Особливості передачі маркерів хромосоми 1U Aegilops biuncialis Vis. у гібридів пшениці м’якої

Автор(и)

  • Nataliia Kozub кандидат біологічних наук, завідувач Лабораторії екологічної генетики рослин і біотехнології Інституту захисту рослин НААН, Україна
  • Ihor Sozinov старший науковий співробітник Лабораторії екологічної генетики рослин і біотехнології Інституту захисту рослин НААН, Україна https://orcid.org/0000-0002-3621-5746

DOI:

https://doi.org/10.18523/2617-4529.2020.3.20-25

Ключові слова:

Triticum aestivum L., Aegilops biuncialis Vis., інтрогресія, розщеплення по центромері, гліадини, високомолекулярні субодиниці глютенінів

Анотація

Дикий родич пшениці Aegilops biuncialis Vis. може бути джерелом нових алелів запасних білків для збагачення генофонду пшениці м’якої. Ми створили матеріал пшениці від міжвидових схрещень пшениці м’якої з кримськими зразками Ae. biuncialis через пряме схрещення та беккросування пшеницею. З використанням запасних білків як генетичних маркерів відібрано лінії з інтрогресіями хромосоми 1U. Метою роботи було дослідження передачі маркерів хромосоми 1U у гібрида від схрещення сорту пшениці м’якої Безоста 1 з лінією-носієм хромосоми 1U. Аналізували зерна F2 від схрещення сорту пшениці Безоста 1 з лінією NVG41, що несе хромосому 1U від Ae. biuncialis. Маркерами пліч хромосоми 1U слугували запасні білки, кодовані Gli-U1 i Glu-U1. Гліадини аналізували електрофорезом у кислому середовищі в поліакриламідному гелі за методикою Козуб Н. О. та ін. (Kozub et al. (2009)). Електрофорез загального білка зерна, зокрема високомолекулярних субодиниць глютенінів, проводили за методикою Laemmli (1970). Серед проаналізованих зерен F2 ідентифіковано чотири класи генотипів за маркерами Gli-U1 i Glu-U1: 1) з цілою хромосомою 1U, 2) лише з плечем 1UL, 3) лише з плечем 1US, 4) без хромосоми 1U. У гібрида F1 NVG41 × Безоста 1 хромосома 1U від Ae. biuncialis передавалась із дещо підвищеною частотою (за маркером Glu-U1 та за одночасною присутністю маркерів Gli-U1 i Glu-U1). Частота розділення пліч хромосоми 1U (унівалента) у гібрида F1 становила близько 9 %. При цьому формувалось значно менше зернівок лише з плечем 1US (2 %), ніж лише з 1UL (6 %). Отже, нижчу частоту генотипів лише з плечем 1US порівняно з генотипами лише з плечем 1UL у потомстві гібридів F1 пшениці з унівалентом 1U від Ae. biuncialis можна спостерігати вже на стадії зернівок. Це може бути пов’язано з втратою телоцентриків з плечем 1US при формуванні гамет або зниженою життєздатністю генотипів лише з 1US на стадії гамет або після формування зиготи.

Матеріал надійшов 02.04.2020

Посилання

  1. Qi L, Friebe B, Zhang P, Gill BS. Homoeologous recombination, chromosome engineering and crop improvement. Chromosome Res. 2007;15:3–19. DOI: 10.1007/s10577-006-1108-8
  2. Schneider A, Molnár I, Molnár-Láng M. Utilisation of Aegilops (goatgrass) species to widen the genetic diversity of cultivated wheat. Euphytica. 2008;163:1–19. DOI: 10.1007/s10681-007-9624-y
  3. Kilian B, Mammen K, Millet E, Sharma R, Graner A, et al. Aegilops. In: Kole C, editor. Wild crops relatives: genomic and breeding resources. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag; 2011, p. 1–76. DOI: 10.1007/978-3-642-14228-4
  4. Ceoloni C, Kuzmanović L, Ruggeri R, Rossini F, Forte P, et al. Harnessing genetic diversity of wild gene pools to enhance wheat crop production and sustainability: challenges and opportunities. Diversity. 2017;9:55. DOI: 10.3390/d9040055
  5. Kishii M. An update of recent use of Aegilops species in wheat breeding. Front Plant Sci. 2019;10:585. DOI: 10.3389/fpls.2019.00585
  6. Kumar A, Kapoor P, Chunduri V, Sharma S, Garg M. Potential of Aegilops sp. for improvement of grain processing and nutritional quality in wheat (Triticum aestivum). Front Plant Sci. 2019;10:308. DOI: 10.3389/fpls.2019.00308
  7. Hammer K. Vorarbeiten zur monographischen darstellung von wildpflanzen sortimenten: Aegilops L. Kulturpflanze. 1980;28:33–180. DOI: 10.1007/bf02014641
  8. Witcombe JR. A guide to the species of Aegilops L. Their taxonomy, morphology and distribution. Rome, Italy: IBPGR Secretariat; 1983.
  9. van Slageren MW. Wild wheats: a monograph of Aegilops L. and Amblyopyrum (Jaub. & Spach) Eig (Poaceae). Wageningen: Agricultural University Papers, 1994.
  10. Kimber G, Feldman M. Wild wheat: an introduction. Special Report 353. College of Agriculture Univ. Missouri, Columbia; 1987. 146 p.
  11. Yen C, Yang J. Biosystematics of Triticeae: Volume I. Triticum-Aegilops complex. China Agriculture Press & Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2020 DOI: 10.1007/978-981-13-9931-2
  12. Kihara H. Considerations on the evolution and distribution of Aegilops species based on the Analyzer method. Cytologia. 1954;19:336–57. DOI: 10.1508/cytologia.19.336
  13. Tsunewaki K. Cytoplasmic variation in Triticum and Aegilops. In: Miller TE and Koebner RMD, editors. 7th Int. Wheat Genet. Symp. Cambridge, England, Bath Press, Bath, Avon, U.K.; 1988, p. 53–62.
  14. Molnár-Láng M, Linc G, Nagy ED, Schneider A, Molnár I. Molecular cytogenetic analysis of wheat-alien hybrids and derivatives. Acta Agronomica Hungarica. 2002;50(3):303–311. DOI: 10.1556/AAgr.50.2002.3.8
  15. Schneider A, Linc G, Molnár I, Molnár-Láng M. Molecular cytogenetic characterization of Aegilops biuncialis and its use for the identification of 5 derived wheat – Aegilops biuncialis disomic addition lines. Genome. 2005;48:1070–82. DOI: 10.1139/g05-062
  16. Rakszegi M, Molnár I, Lovegrove A, Darkó É, Farkas A, et al. Addition of Aegilops U and M chromosomes affects protein and dietary fiber content of wholemeal wheat flour. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1529. DOI: 10.3389/fpls.2017.01529
  17. Molnár I, Benavente E, Molnár-Láng M. Detection of intergenomic chromosome rearrangements in irradiated Triticum aestivum – Aegilops biuncialis amphiploids by multicolour genomic in situ hybridization. Genome. 2009;52:156–65. DOI: 10.1139/g08-114
  18. Farkas A, Molnár I, Dulai S, Rapi S, Oldal V, et al. Increased micronutrient content (Zn, Mn) in the 3Mb(4B) wheat – Aegilops biuncialis substitution and 3Mb.4BS translocation identified by GISH and FISH. Genome. 2014;57:61–7. DOI: 10.1139/gen-2013-0204
  19. Tan F, Zhou J, Yang Z, Zhang Y, Pan L, et al. Characterization of a new synthetic wheat – Aegilops biuncialis partial amphiploid. Afr. J. Biotech., 2009;8(14):3215–18. DOI: 10.5897/AJB09.359
  20. Zhou JP, Yao CH, Yang EN, Yin MQ, Liu C, et al. Characterization of a new wheat-Aegilops biuncialis addition line conferring quality-associated HMW glutenin subunits. Genetics and Molecular Research, 2014;13(1):660–9. DOI: 10.4238/2014.January.28.11.
  21. Zhou JP, Cheng Y, Zang LL, Yang EN, Liu C, et al. Characterization of a new wheat-Aegilops biuncialis 1Mb(1B) substitution line with good quality-associated HMW glutenin subunit Cereal Research Communications. 2016;44(2):198–205. DOI: 10.1556/0806.43.2015.048
  22. Kozub NO, Sozinov IO, Bidnyk HYa, Demianova NO, Sozinova OI, et al. Development and studying of Triticum aestivum L. material with introgressions from Aegilops biuncialis Vis. In: Kunakh VA, editor in chief. Factors of Experimеntal Evolution of Organisms. MI Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2018;23:297–301. DOI: 10.7124/FEEO.v23.1031. Ukrainian.
  23. Kozub NO, Sozinov IO, Bidnyk HYa, Demianova NO, Sozinova OI, et al. Studying common wheat material from crosses with Aegilops biuncialis Vis. using markers for chromosome 1U. In: Kunakh VA, editor in chief. Factors of Experimеntal Evolution of Organisms. MI Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2019;25:297–301. DOI: 10.7124/FEEO.v23.1031. Ukrainian.
  24. Payne PI. Genetics of wheat storage proteins and the effect of allelic variation on bread-making quality. Annual Review of Plant Physiology. 1987;38:141–53. DOI: 10.1146/annurev.pp.38.060187.001041
  25. Brown JWS, Kemble RJ, Law CN, Flavell RB. Control of endosperm proteins in Triticum aestivum (var. Chinese Spring) and Aegilops umbellulata by homoeologous group 1 chromosomes. Genetics. 1979;93:189–200.
  26. Lawrence GJ, Shepherd KW. Chromosomal locations of genes controlling seed proteins in species related to wheat. Theor Appl Genet. 1981;59:25–31. DOI: 10.1007/BF00275771
  27. Kozub NA, Sozinov IA. Sobko TA, Kolyuchii VT, Kuptsov SV, et al. Variation at storage protein loci in winter common wheat cultivars of the Central Forest-Steppe of Ukraine. Cytology and Genetics. 2009;43(1):55–62. DOI: 10.3103/S0095452717020050
  28. Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680–5. DOI: 10.1038/227680a0
  29. Darlington CD. Misdivision and the genetics of the centromere. J Genet. 1939;37:341–64.
  30. Sears ER. Misdivision of univalents in common wheat. Chromosoma. 1952;4:535–50. DOI: doi.org/10.1007/bf00325789
  31. Lukaszewski AJ. Behavior of centromeres in univalents and centric misdivision in wheat. Cytogenet Genome Res. 2010;129:97–109. DOI: 10.1159/000314108

##submission.downloads##

Як цитувати

1.
Kozub N, Sozinov I. Особливості передачі маркерів хромосоми 1U Aegilops biuncialis Vis. у гібридів пшениці м’якої. NRPBE [інтернет]. 21, Липень 2020 [цит. за 20, Грудень 2024];3:20-5. доступний у: http://nrpbe.ukma.edu.ua/article/view/208339

Номер

Том 3 (2020): Наукові записки НаУКМА. Біологія і екологія

Розділ

Біологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Nataliia Kozub, Ihor Sozinov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

а) Автори зберігають за собою авторські права на твір на умовах ліцензії CC BY 4.0 Creative Commons Attribution International License, котра дозволяє іншим особам вільно поширювати (копіювати і розповсюджувати матеріал у будь-якому вигляді чи форматі) та змінювати (міксувати, трансформувати, і брати матеріал за основу для будь-яких цілей, навіть комерційних) опублікований твір на умовах зазначення авторства.

б) Журнал дозволяє автору (авторам) зберігати авторські права без обмежень.

в) Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо поширення твору (наприклад, розміщувати роботу в електронному репозитарії), за умови збереження посилання на його першу публікацію. (Див. Політика Самоархівування)

г) Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у репозитаріях) тексту статті, як до подання його до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).