vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-294Research ArticleСтатьиArticlesВЛИЯНИЕ ПЕРЕСТРОЕК ХРОМОСОМ 2-Й ГОМЕОЛОГИЧЕСКОЙ ГРУППЫ НА МОРФОЛОГИЮ КОЛОСА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫEFFECT OF REARRANGEMENTS OF HOMOEOLOGOUS GROUP 2 CHROMOSOMES OF BREAD WHEAT ON SPIKE MORPHOLOGYДобровольскаяО. Б.Dobrovol’skayaO. B.oxanad@bionet.nsc.ruМартинекП.MartinekP.АдонинаИ. Г.AdoninaI. G.oxanad@bionet.nsc.ruБадаеваЕ. Д.BadaevaE. D.ОрловЮ. Л.OrlovYu. L.oxanad@bionet.nsc.ruСалинаЕ. А.SalinaE. A.oxanad@bionet.nsc.ruЛайковаЛ. И.LaikovaL. I.oxanad@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationAgrotest, Agricultural Testing, Advisory Services and Research, Ltd., Kroměříž, Czech RepublicЧехияAgrotest Fyto, Ltd, Kroměříž, Czech RepublicCzech RepublicФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва, РоссияРоссияVavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk National Research State University, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201419012015184/1672680Copyright © Добровольская О.Б., Мартинек П., Адонина И.Г., Бадаева Е.Д., Орлов Ю.Л., Салина Е.А., Лайкова Л.И., 20152015Добровольская О.Б., Мартинек П., Адонина И.Г., Бадаева Е.Д., Орлов Ю.Л., Салина Е.А., Лайкова Л.И.Dobrovol’skaya O.B., Martinek P., Adonina I.G., Badaeva E.D., Orlov Y.L., Salina E.A., Laikova L.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/294

С помощью современных методов анализа кариотипов растений (С-окрашивание, FISH) охарактеризованы четыре генетически независимые линии мягкой пшеницы с измененной морфологией колоса, связанной с развитием дополнительных колосков в уступах колосового стержня (многоколосковостью). Обнаружено, что три линии несут перестройки хромосом 2-й гомеологической группы: замещение хромосомы 2D, терминальную и интерстициальную делеции. С помощью микросателлитного анализа было определено положение точек разрыва делеций на хромосомах 2D. Обнаружено, что положение делеций на генетических картах хромосом 2D совпадает с положением гена MRS1,мутация которого вызывает развитие множества колосков в уступе. Оценка фенотипов колоса многоколосковых делеционных линий и серии делеционных линий с делециями хромосом 2A, 2B 2D, полученных на основе сорта мягкой пшеницы Чайниз Спринг, показала, что делеции хромосом 2-й гомеологической группы могут приводить к изменению морфологии колоса мягкой пшеницы – образованию дополнительных колосков в уступах, изменению длины и плотности колоса.

Four genetically independent bread wheat lines with altered spike morphology caused by development of supernumerary spikelets at rachis nodes were characterized by modern methods of karyotype analysis, Cbanding and FISH. Three lines carried rearrangements of group 2 chromosomes: substitution of chromosome 2D and deletions of 2D, terminal and interstitial. The deletion breakpoints were defined by microsatellite analysis. The deletions were co-localized on the genetic map with the MRS1 gene, whose mutation caused the development of clusters of supernumerary spikelets at rachis nodes. Evaluations of spike phenotypes of the line with the supernumerary spikelet trait and Chinese Spring deletion lines carrying deletions of chromosomes 2A, 2B, and 2D demonstrated that deletion of a group 2 chromosome might alter spike morphology, resulting in development of supernumerary spikelets at rachis nodes and changes in spike length and density.

T. aestivum L.делеционные линиидифференциальное С-окрашиваниеFISHмикросателлитные маркерыморфогенезмногоколосковостьT. aestivum L.deletion linesC-bandingFISHmicrosatellite markersmorphogenesissupernumerary spikeletsпроект по фундаментальным научным исследованиям (тема№ VI.53.1.5.); РФФИ; Министерство сельского хозяйства Чешской РеспубликиReferencesДобровольская О.Б., Бадаева Е.Д., Адонина И.Г., Попова О.М., Красников А.А., Лайкова Л.И. Изучение морфогенеза соцветия и выявление особенностей наследования признака «многоколосковость» у мутантной линии мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Онтогенез. 2014. Т. 45. № 6. С. 434–441.Добровольская О.Б., Бадаева Е.Д., Адонина И.Г., Попова О.М., Красников А.А., Лайкова Л.И. Изучение морфогенеза соцветия и выявление особенностей наследования признака «многоколосковость» у мутантной линии мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Онтогенез. 2014. Т. 45. № 6. С. 434–441.Добровольская О.Б., Сурдий П., Бернард М., Салина Е.А. Синтения хромосом генома А двух эволюционных линий пшеницы // Генетика. 2009. Т. 45. № 11. С. 1548–1555.Добровольская О.Б., Сурдий П., Бернард М., Салина Е.А. Синтения хромосом генома А двух эволюционных линий пшеницы // Генетика. 2009. Т. 45. № 11. С. 1548–1555.Дорофеев В.Ф., Коровина О.Н. Культурная флора СССР. Т. 1. Пшеницы. Л.: Колос, 1979.Дорофеев В.Ф., Коровина О.Н. Культурная флора СССР. Т. 1. Пшеницы. Л.: Колос, 1979.Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. Изд. 2-е испр. и доп. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2012. 523 c.Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. Изд. 2-е испр. и доп. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2012. 523 c.Мельник В.М., Пастухов Г.П. Генетические исследования индуцированных мутантов яровой пшеницы. Химический мутагенез в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений. М.: Наука, 1984. 270 c.Мельник В.М., Пастухов Г.П. Генетические исследования индуцированных мутантов яровой пшеницы. Химический мутагенез в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений. М.: Наука, 1984. 270 c.Лайкова Л.И., Арбузова В.С., Попова О.М. и др. Изучение ветвистости колоса у мутантных линий мягкой пшеницы сорта Саратовская 29 // Актуальные задачи селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений на современном этапе. Докл. и сообщения IX генетико-селекционной школы. 5–9 апреля 2004 г. Новосибирск, 2005. С. 388–393.Лайкова Л.И., Арбузова В.С., Попова О.М. и др. Изучение ветвистости колоса у мутантных линий мягкой пшеницы сорта Саратовская 29 // Актуальные задачи селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений на современном этапе. Докл. и сообщения IX генетико-селекционной школы. 5–9 апреля 2004 г. Новосибирск, 2005. С. 388–393.Badaeva E.D., Badaev N.S., Gill B.S. et al. Intraspecific karyotype divergence in Triticum araraticum (Poaceae) // Plant Syst. Evol. 1994. V. 192. P. 117–145.Badaeva E.D., Badaev N.S., Gill B.S. et al. Intraspecific karyotype divergence in Triticum araraticum (Poaceae) // Plant Syst. Evol. 1994. V. 192. P. 117–145.Dobrovolskaya O., Martinek P., Röder M.S., Börner A. Microsatellite mapping of a mutant gene (mrs) for multirow spike in wheat (T. aestivum) // Proc. of Intern. Conf. «Conventional and molecular breeding of fi eld and vegetable crops» 22–27 November 2008, Novi Sad, Serbia. P. 133–136.Dobrovolskaya O., Martinek P., Röder M.S., Börner A. Microsatellite mapping of a mutant gene (mrs) for multirow spike in wheat (T. aestivum) // Proc. of Intern. Conf. «Conventional and molecular breeding of fi eld and vegetable crops» 22–27 November 2008, Novi Sad, Serbia. P. 133–136.Dobrovolskaya O., Martinek P., Voylokov A.V. et al. Microsatellite mapping of genes that determine supernumerary spikelets in wheat (T. aestivum) and rye (S. cereale) // Theor. Appl. Genet. 2009. V. 119. P. 867–874.Dobrovolskaya O., Martinek P., Voylokov A.V. et al. Microsatellite mapping of genes that determine supernumerary spikelets in wheat (T. aestivum) and rye (S. cereale) // Theor. Appl. Genet. 2009. V. 119. P. 867–874.Endo T.R., Gill B.S. The deletion stocks of common wheat // J. Hered. 1996. V. 87. P. 295–307.Endo T.R., Gill B.S. The deletion stocks of common wheat // J. Hered. 1996. V. 87. P. 295–307.Gill B.S., Friebe B., Endo T.R. Standard karyotype and nomenclature system for description of chromosome bands and structural aberrations in wheat (Triticum aestivum) // Genome. 1991. V. 34. P. 830–839.Gill B.S., Friebe B., Endo T.R. Standard karyotype and nomenclature system for description of chromosome bands and structural aberrations in wheat (Triticum aestivum) // Genome. 1991. V. 34. P. 830–839.Haque M. A., Martinek P., Kobayashi S. et al. Microsatellite mapping of genes for semi-dwarfism and branched spike in Triticum durum Desf. var. ramosoobscurum Jakubz. «Vetvistokoloskaya» // Genet. Resour. Crop Evol. 2012. V. 59. P. 831–837.Haque M. A., Martinek P., Kobayashi S. et al. Microsatellite mapping of genes for semi-dwarfism and branched spike in Triticum durum Desf. var. ramosoobscurum Jakubz. «Vetvistokoloskaya» // Genet. Resour. Crop Evol. 2012. V. 59. P. 831–837.Klindworth D.L., Williams N.D., Joppa L.R. Inheritance of supernumerary spikelets in a tetraploid wheat cross // Genome. 1990. V. 33. P. 509–514.Klindworth D.L., Williams N.D., Joppa L.R. Inheritance of supernumerary spikelets in a tetraploid wheat cross // Genome. 1990. V. 33. P. 509–514.Košner J., Foltýn J. Chromozomalní poměry pšenice obecné (Triticum aestivum L.) s větevnatým klasem // Sbor. ÚVTIZ, Genet. Šlecht. 1989. 25. Nо. 1. P. 11–17.Košner J., Foltýn J. Chromozomalní poměry pšenice obecné (Triticum aestivum L.) s větevnatým klasem // Sbor. ÚVTIZ, Genet. Šlecht. 1989. 25. Nо. 1. P. 11–17.Li J., Wang Q., Wei H., Hu X., Yang W. SSR Mapping for locus conferring on the triple-spikelet trait of the Tibetan triplespikelet wheat (Triticum aestivum L. concv. tripletum) // Triticeae Genomics. Genet. 2011. V. 2. Nо. 1 P. 1–6.Li J., Wang Q., Wei H., Hu X., Yang W. SSR Mapping for locus conferring on the triple-spikelet trait of the Tibetan triplespikelet wheat (Triticum aestivum L. concv. tripletum) // Triticeae Genomics. Genet. 2011. V. 2. Nо. 1 P. 1–6.Mac Key J. Mutagenesis in vulgare wheat // Hereditas. 1968. V. 53. P. 505–517.Mac Key J. Mutagenesis in vulgare wheat // Hereditas. 1968. V. 53. P. 505–517.Malcomber S.T., Preston J.C., Reinheimer R. et al. Developmental gene evolution and the origin of grass infl orescence diversity // Developmental Genetics of the Flower / Eds D.E. Soltis, P.S. Soltis, J. Leebens-Mack // Adv. Bot. Res. 2006. V. 44. P. 423–479.Malcomber S.T., Preston J.C., Reinheimer R. et al. Developmental gene evolution and the origin of grass infl orescence diversity // Developmental Genetics of the Flower / Eds D.E. Soltis, P.S. Soltis, J. Leebens-Mack // Adv. Bot. Res. 2006. V. 44. P. 423–479.Martinek P., Bednar J. Changes of spike morphology (multirow spike – MRS, long glumes – LG) in wheat (Triticum aestivum L.) and their importance for breeding // Proc. of Intern. Conf. «Genetic Collections, isogenic and alloplasmic lines». Novosibirsk, Russia, 2001. P. 192–194.Martinek P., Bednar J. Changes of spike morphology (multirow spike – MRS, long glumes – LG) in wheat (Triticum aestivum L.) and their importance for breeding // Proc. of Intern. Conf. «Genetic Collections, isogenic and alloplasmic lines». Novosibirsk, Russia, 2001. P. 192–194.Muramatsu M. A presumed genetic system determining the number of spikelets per rachis node in the tribe Triticeae // Breed. Sci. 2009. V. 59. P. 617–620.Muramatsu M. A presumed genetic system determining the number of spikelets per rachis node in the tribe Triticeae // Breed. Sci. 2009. V. 59. P. 617–620.Pennell A.L., Halloran G.M. Inheritance of supernumerary spikelets in wheat // Euphytica. 1983. V. 32. P. 767–776.Pennell A.L., Halloran G.M. Inheritance of supernumerary spikelets in wheat // Euphytica. 1983. V. 32. P. 767–776.Sakuma S., Salomon B., Komatsuda T. The domestication syndrome genes responsible for the major changes in plant form in the Triticeae crops // Plant Cell Physiol. 2011. V. 52. P. 738–749.Sakuma S., Salomon B., Komatsuda T. The domestication syndrome genes responsible for the major changes in plant form in the Triticeae crops // Plant Cell Physiol. 2011. V. 52. P. 738–749.Salina E.A., Lim Y.K., Badaeva E.D. et al. Phylogenetic reconstruction of Aegilops section Sitopsis and the evolution of tandem repeats in the diploids and derived wheat polyploids // Genome. 2006. V. 49. P. 1023–1035.Salina E.A., Lim Y.K., Badaeva E.D. et al. Phylogenetic reconstruction of Aegilops section Sitopsis and the evolution of tandem repeats in the diploids and derived wheat polyploids // Genome. 2006. V. 49. P. 1023–1035.Sears E.R. The aneuploids of common wheat. Columbia, Mo., Univ. of Missouri Press, 1954. Р. 3–58.Sears E.R. The aneuploids of common wheat. Columbia, Mo., Univ. of Missouri Press, 1954. Р. 3–58.Sharman B.C. Branched head in wheat and wheat hybrids // Nature. 1944. V. 153. P. 497–498.Sharman B.C. Branched head in wheat and wheat hybrids // Nature. 1944. V. 153. P. 497–498.Shewry P.R. Wheat // J. Exp. Bot. 2009. V. 60. No. 6. P. 1537–1553.Shewry P.R. Wheat // J. Exp. Bot. 2009. V. 60. No. 6. P. 1537–1553.Sourdille P., Tixier M.H., Charmet G. et al. Location of genes involved in ear compactness in wheat (Triticum aestivum) by means of molecular markers // Mol. Breed. 2000. Nо. 6. P. 247–255.Sourdille P., Tixier M.H., Charmet G. et al. Location of genes involved in ear compactness in wheat (Triticum aestivum) by means of molecular markers // Mol. Breed. 2000. Nо. 6. P. 247–255.Swaminathan M.S., Chopra V.L., Sastry G.R.K. Expression and stability of an induced mutation for ear branching in bread wheat // Curr. Sci. 1966. V. 35. P. 91–92.Swaminathan M.S., Chopra V.L., Sastry G.R.K. Expression and stability of an induced mutation for ear branching in bread wheat // Curr. Sci. 1966. V. 35. P. 91–92.Yang W.-Y., Lu B.-R., Hu X.-R., Yu Y., Zhang Y. Inheritance of the triple-spikelet character in a Tibetan landrace of common wheat // Genet. Resour. Crop Evol. 2005. V. 52. P. 847–851.Yang W.-Y., Lu B.-R., Hu X.-R., Yu Y., Zhang Y. Inheritance of the triple-spikelet character in a Tibetan landrace of common wheat // Genet. Resour. Crop Evol. 2005. V. 52. P. 847–851.

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