Полиморфизм генов Sdr, регулирующих покой семян у Triticum persicum Vav. и Triticum aethiopicum Jakubz.

Предуборочное прорастание зерна пшеницы, периодически наблюдаемое во многих регионах возделывания этой культуры, приводит к ухудшению его продовольственных и посевных качеств. Покой семян считается основным компонентом устойчивости к предуборочному прорастанию. Это физиологическое состояние регулируется множеством генов и сильно зависит от условий окружающей среды. Один из регуляторов покоя семян злаков – ген Sdr4 (Seed dormancy 4), впервые изученный у риса. У мягкой пшеницы гомологи этого гена, TaSdr-A1 и TaSdr-B1, также участвуют в регуляции покоя семян. Поиск ценных аллелей генов у местных сортов и эндемичных форм считается перспективным направлением исследований, нацеленных на повышение устойчивости сельскохозяйственных культур к неблагоприятным факторам окружающей среды. В настоящем исследовании гены Sdr были секвенированы у нескольких образцов двух тетраплоидных видов пшеницы, имеющих ограниченные ареалы возделывания, – пшеницы карталинской (Triticum persicum Vav.) и пшеницы эфиопской (Triticum aethiopicum Jakubz.). В результате у этих видов были найдены те же варианты аллелей генов Sdr-A1 и Sdr-B1, которые ранее были обнаружены у пшеницы мягкой. При этом у пшеницы карталинской встречается только аллель Sdr-A1a, а у пшеницы эфиопской – аллель Sdr-A1b. При анализе гибридов F₂, полученных от скрещивания данных тетраплоидных видов, аллель Sdr-A1b был связан с меньшим индексом прорастания зерна, чем аллель Sdr-A1a, что не согласуется с результатами предшествующих ассоциативных исследований. В промоторе гена Sdr-B1 у изучаемых образцов были обнаружены ранее неизвестные полиморфизмы. В 3’-конце гена TraesCS2B02G215200, расположенного на комплементарной цепи ДНК близко к 3’-концу гена Sdr-B1, обнаружена делеция 16 нуклеотидов. Обсуждается возможное влияние найденных полиморфизмов на экспрессию генов Sdr.

1. Alaux M., Rogers J., Letellier T., Flores R., Alfama F., Pommier C., Mohellibi N., Durand S., Kimmel E., Michotey C., Guerche C., Loaec M., Laine M., Steinbach D., Choulet F., Rimbert H., Leroy P., Guilhot N., Salse J., Feuillet C. Linking the International Wheat Genome Sequencing Consortium bread wheat reference genome sequence to wheat genetic and phenomic data. Genome Biol. 2018; 19(1):111. DOI 10.1186/s13059-018-1491-4.

2. Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Kudriavtsev A.M., Goncharov N.P., Zuev E.V., Lysenko N.S., Mitrofanova O.P. Evolution of Triticum aethiopicum Jakubz. from the position of chromosome analysis. Russ. J. Genet. 2018;54(6):629-642. DOI 10.1134/S1022795418060029.

3. Dorofeev V.F., Filatenko A.A., Migushova E.F., Udachin R.A., Jakubtsiner M.M. Cultural Flora of the USSR. Vol. 1. Wheat. Leningrad: Kolos, 1979. (in Russian)

4. Doyle P.J. DNA Protocols for Plants. Molecular Techniques in Taxonomy. 1991;57(1):283-293. DOI 10.1007/978-3-642-83962-7.

5. Hoang H.H., Sechet J., Bailly C., Leymarie J., Corbineau F. Inhibition of germination of dormant barley (Hordeum vulgare L.) grains by blue light as related to oxygen and hormonal regulation. Plant Cell Environ. 2014;37(6):1393-1403. DOI 10.1111/pce.12239.

6. Lescot M., Dehais P., Thijs G., Marchal K., Moreau Y., Van de Peer Y., Rouze P., Rombauts S. PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Res. 2002;30(1):325-327.

7. Nakamura S. Grain dormancy genes responsible for preventing pre-harvest sprouting in barley and wheat. Breed. Sci. 2018;68(3):295-304. DOI 10.1270/jsbbs.17138.

8. Olaerts H., Courtin C.M. Impact of preharvest sprouting on endogenous hydrolases and technological quality of wheat and bread: a review. Compr. Rev. Food Sci. Food Safety. 2018;17(3):698-713. DOI 10.1111/1541-4337.12347.

9. Sugimoto K., Takeuchi Y., Ebana K., Miyao A., Hirochika H., Hara N., Ishiyama K., Kobayashi M., Ban Y., Hattori T., Yano M. Molecular cloning of Sdr4, a regulator involved in seed dormancy and domestication of rice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010;107(13):5792-5797. DOI 10.1073/pnas.0911965107.

10. Vetch J.M., Stougaard R.N., Martin J.M., Giroux M. Allelic impacts of TaPHS1, TaMKK3, and Vp1B3 on preharvest sprouting of northern great plains winter wheats. Crop Sci. 2018;59(1):140-150. DOI 10.2135/cropsci2018.05.0341.

11. Walker-Simmons M. Enhancement of ABA responsiveness in wheat embryos by high temperature. Plant Cell Environ. 1988;11(8):769-775. DOI 10.1111/j.1365-3040.1988.tb01161.x.

12. Xu Q., Truong T.T., Barrero J.M., Jacobsen J.V., Hocart C.H., Gubler F. A role for jasmonates in the release of dormancy by cold stratification in wheat. J. Exp. Bot. 2016;67(11):3497-3508. DOI 10.1093/jxb/erw172.

13. Zhang Y., Miao X., Xia X., He Z. Cloning of seed dormancy genes (TaSdr) associated with tolerance to pre-harvest sprouting in common wheat and development of a functional marker. Theor. Appl. Genet. 2014;127(4):855-866. DOI 10.1007/s00122-014-2262-6.

14. Zhang Y., Xia X., He Z. The seed dormancy allele TaSdr-A1a associated with pre-harvest sprouting tolerance is mainly present in Chinese wheat landraces. Theor. Appl. Genet. 2017;130(1):81-89. DOI 10.1007/s00122-016-2793-0.