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

10.18699/VJ15.115

vavilov-470

Research Article

ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ

PLANT GENETICS

Взаимодействие генов, определяющих форму колоса мягкой пшеницы и расположенных в хромосоме 5AL

Interaction of genes determining the spike shape of wheat and located in 5AL chromosome

Симонов

А. В.

Simonov

A. V.

Пшеничникова

Т. А.

Pshenichnikova

T. A.

Лапочкина

И. Ф.

Lapochkina

I. F.

Ватанабе

Н.

Watanabe

Федеральное 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 Federation

Государственное научное учреждение Московский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Немчиновка», Московская область, РоссияРоссияMoscow Scientific Research Institute of Agriculture «Nemchinovka», Moscow, RussiaRussian Federation

Сельскохозяйственный колледж, Университет Ибараки, Ибараки, ЯпонияЯпонияCollege of Agriculture, Ibaraki University, Ibaraki, JapanJapan

2016

12032016

2015764

2016

Симонов А.В., Пшеничникова Т.А., Лапочкина И.Ф., Ватанабе Н.

Simonov A.V., Pshenichnikova T.A., Lapochkina I.F., Watanabe N.

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

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/470

Признаки колоса гексаплоидных пшениц рода Triticum L. определяются главными генами и играют важную роль в систематике. Обладая сильным плейотропным эффектом, они имеют также большую практическую значимость. Исследованы взаимодействия доминантных генов QS и Q с геном C17648, которые определяют форму колоса пшеницы. Доминантный ген Q находится в хромосоме 5AL и определяет образование у вида T. spelta L. удлинённого рыхлого колоса. Гомеоаллельный ген QS, интрогрессированный в мягкую пшеницу от Aegilops speltoides Tausch. и вызывающий формирование спельтоидного колоса, также находится в хромосоме 5АL линии пшеницы 84/98w. Ген C17648 аналогичен по фенотипическому проявлению гену C, определяющему развитие короткого плотного колоса на коротком стебле, подобно виду T. compactum Host. Он был картирован в хромосоме 5АL у линии мягкой пшеницы ANBW-5A, а его донором был мутант твёрдой пшеницы. В данной работе у гибридов F1 , F2 и F3 трёх различных популяций изучались длина колоса, число колосков в колосе, индекс плотности колоса и длина стебля. Впервые было установлено, что доминантный ген C17648 эпистатичен по отношению к доминантным генам QS и Q. Это проявилось в образовании компактного колоса у гибридов F1 и численном преобладании растений с компактным колосом в F2 . Вместе с тем установлено, что на длину стебля у гибридов ген C17648оказывал меньшее действие, чем гены QS и Q, и не влиял на число колосков в колосе. С помощью генетического анализа установлено, что гены QS или Q наследуются независимо от гена C17648, однако наблюдалось значительное сцепление между QS или Q с геном b1.

Spike parameters of hexaploid wheats from the genus Triticum L. are determined by the major genes and play an important role in systematics. Having a strong pleiotropic effect they are also have a practical importance. In this work, the interaction of the dominant genes QS and Q with the dominant gene C17648 determining a spike shape was investigated. The gene Q is situated in 5AL chromosome and determines the formation of elongated lax spike in the species T. spelta L. The homoeoallelic gene QS introgressed into bread wheat from Aegilops speltoides Tausch. and causing the formation of speltoid spike also situated in 5AL chromosome of the line 84/98w. The gene C17648 is analogous in the phenotypic manifestation to the gene C determining the formation of a dense short spike on a short culm like in T. compactum Host. It was mapped to 5AL chromosome in bread wheat line ANBW-5A and the donor of the gene was a mutant of durum wheat. In the present work, spike length, spikelet number, index of spike density and stem length were studied in F1 , F2 and F3 of three different hybrid populations. For the first time it was showed that the gene C17648 is epistatic to the dominant genes QS and Q. It was manifested in the formation of compact spike in F1 hybrids and in numerical prevalence of plants with a compact spike in F2 . At the same time, the gene C17648 showed a smaller effect on stem length and did not affected spikelet number. Using the genetic analysis it was found that the genes QS and Q are independently inherited from the gene C17648 but a substantial linkage was observed between QS or Q and b1 gene.

мягкая пшеницагенетический анализгибридизациягены формы колосаспельтоидность и компактность колоса

bread wheatgenetic analysishybridizationgenes for spike shapespike speltoidy and compactness

бюджетный проект №VI.53.1.3, Гуляко Юлия

References1

Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц их сородичей. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2002. – 252 с.

De Faris J., Fellers J.P., Brooks S.A., Gill B.S. Bacterial artificial chromosome contig spanning the major domestication locus Q in wheat and identification of a candidate gene. Genetics. 2003;164:311-321.

Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) М.: Агропромиздат, 1985.

Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy) [Methods of Field Experiments and Fundamentals of Statistical Evaluation]. Moscow, Agropromizdat, 1985.

Рокицкий П.Ф. Введение в статистическую генетику. Минск: Вышейш. шк., 1974.

Filipchenko A.Yu. Genetika myagkikh pshenits. Pod red. V.F. Lyubimovoy [Genetics of Common Wheats. Ed. by V.F. Lyubimova]. Moscow, Nauka, 1979.

Симонов А.В., Пшеничникова Т.А. Хромосомная локализация гена спельтоидности, интрогрессированного в мягкую пшеницу от Aegilops speltoides Tausch, и его взаимодействие с геном Q Triticum spelta L. Генетика. 2012; 48(11): 1306-1313. Simonov A.V., Pshenichnikova T.A. Chromosomal localization of the speltoidy gene, introgressed into bread wheat from Aegilops speltoides Tausch., and its interaction with the Q gene of Triticum spelta L. Russ. J. Genet., 2012; 48(11): 1120–1127. DOI: 10.1134/S1022795412110117.

Gil-Humanes J., Pistón F., Martín A., Barro F. Comparative genomic analysis and expression of the APETALA2-like genes from barley, wheat, and barley-wheat amphiploids. BMC Plant Biol. 2009;9:66.DOI 10.1186/1471-2229-9-66

Симонов А.В., Пшеничникова Т.А., Лапочкина И.Ф. Генетический анализ признаков, интрогрессированных от Aegilops speltoides Tausch. в мягкую пшеницу и определяемых генами хромосомы 5А. Генетика. 2009; 45(7): 913-919. Simonov A.V., Pshenichnikova T.A., Lapochkina I.F. Genetic analysis of the traits introgressed from Aegilops speltoides Tausch. to bread wheat and determined by chromosome 5A genes Russ. J. Genet., 2009; 45(7): 799–804. DOI: 10.1134/S1022795409070060.

Goncharov N.P. Sravnitelnaya genetika pshenits i ikh sorodichey [Comparative Genetics of Wheats and Their Related Species]. Novosibirsk, Sib. univ. izd-vo, 2002.

Филипченко А.Ю. Генетика мягких пшениц. 2-ое издание под ред. В.Ф. Любимовой. М.: Наука, 1979.

Johnson E.R., Nalam V.J., Zemetra R.S., Riera-Lizarazu O. Mapping the compactum locus in wheat (Triticum aestivum L.) and its relationship to other spike morphology genes of the Triticeae. Euphytica. 2008;163:193-201. DOI 10.1007/s10681-007-9628-7

Kato K., Miura H., Akiyama M., Kuroshima M., Sawada S. RFLP mapping of three major genes, Vrn1, Q and B1 on the long arm of chromosomes 5A of wheat. Euphytica. 1998;101:91-95.

Gil-Humanes J., Pistón F., Martín A., Barro F. Comparative genomic analysis and expression of the APETALA2-like genes from barley, wheat, and barley-wheat amphiploids // BMC Plant Biology, 2009; 9:66. doi:10.1186/1471-2229-9-66.

Kosuge K., Watanabe N., Kuboyama T., Melnik V.M., Yanchenko V.I., Rosova M.A., Goncharov N.P. Cytological and microsatellite mapping of mutant genes for spherical grain and compact spike in durum wheat. Euphytica. 2008;159:289-296. DOI 10.1007/s10681-007-9488-1

Johnson ER, Nalam VJ, Zemetra RS, Riera-Lizarazu O. Mapping the compactum locus in wheat (Triticum aestivum L.) and its relationship to other spike morphology genes of the Triticeae. Euphytica, 2008; 163:193–201. DOI 10.1007/s10681-007-9628-7.

Kosuge K., Watanabe N., Melnik V.M., Laikova L.I., Goncharov N.P. New sources of compact spike morphology determined by the genes on chromosome 5A in hexaploid wheat. Genet. Resour. Crop Evol. 2012;59:1115-1124. DOI 10.1007/s10722-011-9747-9

Kato K., Miura H., Akiyama M., Kuroshima M., Sawada S. RFLP mapping of three major genes, Vrn1, Q and B1 on the long arm of chromosomes 5A of wheat. Euphytica, 1998; 101: 91–95.

Lapochkina I.F. Genetic diversity of “Arsenal” collection and its use in wheat breeding. Abstr. Int. Appl. Sci. Conf. “Genetic Resources of Cultural Plants”. St. Petersburg. November 13-16, 2001:133-135.

Kosuge K., Watanabe N., Kuboyama T., Melnik V. M., Yanchenko V.I., Rosova M.A., Goncharov N.P. Cytological and microsatellite mapping of mutant genes for spherical grain and compact spike in durum wheat. Euphytica. 2008. V. 159. P. 289–296. DOI 10.1007/s10681-007-9488-1.

McFadden E.S., Sears E.R. The origin of Triticum spelta and its freethreshing hexaploid relatives. Heredity. March. 1946;XXXVII(3):81-89. (Continued from the March Issue) Heredity. March. 1946;XXXVII(4):107-115.

Kosuge K. Watanabe N., Melnik V.M., Laikova L.I., Goncharov N.P. New sources of compact spike morphology determined by the genes on chromosome 5A in hexaploid wheat. Genet Resour Crop Evol. 2012; 59: 1115–1124. DOI 10.1007/s10722-011-9747-9.

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Roger J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. 12th Int. Wheat Genetics Symp. Yokohama. Japan. 8-13 September. 2013.

Lapochkina I.F. Genetic diversity of “Arsenal” collection and its use in wheat breeding. Abstracts of Intern. Appl. Sci. Conf. “Genetic Resources of Cultural Plants”, St. Petersburg, November 13-16, 2001; 133-135.

Rokitskiy P.F. Vvedenie v statisticheskuyu genetiku [Introduction to Statistical Genetics]. Minsk, Vysheyshaya shkola, 1974.

McIntosh, R.A., Yamazaki, Y., Dubuvsky J., Roger J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat, 12th International Wheat Genetics Symposium; Yokohama, Japan; 8-13 September 2013.

Simonov A.V., Pshenichnikova T.A. Chromosomal localization of the speltoidy gene, introgressed into bread wheat from Aegilops speltoides Tausch., and its interaction with the Q gene of Triticum spelta L. Genetika = Genetics (Moscow). 2012;48(11):1306-1313.

Muramatsu M. Dosage effect of the spelta gene Q of hexaploid wheat. Genetics, 1963; 48: 469–482.

Simonov A.V., Pshenichnikova T.A., Lapochkina I.F. Genetic analysis of the traits introgressed from Aegilops speltoides Tausch. to bread wheat and determined by chromosome 5A genes. Genetika = Genetics (Moscow). 2009;45(7):913-919.

McFadden E.S., Sears E.R. The origin of Triticum spelta and its freethreshing hexaploid relatives. Heredity, March, 1946, V. XXXVII(3): 81-89. (Continued from the March Issue) Heredity, March, 1946. V. XXXVII(4): 107-115.

Simons K.J., Fellers J.P., Trick H.N., Zhang Z., Tai Y.-S., Gill B.S., Faris J.D. Molecular characterization of the major wheat domestication gene Q. Genetics. 2006;172:547-555.

Sears E.R. The aneuploids of common wheat. Missouri Agric. Stat. Res. Bull., 1954;. 572:. 1–59.

Simons K.J., Fellers J.P., Trick H.N., Zengcui Zhang, Tai Y-S, Gill B.S., Faris J.D. Molecular characterization of the major wheat domestication gene Q. Genetics, 2006; 172: 547–555.

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