Динамика генетического разнообразия сортов овса в Тюменской области по авенин-кодирующим локусам

Для анализа внутривидового генетического разнообразия сельскохозяйственных культур  применяются разнообразные молекулярные и биохимические маркеры. Высокой эффективностью при  оценке этого показателя обладают проламин-кодирующие локусы. На базе лаборатории сортовой идентификации семян Государственного аграрного университета Северного Зауралья в 2018–2019 гг. методом  электрофореза исследованы 18 сор тов овса посевного, включенных в Государственный реестр селекционных достижений по Тюменской области с 1930-х гг. до 2019 г. Целью работы было изучить динамику генетического разнообразия сортов по авенин-кодирующим локусам. Для анализа использовали по 100 зерновок каждого сорта. Электрофорез проводили в вертикальных пластинах 13.2 % полиакриламидного  геля при постоянном напряжении 500 В в течение 4.0–4.5 ч. Установлено, что 44.4 % сортов гетерогенны  и состоят из двух биотипов. Для трех локусов идентифицировано 20 аллелей, 10 из которых выявлены  впервые. Частота встречаемости аллелей авенин-кодирующих локусов изменялась с течением времени. Аллели, характерные для сортов иностранного происхождения, в процессе сортосмены заместились аллелями, присутствующими в отечественных сортах, а затем в сортах местных селекционных учреждений. Наибольшую час тоту встречаемости в сортах тюменской селекции имели аллели Avn A4(50.0  %),  A2 (25.0 %), Avn B4 (50.0 %), Bnew6(37.5 %), Avn C1(37.5 %), C2и C5(25.0 %). Эти аллели имеют большую  ценность как маркеры хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков. Величина генетического  разнообразия в сортах овса изменялась с течением времени от 0.33 в 1929–1950 гг. до 0.75 в 2019 г. Высокое значение генетического разнообразия в современных сортах селекции  Научно-исследовательского  института сельского хозяйства Северного Зауралья, а также увеличение этого показателя на протяжении  последних 20 лет связаны с использованием в селекционном процессе генетически разнородного исходного материала. Это позволило получить сорта, обладающие высоким адаптивным потенциалом в природно-климатических условиях данного региона.

1. Afanasenko O.S., Novozhilov K.V. Problems of rational use of genetic resources of plant resistance to diseases. Ekologicheskaya Genetika = Ecological Genetics. 2009;7(2):38-43. (in Russian)

2. Barsila S.R. The fodder oat (Avena sativa) mixed legume forage farming: Nutritional and ecological benefits. J. Agric. Nat. Resour. 2018;1(1):206-222. DOI 10.3126/janr.v1i1.22236.

3. Che Y.H., Li L.H. Genetic diversity of prolamines in Agropyron mongolicumKeng indigenous to northern China. Genet. Resour. Crop. Evol. 2007;54(5):1145-1151. DOI 10.1007/s10722-006-9006-7.

4. Cliff E.M., Cooke R.J. The characterisation of oat cultivars by electrophoresis. J. Natl. Inst. Agric. Bot. 1984;16:415-429.

5. Goncharenko A.A. Ecological stability of grain crop varieties and tasks of breedeng. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2016;3:31-37. (in Russian)

6. Konarev A.V., Konarev V.G., Gubareva N.K., Peneva T.I. Seed proteins as markers in solving problems of plant genetic resources, breeding, and seed production. Tsitologiya i Genetika = Cytology and Genetics. 2000;34(2):91-104. (in Russian)

7. Kudryavtsev A.M., Dedova L.V., Melnik V.A., Shishkina A.A., Upelniek V.P., Novoselskaya-Dragovich A.Yu. Genetic diversity of mo dern Russian durum wheat cultivars at the gliadincoding loci. Russ. J. Genet. 2014;50(5):483-48. DOI 10.1134/S1022795414050093.

8. Loscutov I.G. Oat (AvenaL.). Distribution, Taxonomy, Evolution and Breeding Value. Saint-Petersburg, 2007. (in Russian)

9. Lyalina E.V., Boldyrev S.V., Pomortsev A.A. Current state of the genetic polymorphism in spring barley (Hordeum vulgareL.) from Russia assessed by the alleles of hordein-coding loci. Russ. J. Genet. 2016;52(6):565-577. DOI 10.1134/S1022795416060077.

10. Lyubimova A.V., Eremin D.I. Peculiarities of the avenin component composition in oats cultivated in Western Siberia. Trudy po Pri kladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2018a;179(2):85-95. DOI 10.30901/2227-8834-2018-2-85-95. (in Russian)

11. Lyubimova A., Eremin D. Variety check as an element of precision far ming in the modern agriculture. In: International Scientific and Practical Conference “AgroSMART – Smart Solutions for Agriculture” (AgroSMART 2018). 2018b. Vol. 151. DOI 10.2991/agrosmart-18.2018.91.

12. Melnikova N.V., Kudryavtsev A.M., Mitrofanova O.P., Liapunova O.A. Global diversity of durum wheat Triticum durumDesf. for alleles of gliadin-coding loci. Russ. J. Genet. 2010;46(1): 43-49. DOI 10.1134/S1022795410010072.

13. Metakovsky E.V. The value of gliadin biotypes in commercial cultivars of wheat. In: Proc. 4 th Int. Workshop on Gluten Proteins. Winnipeg, 1990.

14. Montilla-Bascón G., Sánchez-Martín J., Rispail N., Rubiales D., Mur L., Langdon T., Griffiths I., Howarth C., Prats E. Genetic diversity and population structure among oat cultivars and landraces. Plant Mol. Biol. Rep. 2013;31(1305):1305-1314. DOI 10.1007/s11105-013-0598-8.

15. Nei M. Molecular Evolutionary Genetics. New York: Columbia University Press, 1987.

16. Novoselskaya-Dragovich A.Yu., Fisenko A.V., Imasheva A.G., Pu khalskiy V.A. Comparative analysis of the genetic diversity dyna mics at gliadin loci in the winter common wheat Triticum aesti vum L. cultivars developed in Serbia and Italy over 40 years of scientific breeding. Russ. J. Genet. 2007;43(11):1236-1242. DOI 10.1134/S1022795407110051.

17. Novoselskaya-Dragovich A.Y., Fisenko A.V., Puhal’skii V.A. Genetic differentiation of common wheat cultivars using multiple alleles of gliadin-coding loci. Russ. J. Genet. 2013;49(5):487-496. DOI 10.1134/S1022795413020087.

18. Portyanko V.A., Pomortsev A.A., Kalashnik N.A., Bogachkov V.I., Sozinov A.A. The genetic control of avenins and the principles of classification. Genetika = Genetics (Moscow). 1987;23(5): 845-853. (in Russian)

19. Portyanko V.A., Sharopova N.R., Sozinov A.A. Characterization of European oat germ plasm: allelic variation at complex avenin loci detected by acid polyacrylamide gel electrophoresis. Euphytica. 1998;102:15-27. DOI 10.1023/A:1018399919953.

20. Scheben A., Batley J., Edwards D. Genotyping-by-sequencing approaches to characterize crop genomes: choosing the right tool for the right application. Plant Biotechnol. J. 2017;15(2):149-161. DOI 10.1111/pbi.12645.

21. Shavrukov Y. Comparison of SNP and CAPS markers application in genetic research in wheat and barley. BMC Plant Biol. 2016;16:11. DOI 10.1186/s12870-015-0689-9.

22. Souza E., Sorrels M. Inheritance and distribution of variation at four avenin loci in North American oat germplasm. Genome. 1990;33:416-424. DOI 10.1139/g90-063.

23. Utebayev M., Dashkevich S., Bome N., Bulatova K., Shavrukov Y. Genetic diversity of gliadin-coding alleles in bread wheat (Triticum aestivumL.) from Northen Kazakhstan. PeerJ. 2019; 7:e7082. DOI 10.7717/peerj.7082.

24. Wight C.P., Yan W., Fetch J.M., Deyl J., Tinker N.A. A set of new simple sequence repeat and avenin DNA markers suitable for mapping and fingerprinting studies in oat (Avenaspp.). Crop Sci. 2010;50:1207-1218. DOI 10.2135/cropsci2009.09.0474.

25. Zayka E.V., Kozub N.A., Sozinov I.A., Sozinov A.A., Starichenko V.N. Analysis of genotypes of winter soft wheat varieties of the Institute of Farming of the National Academy of Agricultural Science according to alleles of storage protein loci. Vestnik Belorus skoy Gosudarstvennoy Selskohozyaystvennoy Akademii = Bulletin of the Belarussian State Agricultural Academy. 2014;4:53-57. (in Russian)

26. Zobova N.V., Surin N.A., Gerasimov S.A., Chuslin A.A., Onufrienok T.V. Spectra of prolamines in agroecological evaluation of the collection barley. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2018; 32(5):45-47. DOI 10.24411/0235-2451-2018-10511. (in Russian)