Павел Дмитриевич Тимкин, Полина Михайловна Линская, Ангелина Сергеевна Зажигалкина,

Андрей Андреевич Пензин

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный центр

«Всероссийский научно-исследовательский институт сои»

675005, г. Благовещенск, Российская Федерация

соя, Cercospora sojina, церкоспороз, SSR-маркеры, маркер-вспомогательная селекция, SATT244, Rcs3.

Появление устойчивых к фунгицидам штаммов патогена Cercospora sojina создает потребность в совершенствовании методов селекции сои. Целью данной работы была оценка генетического потенциала устойчивости коллекции сортов сои селекции ВНИИ сои с использованием трех микросателлитных (SSR) маркеров (Satt244, Satt529, Satt565), ассоциированных с известными генами устойчивости (Rcs). Исследование включало генетическое профилирование 68 сортов. Экспериментальная работа состояла из выделения ДНК, ее амплификации с помощью ПЦР и разделения продуктов методом гель-электрофореза. Полученные данные подверглись комплексному статистическому анализу, который включал расчет индекса полиморфизма (PIC), анализ главных компонентов (PCA) и иерархическую кластеризацию. Анализ выявил значительный полиморфизм для маркеров Satt529 (PIC = 0,784) и Satt565 (PIC = 0,808), тогда как маркер Satt244 показал умеренный полиморфизм (PIC = 0,497). Последнее свидетельствует о сильном селекционном давлении в пользу определенного аллеля. Таким ключевым аллелем был идентифицирован Satt244-154, показавший себя как наиболее надежный прогностический признак устойчивости, ассоциированный с широкоспектровым геном Rcs3. Комбинация благоприятных аллелей (Satt244-154, Satt565-208, Satt529-180) была обнаружена у ряда сортов, включая Олимп, Грэй, ВНИИС-18 и Тисей, что позволило классифицировать их как высокоустойчивые. Многомерный анализ распределил сорта на 15 четких генетических кластеров, подтвердив структурообразующую роль маркера SATT244. По итогам оценки 39,7 % сортов отнесены к высокоустойчивым, 35,3 % - к среднеустойчивым и 25,0 % - к восприимчивым. Исследование подтвердило статистически значимую ассоциацию между определенными аллелями SSR-маркеров и устойчивостью к патогену. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность данных маркеров, в частности SATT244, для быстрой идентификации устойчивых генотипов и обосновывают их применение в маркер-вспомогательной селекции (MAS) для ускорения создания новых устойчивых сортов сои.

The emergence of fungicide-resistant strains of the pathogen Cercospora sojina creates a need to improve soybean breeding methods. The aim of this work was to assess the genetic resistance potential of a collection of soybean varieties bred by the All-Russian Research Institute of Soybeans using three microsatellite (SSR) markers (Satt244, Satt529, Satt565) associated with known resistance genes (Rcs). The study involved genetic profiling of 68 varieties. Experimental work consisted of DNA extraction, its amplification by PCR, and separation of products by gel electrophoresis. The obtained data underwent comprehensive statistical analysis, including calculation of the polymorphism information content (PIC), principal component analysis (PCA), and hierarchical clustering. The analysis revealed significant polymorphism for markers Satt529 (PIC = 0,784) and Satt565 (PIC = 0,808), while marker Satt244 showed moderate polymorphism (PIC = 0,497). The latter indicates strong selection pressure in favor of a specific allele. This key allele was identified as Satt244-154, which proved to be the most reliable predictive trait for resistance, associated with the broad-spectrum gene Rcs3. A combination of favorable alleles (Satt244-154, Satt565-208, Satt529-180) was found in a number of varieties, including Olimp, Grey, VNIIS-18 and Tisey, allowing their classification as highly resistant. Multivariate analysis distributed the varieties into 15 distinct genetic clusters, confirming the structure-forming role of the Satt244 marker. Based on the assessment, 39,7 % of the varieties were classified as highly resistant, 35,3 % as moderately resistant and 25,0 % as susceptible. The study confirmed a statistically significant association between specific SSR marker alleles and resistance to the pathogen. The obtained results demonstrate the high efficiency of these markers, particularly Satt244, for rapid identification of resistant genotypes and justify their application in marker-assisted selection (MAS) to accelerate the development of new resistant soybean varieties.

Akem C. N. The effect of timing of fungicide applications on control of frogeye leaf spot and grain yield of soybeans // European Journal of Plant Pathology. 1995. Vol. 101. P. 183–187. DOI: 10.1007/BF01874764.

2. Barro J. P., Muller G. A. B., Brustolin R., Feksa H. R., Casa R. T. Frogeye leaf spot caused by Cercospora Sojina: A Review // Tropical Plant Pathology. 2023. Vol. 48. P. 363–374. DOI: 10.1007/s40858-023-00583-8.


3. Dashiell K. E., Akem C. N. Yield losses in soybeans from frogeye leaf spot caused by Cercospora Sojina // Crop Protection. 1991. Vol. 10, № 6. P. 465–468. DOI: 10.1016/S0261-2194(91)80134-2.


4. Kumawat G., Singh G., Gireesh C., Shivakumar M., Arya M., Agarwal D. K., Husain S. M. Molecular characterization and genetic diversity analysis of soybean (Glycine max (L.) Merr.) germplasm accessions in India // Physiology and Molecular Biology of Plants. 2015. Vol. 21, № 1. P. 101–107. DOI: 10.1007/s12298-014-0266-y.


5. McDonald S., Buck J., Li Z. Genetic mapping of the Rcs2 locus in soybean cultivar Kent for resistance to frogeye leaf spot // Crop Science. 2023. Vol. 63. Art. № 21043. DOI: 10.1002/csc2.21043.


6. Mengistu A., Pawlowski M. L., Mbofung G. Y. C., Bellaloui N., Adeyanju A. O., Caffe M., Kandel D. R., Chilvers M. I., Mueller D. S., Giesler L. J., Conley S. P., Wise K. A. Pathotype grouping of Cercospora sojina isolates on soybean and sensitivity to QoI fungicides // Plant Disease. 2020. Vol. 104, № 2. P. 373–380. DOI: 10.1094/PDIS-02-19-0368-RE.


7. Missaoui A. M., Phillips D. V., Boerma H. R. DNA Marker Analysis of ‘Davis’ Soybean and Its Descendants for the Rcs3 Gene Conferring Resistance to Cercospora sojina // Crop Science. 2007. Vol. 47. P. 1263–1270. DOI: 10.2135/cropsci2006.09.0607.


8. Neves D. L., Webster R. W., Smith D. L., Bradley C. A. The G143A Mutation in the Cytochrome b Gene Is Associated withQuinone Outside Inhibitor Fungicide Resistance in Cercospora sojina from Soybean Fields in Wisconsin // Plant Health Progress. 2022. Vol. 23, № 2. P. 241–242. DOI: 10.1094/PHP-09-21-0115-BR.


9. Phillips D. V., Boerma H. R. Two Genes for Resistance to Race 5 of Cercospora sojina in Soybeans // Phytopathology. 1982. Vol. 72, № 7. P. 764–766.


10. Rouf Mian M. A., Wang T., Phillips D. V., Alvernaz J., Boerma H. R. Molecular mapping of the Rcs3 gene for resistance to frogeye leaf spot in soybean // Crop Science. 1999. Vol. 39, № 6. P. 1687–1691. DOI: 10.2135/cropsci1999.3961687x.


11. Serrote C. M. L., Reiniger L. R. S., Silva K. B., Rabaiolli S. M. D. S., Stefanel C. M. Determining the Polymorphism Information Content of a molecular marker // Gene. 2020. Vol. 726. Art. № 144175. DOI: 10.1016/j.gene.2019.144175.


12. Sun M., Na C., Jing Y., Cui Z., Li N., Zhan Y., Teng W., Li Y., Li W., Zhao X., Han Y. Genome-Wide Association Analysis and Gene Mining of Resistance to China Race 1 of Frogeye Leaf Spot in Soybean // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. Art. № 867713. DOI: 10.3389/fpls.2022.867713.


13. Yang W. Z., Beauchemin K. A., Rode L. M. Barley processing, forage:concentrate, and forage length effects on chewing and digesta passage in lactating cows // Journal of Dairy Science. 2001. Vol. 84, № 12. P. 2709–2720. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(01)74725-X.


14. Zatybekov A. K., Turuspekov Y. T., Doszhanova B. N., Abugalieva S. I. A study of the genetic diversity in the world soybean collection using microsatellite markers associated with fungal disease resistance // Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020. Vol. 181, № 3. P. 81–90. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-81-90.


15. Zhang G., Bradley C. A. Survival of Cercospora sojina on soybean leaf debris in Illinois // Plant Health Progress. 2014. Vol. 15, № 3. P. 92–96. DOI: 10.1094/PHP-RS-14-0005.