

и «Сирия» этот генотип был «лучшим» для фено-

на четвертой хромосоме Ca4:33967674 и тот же

типического признака «вес семян с одного расте-

ОНП на седьмой хромосоме, что и для признака

ния». Объяснением того, что образцы, собранные

«число семян на одно растение» Ca7:30930779. В

в Турции и Эфиопии, проявили себя как «луч-

табл. 7 представлены значения генотипов, кото-

шие» в средах «Кубань, 2016» и «Сирия» соответ-

рые являются «лучшими» в средах, в этой по-

ственно, может быть близость погодных условий

зиции.

в годы исследования. Генотипы VT0039_0793 и

VE0125_0730 имеют альтернативную гомозиготу в

позиции Ca7:30930779, которая значимо ассоци-

ОБСУЖДЕНИЕ

ирована с фенотипическими признаками «число

В структуре фенотипической изменчивости

семян на одно растение» и «вес семян с одного

количественных признаков, с которыми имеет

растения» при фенотипировании на Кубанской

дело селекция, большую роль играет взаимодей-

опытной станции ВИР в 2016 г. Кроме того, дан-

ствие «генотип-среда». Для более объективной

ный ОНП значимо ассоциирован с периодом

оценки фенотипических признаков в 2017 году на

цветения при фенотипировании на Кубанской

полях Кубанской опытной станции ВИР был осу-

опытной станции ВИР в 2017 г. Из 32 анализиру-

ществлен посев 407 староместных образцов нута,

емых в GGE biplot-анализе генотипов, только у

фенотипированных там же в 2016 г. Проведенный

шести генотипов в данной позиции присутству-

GWAS-анализ выявил три ОНП на хромосомах 2,

ет альтернативная гомозигота. Результаты дан-

7 и 8 соответственно, значимо ассоциированных

ной работы могут помочь селекционерам в отбо-

с фенотипическим признаком число дней цвете-

ре наиболее перспективных для возделывания

ния на Кубани в 2017 г. Найденные ОНП попада-

староместных сортов нута из коллекции банка

ют в районы генома, ранее идентифицированные

семян ВИР.

в GWAS-анализе по результатам фенотипирова-

ния на Кубанской опытной станции ВИР в 2016 г.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

[2]. GGE biplot-анализ фенотипических призна-

ков, связанных с семенами растений, - числом

Фенотипирование на Кубанской опытной

семян на одно растение и весом семян с одного

станции ВИР в 2017 г., GWAS- и GGE biplot-ана-

растения - выявил два «лучших» в средах геноти-

лизы были поддержаны грантом Российского на-

па: VT0039_0793 и VE0125_0730. Генотип

учного фонда № 16-16-00007 (для АБС, СВН,

VT0039_0793, собранный в Турции, был «луч-

МГС). Работа была также поддержана соглаше-

шим» в среде «Кубань, 2016» для обоих фенотипи-

нием о сотрудничестве от Агентства США по

ческих признаков. Генотип VE0125_0730, собран-

международному развитию в рамках программы

ный в Эфиопии, был «лучшим» в среде «Сирия»

«Накорми будущее» AID-OAA-A-14-00008 (для

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

СОКОЛКОВА и др.

ДК, ПЧ, СВН), Фондом Зумберджа (для СВН),

4. E. J. von Wettberg, P. L. Chang, A. Greenspan, et al.,

грантом IOS-1339346 от Программы генома рас-

Nature Commun.

9, Art.

649

(2018). DOI:

тений Национального научного фонда США

10.1038/s41467-018-02867-z

(для ДК).

5. A. McKenna, M. Hanna, E. Banks, et al., Genome

Res. 20, 1297 (2010).

6. P. Danecek, A. Auton, G. Abecasis, et al., Bioinfor-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

matics 27, 2156 (2011).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

7. R: A Language and Environment for Statistical Comput-

интересов.

ing (R Foundation for Statistical Computing, Vienna,

Austria. 2018). Available online: https://www.R-proj-

ect.org/ (accessed on 15 June 2020).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

8. C. Lippert, J. Listgarten, Y. Liu, et al., Nat. Methods 8,

Настоящая работа не содержит описания ис-

833 (2011).

следований с использованием людей и животных

9. J. D. Storey, Ann. Stat. 31, 2013 (2003).

в качестве объектов.

10. T. Olivoto and A. D. Lucio, Methods Ecol Evol. 11, 783

(2020). DOI: 10.1111/2041-210X.13384.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

11. R. Chollet, J. Vidal, M. H. O’Leary, Annu. Rev. Plant

1. R. J. Redden and J. D. Berger, In Chickpea Breeding &

Physiol. Plant Mol. Biol. 47, 273 (1996).

Management, Ed. by S. S. Yadav, R. Redden, W. Chen,

12. R. K. Varshney, M. Thudi, M. Roorkiwal, et al., Nat Gen-

B. Sharma (CABI, Wallingford, UK, 2007), pp. 1-13.

et. 51, 857 (2019). DOI: 10.1038/s41588-019-0401-3.

2. A. Sokolkova, et al., Int. J. Mol. Sci. 21, 3952 (2020).

13. E. Plekhanova, M. A. Vishnyakova, S. Bulyntsev, et al.,

3. A.Б. Соколкова и др., Биофизика 65 (2), 276 (2020).

Sci. Rep. 7, 4816 (2017).

Genomic Analysis of Historic Chickpea Landraces

A.B. Sokolkova*, S.V. Bulyntsev**, P.L. Chang***, N. Carrasquila-Garcia***, D.R. Cook***,

E. von Wettberg****, M.A. Vishnyakova*****, S.V. Nuzhdin*^, ******, and M.G. Samsonova*

*Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, ul. Polytekhnicheskaya 29, St. Petersburg, 195251 Russia

** Kuban Experimental Station, Federal Research Center “Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources”,

ul. Tsentralnaya 2, pos. Botanika, Gulkevichi District, Krasnodar Krai, 352183 Russia

***University of California, Davis, California, 95616 United States of America

****University of Vermont, Burlington, Vermont, 05405 United States of America

*****Federal Research Center “Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources”,

ul. Bolshaya Morskaya 42-44, St. Petersburg, 190000 Russia

******University of Southern California, Los Angeles, California, 90089 United States of America

The collection of seeds and living plants at N.I. Vavilov All Russian Institute of Plant Genetic Resources

(VIR) contains historic chickpea landraces sampled from major historic centers of chickpea cultivation and

secondary diversification. In this work, we analyze the results obtained from phenotype characterization of

407 historic chickpea landraces grown in the trial fields of Kuban experimental station, VIR, in 2017. GWAS

analysis identified three single nucleotide polymorphisms on chromosomes 2, 7 and 8, highly associated with

the phenotype trait, i.e. days to flowering. These single nucleotide polymorphisms and the regions of genome

near to these single nucleotide polymorphisms were identified in previous studies. Estimation of the Geno-

type-Environment interaction for phenotypic traits coincident with plant seeds led to identification of the

“best” genotypes in the environments. These genotypes have an alternative homozygote at loci Ca7:30930779

which shows similar phenotypic traits described during phenotype characterization of seeds grown in the trial

fields of Kuban experimental station, VIR in 2016 and with the period of flowering typical of phenotype char-

acterization of plants in 2017. The obtained results can speed up the search for the seed samples most prom-

ising for cultivation of chickpea landraces.

Keywords: chickpea (Cicer arietinum L.), genotyping by sequencing, single nucleotide polymorphisms, genome-

wide association study, GGE biplot analysis

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021