Мультиплексный in silico RAPD-анализ ряда родственных растений с отличающимися размерами геномов и перспективы такого подхода для ДНК-паспортизации сортов сельскохозяйственных растений

Для нескольких видов растений проведен мультиплексный in silico RAPD-анализ их полных геномов, заметно различающихся своими размерами. Из семейства Крестоцветных исследованы три разновидности резуховидки Таля Arabidopsis thaliana, имеющие геном размером около 135 млн. пар нуклеотидов (п.н.). Из семейства Пасленовых проанализированы картофель Solanum tuberosum и томат S.lycopersicum с геномами 840 и 828 млн.п.н. соответственно. Из семейства Злаковых в анализ взяты два подвида риса Oryza sativa indica и O.sativa japonica (по 500 млн.п.н.), диплоидные пшеница Triticum urartu (5 млрд.п.н.) и эгилопс Aegilops tauschii (4,3 млрд.п.н.), а также тетраплоидные пшеницы T.turgidum и T.dicoccoides (оба вида имеют геномы около 12 млрд.п.н.) и гексаплоидная мягкая пшеница T.aestivum, имеющая геном размером около 17 млрд.п.н. Биоинформатический in silico анализ на наличие мест отжига в этих геномах комплекта декамерных праймеров проводился с помощью созданной нами ранее программы ABCDNA_GS. Особенностью праймеров, содержащих 40% G и C оснований, является их тринуклеотидный состав с полным отсутствием тиминов, способствующий исключению образования гомо- и гетеродимеров таких праймеров. Показано, что для растений с малыми размерами геномов (на примере семейства Крестоцветных) удовлетворительный уровень полиморфизма ДНК достигается при использовании в мультиплексном анализе комплекта из 12 праймеров, тогда как для крупных геномов вполне достаточно 6 таких праймеров. Предлагается модифицировать метод RAPD-анализа таким образом, что будут учитываться только короткие ампликоны, которые можно разделять капиллярным гель-электрофорезом и измерять их длины с точностью до нуклеотида. Выбранный диапазон разделения ампликонов от 51 до 500 нуклеотидов вмещает 450 воображаемых ДНК‑ячеек, которые обозначаются как ДНК[+]‑ячейка при наличии в ней фрагмента(ов) ДНК и ДНК[‑]‑ячейка при их отсутствии, что в двоичном счислении отображается как «1» и «0» соответственно. Приведены подсчеты количества возможных комбинаций при разной заполненности таких воображаемых ДНК‑ячеек, превышающих в ряде случаев гугол (10100). На основе полученных in silico результатов построены генетические штрих-коды, дающие возможность визуального наблюдения отличий проанализированных видов растений. Выявленные у разновидностей резуховидок и подвидов риса минорные различия позволяют прогнозировать применимость такого подхода к однозначной ДНК-паспортизации сортов растений. Причем данный подход может быть вполне применим и к породам животных, расам грибов и даже штаммам микроорганизмов, требуя лишь корректировки числа мультиплексных праймеров в зависимости от размеров геномов исследуемых видов. Помимо RAPD-анализа, для целей ДНК-паспортизации могут применяться и иные методы детекции полиморфизма ДНК, обеспечивающие точное установление размеров образующихся ампликонов. Биоинформатический анализ полных геномов исследуемых видов с помощью программы ABCDNA_GS может также служить в этих случаях для прогнозирования результатов и предварительного выбора комплектов мультиплексных праймеров. Отмечается, что подобная ДНК-паспортизация крайне важна для селекционных работ и аграрного производства.