References

vavilov

Вавиловский журнал генетики и селекции

Vavilov Journal of Genetics and Breeding

2500-3259

Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS

vavilov-27

Research Article

Статьи

Articles

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ ЛОКУСОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ХЛЕБОПЕКАРНОЕ КАЧЕСТВО УКРАИНСКИХ СОРТОВ ПШЕНИЦЫ

GENETIC POLYMORPHISM OF LOCI DETERMINING BREAD MAKING QUALITY IN UKRAINIAN WHEAT VARIETIES

Чеботарь

С. В.

Chebotar

S. V.

sabina-chebotar@rambler.ru

Благодарова

Е. М.

Blagodarova

E. M.

Куракина

Е. А.

Kurakina

E. A.

Семенюк

И. В.

Semenyuk

I. V.

sabina-chebotar@rambler.ru

Полищук

А. М.

Polishchuk

A. M.

sabina-chebotar@rambler.ru

Козуб

Н. А.

Kozub

N. A.

Созинов

И. А.

Sozinov

I. A.

Хохлов

А. Н.

Khokhlov

A. N.

Рыбалка

А. И.

Ribalka

A. I.

Сиволап

Ю. М.

Sivolap

Yu. M.

s.v.chebotar@gmail.com

Южный биотехнологический центр в растениеводстве НААН, ОдессаУкраинаSouth Plant Biotechnology Center, National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, OdessaUkraine

Селекционно-генетический институт–Национальный центр семеноводства и сортоизучения НААН, ОдессаУкраинаPlant Breeding and Genetics Institute – National Center of Seed and Cultivar Investigation, OdessaUkraine

Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова, ОдессаУкраинаOdessa National State University, Department of Genetics and Molecular Biology, OdessaUkraine

Институт защиты растений НААН, КиевУкраинаInstitute of Plant Protection UAAS, KievUkraine

2012

10122014

1618798

2014

Чеботарь С.В., Благодарова Е.М., Куракина Е.А., Семенюк И.В., Полищук А.М., Козуб Н.А., Созинов И.А., Хохлов А.Н., Рыбалка А.И., Сиволап Ю.М.

Chebotar S.V., Blagodarova E.M., Kurakina E.A., Semenyuk I.V., Polishchuk A.M., Kozub N.A., Sozinov I.A., Khokhlov A.N., Ribalka A.I., Sivolap Y.M.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/27

Представлен обзор исследований генетического полиморфизма локусов, определяющих хлебопекарное качество украинских сортов пшеницы, с помощью электрофореза запасных белков глиадинов и глютенинов, а также ПЦР-анализа. Представлены результаты анализа полиморфизма в локусах Gli-A1,Gli-B1, Gli-D1 и Glu-A3 и аллельного состава генов пуроиндолинов Pina-D1 и Pinb-D1, контролирующих показатель «твердозерность», а также генов Wx, определяющих содержание амилозы в крахмале эндосперма. Сравнение результатов изучения генетического полиморфизма методом ПЦР с аллель-специфичными праймерами к локусам γ-глиадинов с методом электрофореза запасных белков показало возможность идентификации некоторых аллелей генов запасных белков методом ПЦР, однако в целом уровень полиморфизма в γ-глиадиновых локусах, выявленный при использовании ПЦР, был ниже, чем при анализе с помощью электрофореза запасных белков. В локусах Pin у большинства сортов выявлены ПЦР-аллели, характерные для твердозерных пшениц, лишь у трех сортов обнаружены аллели, свойственные мягкозерным пшеницам. Отмечены различия по уровню твердозерности у сортов из различных селекционных центров Украины. ПЦР-анализ не выявил в изученной выборке украинских сортов нуль-аллелей генов Wx, однако позволил отобрать исходный материал для дальнейшего создания сортов с низким содержанием амилозы.

The paper presents an overview of studies of genetic polymorphism of loci determining bread-making quality among Ukrainian wheat varieties by means of electrophoretic analysis of storage proteins (Gli and Glu) and PCR. The results of analysis of polymorphism in the Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1, Glu-A3 loci, as well as the allelic compositions of the Pina-D1 and Pinb-D1 genes, determining grain hardness, and Wx genes, controlling amylose content in the starch of the endosperm, are presented. Comparison of the results obtained with allele-specific primers to the γ gliadin loci and by storage protein electrophoresis shows that the former method can identify some alleles, but the level of polymorphism revealed by this method is lower than that revealed by electrophoresis of storage proteins. Most of the varieties under consideration have PCR alleles characteristic for hard wheat, and only three varieties have alleles specific for soft wheat. Varieties originating from different Ukrainian breeding-centers differ in grain hardness. PCR analysis has not revealed the presence of null alleles of Wx genes in the studied Ukrainian genetic pool but allowed selection of breeding material for further development of low-amylose varieties.

мягкая пшеницаПЦРэлектрофорезглиадиныглютенинытвердозерностьгены пуроиндолиновгены Wx

bread wheatPCRelectrophoresisgliadinsgluteninsgrain hardnesspuroindoline genesWx genes

References1

Беркутова Н.С., Швецова И.А. Технологические свойства пшеницы и качество продуктов ее переработки. М.: Колос, 1984. 223 с.

Благодарова О.М., Литвиненко М.А., Голуб Є.А. Геногеографія алелів гліадин- і глютенінкодуючих локусів українських сортів озимої м’якої пшениці // Зб. наук. праць СГІ-НАЦ НАІС. Одеса, 2004. Вип. 6 (46). Ч. 2. С. 179–193.

Коваль С.Ф., Коваль В.С., Чернаков В.М. и др. Что такое модель сорта. Омск: ФГОУ ВПО ОМГАУ, 2005. 280 с.

Петрова И.В., Чеботарь С.В., Рыбалка А.И., Сиволап Ю.М. Контроль Wx-генов в процессе селекции при создании форм мягкой пшеницы с низким содержанием амилозы // Досягнення і проблеми генетики, селекції та біотехнології: Зб. наук. пр. К.: ЛОГОС, 2007. Т. 2. С. 162–164.

Петрова І.В., Чеботар С.В., Рибалка О.І., Сиволап Ю.М. ПЛР-аналіз алельного стану Wx-генів у сортів пшениці // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. / Укр. т-во генетиків і селекціонерів ім. Вавилова / За ред. М.В. Роїка. К.: ЛОГОС, 2006. T. 3. C. 127–132.

Петрова І.В., Чеботар С.В., Рибалка О.І., Сиволап Ю.М. SSR-аналіз селекційних форм м’якої пшениці з нульовим вмістом амілози у крохмалі // «Геном рослин»: Зб. наук. ст. Одеса, 2008. С. 110–115.

Поліщук А.М., Чеботар С.В., Благодарова О.М. и др. Аналіз сортів та майже-ізогенних ліній м’якої пшениці за допомогою ПЛР-аналізу з алель-специфічними праймерами до Gli- та Glu-локусів // Цитологія і генетика. 2010. № 6. С. 22–31.

Попереля Ф.О. Три основні генетичні системи якості зерна озимої м’якої пшениці // Реалізація потенційних можливостей сортів та гібридів Селекційно-генетичного інституту в умовах України. Зб. наук. праць СГІ. Одеса, 1996. С. 117–132.

Попереля Ф.А., Благодарова О.М Генетика якості зерна перших генотипів надсильної пшениці України // Цитологія і генетика. 1998. Т. 32. № 6. С. 11–19.

Попереля Ф.А., Собко Т.Я. Генетика глиадина озимой мягкой пшеницы // Вопросы генетики и селекции зерновых культур. КОЦ СЭВ, Одесса (СССР), НИИР Прага-Рузыне (ЧССР). 1987. Вып. 3. С. 231–242.

Попереля Ф.А. Полиморфизм глиадина и его связь с качеством зерна, продуктивностью и адаптивними свойствами сортов мягкой озимой пшеницы // Селекция, семеноводство и интенсивная технология возделывания озимой пшеницы. Агропромиздат, 1989. С. 138–150.

Семенюк И.В., Чеботарь С.В., Рыбалка А.И., Сиволап Ю.М. Молекулярно-генетический анализ селекционных линий мягкой пшеницы с крахмалом амилопектинового типа // Цитология и генетика. 2011. Т. 45. № 5. С. 17–22.

Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции. М.: Наука, 1985.

Финни К.Ф., Ямазаки У.Т. Качество твердозерной, мягкой и дурум пшениц // Пшеница и ее улучшение. М.: Колос, 1970. C. 469–497.

Хохлов О.М. Генетично обумовлена твердість зерна м’якої пшениці (T. aestivum): стан та перспективи досліджень в Україні // Зб. наук. праць СГІ. Одеса, 2002. Вип. 2 (42). С. 9–29.

Чеботар С.В., Куракіна К.О., Хохлов О.М. и др. Фенотипічні прояви алелів пуроіндолінових генів м’якої пшениці // Цитологія та генетика. 2012. В печати.

Barro F., Barcelo P., Lazzeri P. et al. Functional properties of fl ours from fi eld grown transgenic wheat lines expressing the HMW glutenin subunits 1Ax1 and 1Dx5 genes // Mol. Breeding. 2003. V. 14. P. 223–229.

Butow B., Ma W., Gale K. et al. Molecular discrimination of Bx7 alleles demonstrates that a highly expressed highmolecular-weight glutenin allele has a major impact on wheat fl our dough strength // Theor. Appl. Genet. 2003. V. 107. P. 1524–1532.

Capparelli R., Boriello G., Giroux M.J., Amoroso M.G. Puroindoline A-gene expression is involved in association of puroindolines to starch // Theor. Appl. Genet. 2003. V. 107. P. 1463–1468.

Chen F., He Z.H., Xia X.C. et al. A new puroindoline и mutation present in Chinese winter wheat cultivar Jingdong 11 // J. Cereal Sci. 2005. Nо 42. P. 267–269.

Chen F., He Z.H., Xia X.C. et al. Molecular and biochemical characterization of puroindoline a and b alleles in Chinese landraces and historical cultivars // Theor. Appl. Genet. 2006. Nо 112. P. 400–409.

Giroux M.J., Morris C.F. A glycine to serine change in puroindoline b is associated with great hardness and low levels of starch-surface friabilin // Theor. Appl. Genet. 1997. Nо 95. P. 857–864.

Giroux M.J., Morris C.F. Wheat grain hardness results from highly conserved mutations in the friabilin components puroindoline a and b // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1998. Nо 95. P. 6262–6266.

Graybosch R., Peterson C., Hansen L. et al. Identifi cation and characterization of U.S. wheats carrying null alleles at the waxy loci // Cereal Chem. J. 1998. V. 75. P. 162–165.

Greenwell P., Schofi eld J.D. A starch granule protein associated with endosperm softness in wheat // Cereal Chem. 1986. Nо 63. P. 379–380.

Ikeda T.M., Ohnishi N., Nagamine T. et al. Identifi cation of new puroindoline genotypes and their relationship to fl our texture among wheat cultivars // J. Cereal Sci. 2005. Nо 41. P. 1–6.

Ma W., Anderson O., Kuchel H. et al. Genomics of Quality Traits // Plant Genetics and Genomics: Crops and Models. Genetics and Genomics of the Triticeae / Eds C. Feuillet, G.J. Muehlbauer. Springer Science + Business Media, LLC, 2009. P. 611–652.

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Devos K.M. et al. MacGene 2003. Catalogue of Gene Symbols for Wheat / 10IWGS, Paestum, Italy, 2003.

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Devos K.M., Dubkowsky J., Rogers J., Appels R. MacGene 2008. Catalogue of Gene Symbols for Wheat / http://www.grs.nig.ac.jp/wheat/ komugi/genes.

Metakovsky E.V. Gliadin allele identifi cation in common wheat. 2. Catalogue of gliadin alleles in common wheat // J. Genet. Breed. 1991. V. 45. P. 325–344.

Morris C.F. Puroindolines: the molecular genetic basis of wheat grain hardness // Plant Mol. Biol. 2002. Nо 48. P. 633–647.

Morris C.F., Lillemo M., Simeone M.C. et al. Prevalence of puroindoline grain hardness genotypes among historically signifi cant North American spring and winter wheats // Crop. Sci. 2001. V. 41. Nо 1. P. 218–228.

Nakagahra M., Nagamine T., Okuno K. Spontaneous occurrence of low amylose genes and geographycal distribution of amylose content in Asian rice // Rice Genet. Newslett. 1986. V. 3. P. 46–48.

Nakamura Т., Hoshino Н., Hidaka S. Identifi cation of three Wx proteins in wheat (Triticum aestivum L.) // Biochem. Genet. 1993. V. 31. Р. 75–86.

Nakamura T., Yamamori M., Hirano H. et al. Production of waxy (amylose-free) wheats // Mol. Gen. Genet. 1995. V. 248. Nо 3. P. 253–259.

Payne P., Corfi eld K., Holt L., Blackman J. Correlations between the inheritance of certain high-molecular-weight glutenin subunits and bread-making quality in progenies of six crosses of bread wheat // J. Sci. Fd. Agric. 1981. V. 32. P. 51–60.

Payne P.I., Holt L.M., Jacson E.A., Law C.N. Wheat storage proteins: their genetics and their potential for manipulation by plant breeding // Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1984. V. 304. P. 359–371.

Poperelya F.A., Blagodarova E.M., Stelmakh A.F. Genetic systems regulating grain quality in winter dread wheat // Proc. of the 9th Intern. Wheat Genet. Symp. Saskatoon, 1998. V. 4. P. 251–253.

Ram S., Jain N., Shoran J., Singh R. New frame shift mutation in puroindoline b in Indian wheat cultivars Hyb65 and NI5439 // J. Plant Biochem. Biotech. 2005. Nо 14. P. 45–48.

Reynolds N.P., Martin J.M., Giroux M.J. Novel Ha locus, Pin-D1c/Pinb-D1h, affects soft white spring wheat milling and baking // Cereal Chem. J. 2010. V. 87. Nо 3. P. 237–242.

Sourdille P., Perretant M.R., Charmet G. et al. Linkage between RFLP markers and genes affecting kernel hardness in wheat // Theor. Appl. Genet. 1996. V. 93. P. 580–586.

Turner M., Mukai Y., Leroy P. et al. The Ha locus of wheat: identifi cation of a polymorphic region for tracing grain hardness in crosses // Genome. 1999. Nо 42. P. 1242–1250.

Wang L.H., Zhao X.L., He Z.H. et al. Characterization of low-molecular-weight glutenin subunit Glu-B3 genes and development of STS markers in common wheat (Triticum aestivum L.) // Theor. Appl. Genet. 2009. V. 118. Nо 3. P. 525–539.

Wrigley C.W. Developing better strategies to improve grain quality for wheat // Aust. J. Agric. Res. 1994. V. 45. P. 1–17.

Xia L.Q., Chen F., He Z.H. et al. Oсcurrence of puroindoline alleles in Chinese winter wheats // Cereal Chem. J. 2005. V. 82. P. 38–43.

Zhang W., Gianibelli M.C., Ma W. et al. Identifi cation of SNPs and development of allele-specifi c PCR markers for γ-gliadin alleles in Triticum aestivum // Theor. Appl. Genet. 2003. V. 107. P. 130–138.

Zhang W., Gianibelli M.C., Rampling L.R. Characterisation and marker development for low molecular weight glutenin genes from Glu-A3 alleles of bread wheat (Triticum aestivum L.) // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 108. P. 1409–1419.

Zhao X.L., Xia X.C., He Z.H. et al. Characterization of three low-molecular-weight Glu-D3 subunit genes in common wheat // Theor. Appl. Genet. 2006. V. 113(7). P. 1247–1259.

Zhao X.L., Xia X.C., He Z.H. et al. Novel DNA variations to characterize low molecular weight glutenin Glu-D3 genes and develop STS markers in common wheat// Theor. Appl. Genet. 2007. V. 114. Nо 3. P. 451–460.

Zlatska A.V. Allele composition of Pina and Pinb loci of eastern Europian common wheat varieties and their impact on the bread-making quality characteristics // Intern. Conf. «Plant genetics, genomics, and biotechnology». Novosibirsk, 2010. P. 90.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.