Формування остей у пшеничних ліній з інтрогресіями від видів Aegilops за участю нових регуляторних генів

Автор(и)

  • Anastasiia Navalikhina Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7417-1767
  • Maksym Antonyuk Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5877-969X
  • Vitalii Shpylchyn Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine
  • Tamara Ternovska Національний університет «Києво-Могилянська академія», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18523/2617-4529.2021.4.3-12

Ключові слова:

пшениця, амфідиплоїди, розвиток остей, гени-інгібітори остей, гени-промотори остей

Анотація

Ості, голкоподібні подовження лемми, відіграють певну роль у фізіологічних процесах у злаків та є добре відомою й зручною маркерною ознакою у пшениці. Відсутність остей (безостість) у пшени- ці регулюється трьома генами-інгібіторами – Hd, B1 та B2. Однак молекулярний механізм подій, які б завершувались утворенням остей (остистий фенотип), досі невідомий, як невідомі і гени – промотори розвитку остей у пшениці м’якої. Метою дослідження було проаналізувати експресію генів TaDL, TaTOB1, TaETT2, TaKNOX3, що є ортологами регуляторних генів розвитку остей у рису та ячменю, у генотипах Triticum aestivum (сорт Аврора), геномно-заміщених амфідиплоїдах Аврозис та Авролата, гексаплоїдних пшеничних лініях зінтрогресіями від Aegilops sharonensis та Ae. umbellulata. У леммі пшениці м’якої та амфідиплоїдів було зареєстровано експресію всіх чотирьох генів. Профіль експресії генів TaDL, TaTOB1, TaETT2 та TaKNOX3 залежав від фенотипу рослин: усі чотири гени експресуються в геномі Аврори та геномно-заміщених амфідиплоїдів і не експресуються в геномі остистих інтрогресивних ліній, похідних Аврозису та Авролати. Для двох ліній похідних Авролати, які за фенотипом не відрізнялись від Авролати (напівостисті), зареєстровано повний збіг кар-тини експресії за всіма чотирма генами з такою для обох компонентів ініціального схрещування Аврори та Авролати. Збіг появи новітнього фенотипу (остистий колос) проти батьківських зі зміною профілів експресії критичних для розвитку остей генів підтверджує участь досліджуваних генів у розвитку колоса, одночасно вказуючи на наявність деяких епігенетичних ефектів у їхній експресії (неадитивність експресії). Експресія гена TaTOB1 проявляється двома ампліконами різної маси. За даними секвенування зроблено припущення про наявність різних алелів цього гена за рахунок наявності/відсутності 4-го інтрона в гені.

Біографії авторів

Anastasiia Navalikhina, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Наваліхіна Анастасія Георгіївна – Магістр біології, асистентка кафедри біології НаУКМА

a.navalikhina@ukma.edu.ua

Maksym Antonyuk, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Антонюк Максим Зиновійович – Доктор біологічних наук, професор кафедри біології НаУКМА

antonyuk.m@ukma.edu.ua

Vitalii Shpylchyn, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Шпильчин Віталій Віталійович – Кандидат біологічних наук, старший викладач кафедри біології НаУКМА

vshpylchyn@ukma.edu.ua

Tamara Ternovska, Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Терновська Тамара Костянтинівна – Доктор біологічних наук, завідувач кафедри біології НаУКМА

ternovska@ukma.edu.ua

Посилання

Yoshioka M, Iehisa JCM, Ohno R, Kimura T, Enoki H, Nishimura S, et al. Three dominant awnless genes in common wheat: Fine mapping, interaction and contribution to diversity in awn shape and length. PLoS One. 2017;12:1–21.

Li X-F, Bin D, Hong-gang W. Awn anatomy of common wheat (Triticum aestivum L.) and its relatives. Caryologia. 2010;63:391–7.

McIntosh RA, Yamazaki Y, Dubcovsky J, Rogers J, Morris C, Somers DJ, et al. Catalogue of gene symbols for wheat. 2013. In: KOMUGI-integrated wheat science database at http://www.shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/download.jsp. Accessed 4 April 2014.

Antonyuk MZ, Prokopyk DO, Martynenko VS, Ternovska TK. Identification of the genes promoting awnedness in the Triticum aestivum / Aegilops umbellulata introgressive lines. Cytol Genet. 2012;46(3):136–43.

Toriba T, Hirano H-Y. The DROOPING LEAF and OsETTIN2 genes promote awn development in rice. Plant J. 2014;77:616–26.

Tanaka W, Toriba T, Ohmori Y, Yoshida A, Kawai A, MayamaTsuchida T, et al. The YABBY gene TONGARI-BOUSHI1 is involved in lateral organ development and maintenance of meristem organization in the rice spikelet. Plant Cell. 2012;24:80–95.

Takumi S, Kosugi T, Murai K, Mori N, Nakamura C. Molecular cloning of three homoeologous cDNAs encoding orthologs of the maize KNOTTED1 homeobox protein from young spikes of hexaploid wheat. Gene. 2000;249:171–81.

Müller KJ, Romano N, Gerstner O, Garcia-Maroto F, Pozzi C, Salamini F, et al. The barley Hooded mutation caused by a duplication in a homeobox gene intron. Nature. 1995;374:727–30.

Sourdille P, Cadalen T, Gay G, Gill BS, Bernard M. Molecular and physical mapping of genes affecting awning in wheat. Plant Breed. 2002;121:320–4.

Goud JV, Sadananda AR. Two new awn promoter genes in bread wheat. Genetics. 1978;43:12–6.

Goncharov NP. Comparative-genetic analysis – a base for wheat taxonomy revision. Czech J Genet and Plant Breed. 2005;41(special issue):52–5.

Navalikhina A, Antonyuk M, Pasichnyk T, Ternovska T. Identification of Oryza sativa awn development regulatory genes orthologs in Triticinae accessions. Cytol Genet. 2019;53(4):3–12.

Zhirov EG, Ternovskaya TK. Genome engineering in wheat. Vestnik selskokhoziaistvennoi nauki. 1984;10:58–66.

Ternovska TK, Antonyuk MZ, Vdovychenko ZhV. Genetic analysis of the common wheat introgression lines for spike awnedness. Naukovi zapysky Ternopilskoho natsionalnoho pedahohichnoho universytetu imeni Volodymyra Hnatiuka. Seriia: Biolohiia. 2007;4 (34):80–3.

Ternovska TK, Antonyuk MZ, Martynenko VS. Awn promoter genes in genomes of Triticinae. Faktory eksperymentalnoi evoliutsii orhanizmiv. Kyiv: Lohos, 2013;12:164–8.

Jackson S, Chen ZJ. Genomic and expression plasticity of polyploidy. Curr Opin Plant Biol. 2010;13:153–9.

Chen ZJ. Genetic and epigenetic mechanisms for gene expression and phenotypic variation in plant polyploids. Annu Rev Plant Biol. 2007;58:377–406.

Chen ZJ, Ni Z. Mechanisms of genomic rearrangements and gene expression changes in plant polyploids. Bioessays. 2006;28:240–52.

Peng J, Xia Z, Chen L, Shi M, Pu J, Guo J, et al. Rapid and efficient isolation of high-quality small RNAs from recalcitrant plant species rich in polyphenols and polysaccharides. PLoS ONE. 2014;9:12–4.

Nolan T, HandsRE, BustinSA. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR. Nat. Protoc. 2006;1:1559–82.

Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. New York: Cold Spring Harbor laboratory press; 1989. p. 931–57.

Schwarz H, Whitton JL. A Rapid, inexpensive method for eluting DNA from agarose or acrylamide gel slices without using toxic or chaotropic materials. Biotechniques. 1992;13:205–6.

Ye J, Coulouris G, Zaretskaya I, Cutcutache I, Rozen S, Madden TL. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics. 2012;13:134. DOI: 10.1186/1471-2105-13-134

Debernardi JM, Lin H, Chuck G, Faris JD, Dubcovsky J. MicroRNA172 plays a crucial role in wheat spike morphogenesis and grain thresh ability. Development. 2017;144:1966–75.

Shapiro SS, Martin BW. An analysis of variance test for normality. Biometrika. 1965;52:591–611.

Dunn OJ. Multiple comparisons among means. J Am Stat Assoc. 1961;56:52–64.

Santi L, Wang Y, Stile MR, Berendzen K, Wanke D, Roig C, et al. The GA octodinucleotide repeat binding factor BBR participates in the transcriptional regulation of the homeobox gene Bkn3. Plant J. 2003;34:813–26.

Ishikawa M, Ohmori Y, Tanaka W, Hirabayashi C, Murai K, Ogihara Y, et al. The spatial expression patterns of DROOPING LEAF orthologs suggest a conserved function in grasses. Genes Genet Syst. 2009;84:137–46.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-20