Выявление дублетных образцов в коллекции сахарной кукурузы с использованием электрофореза зеина

Из всех подвидов Zea mays L., возделываемых на земном шаре, самый значимый для мировой экономики – сахарная кукуруза. Ее селекцией занимаются ведущие семеноводческие фирмы и научные учреждения мира. Для удовлетворения возрастающих запросов производства к качеству зерна важное значение имеет правильный подбор местных сортов и линий для гибридизации. Местные (как правило, гетерогенные) сорта – ценный исходный материал для создания самоопыленных линий, что способствует существенному расширению генетической базы используемых в селекции родительских форм. Достоинство сортов сахарной кукурузы и интерес к ним пищевой промышленности позволяют рассматривать генетические ресурсы коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) в качестве потенциально ценного исходного материала для селекции. Целью нашей работы было выявление дублетных образцов в коллекции сахарной кукурузы ВИР. В задачи исследования входило: проведение скрининга 19 местных сортов подвида сахарной кукурузы из коллекции ВИР с разным цветом зерна (9 стародавних местных с синей окраской зрелого зерна, 4 – с белой (бесцветной), 3 – с желтой и 3 – с красной окраской) по электрофоретическим спектрам зеина (белковым маркерам); изучение их биотипного состава и характера генетического полиморфизма, создание паспортной базы данных каждого изученного образца по белковым спектрам; для некоторых сортов, имеющих одинаковое сортовое название, но разные каталожные номера, установление степени идентичности их по биотипному составу с целью исключения дублетов. Электрофорез зеина проводили по стандартной методике ISTA, разработанной с участием отдела биохимии и молекулярной биологии ВИР, в вертикальных пластинах 10 % полиакриламидного геля. Методом электрофореза по спектрам зеина впервые исследованы сорта подвида сахарной кукурузы с разной окраской зерна. Для всех изученных образцов установлена уникальность спектров зеина, что позволяет идентифицировать их по специфичным для них маркерным компонентам. Результаты настоящей работы свидетельствуют о перспективности использования электрофореза зеина для выявления, идентификации и регистрации дублетных образцов в коллекции сортов подвида сахарной кукурузы ВИР.

1. Cooke R.J. The standartization of electrophoresis methods for variety identification. In: Biochemical Identification of Varieties: Materials III International Symposium ISTA. USSR. Leningrad: VIR, 1978; 14­27.

2. Holding D.R. Recent advances in the study of prolamin storage protein organization and function. Front. Plant Sci. 2014;5(276):1­9. DOI 10.3389/fpls.2014.00276.

3. Hooda S., Kawatra A. Nutritional evaluation of baby corn (Zea mays). Nutr. Food Sci. 2013;43(1):68-73. DOI 10.1108/00346651311295932.

4. Konarev A.V. The use of molecular markers for solving problems of plant genetic resources and plant breeding. Agrarnaya Rossiya = Agrarian Russia. 2006;6:4­22. (in Russian)

5. Konarev A.V., Gavriljuk I.P., Gubareva N.K. Storage proteins in the identification of species, cultivars and lines. Seed Sci. Techol. ISTA. 1987;15(3):675­678.

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

7. Konarev V.G. Plant Proteins as Genetic Markers. Moscow: Kolos Publ., 1983. (in Russian)

8. Kumar D., Jhariya N.A. Nutritional, medicinal and economical importance of corn. Res. J. Pharm. Sci. 2013;2(7):7­8.

9. Lertrat K., Pulam T. Breeding for increased sweatness in sweet corn. Int. J. Plant Breed. 2007;1(1):27­30.

10. Matsuoka Y., Vigouroux Y., Goodman M., Sanchez G.J., Buckler E., Doebley J. A single domestication for maize shown by multilocus microsatellite genotyping. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002;99(9): 6080-6084. DOI 10.1073/pnas.052125199.

11. Novoselov S.N. Sugar Corn: History, Selection, Economy. Pyatigorsk: RIA­KMV Publ., 2007. (in Russian)

12. Piperno D.R., Flannery K.V. The earliest archaeological maize (Zea mays L.) from highland Mexico: New accelerator mass spectrometry dates and their implications. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001; 98(4):2101-2103. DOI 10.1073/pnas.98.4.2101.

13. Piukkenen V.P., Gubareva N.K., Mitrofanova O.P. Searching for possible duplicates among the collection accessions of bread wheat from China. Agrarnaya Rossiya = Agrarian Russia. 2005;2:31­35. (in Russian)

14. Potokina E.K. The use of molecular markers in barley breeding. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2009;165:36­39. (in Russian)

15. Schmaraev G.E. The Gene Pool and Breeding of Maize. Theoretical Basis of Plant Breeding. St. Petersburg: VIR, 1999;4:384. (in Russian)

16. Sidorova V.V., Kerv Yu.A., Matveeva G.V., Konarev A.V. Рrospects of using zein markers in breeding waxy maize lines and varieties. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2018;179(3):240­249. DOI 10.30901/2227-8834-2018-3-240-249. (in Russian)

17. Sidorova V.V., Konarev A.V., Kerv Yu.A., Matveeva G.V. Protein markers in the analysis of a genetic variety, selections, and the corn seed control. Agrarnaya Rossiya = Agrarian Russia. 2015;12:2­10. DOI 10.30906/1999-5636-2015-12-2-10. (in Russian)

18. Sidorova V.V., Matveeva G.V., Konarev A.V., Kerv Yu.A., Kudryavtsev A.M., Upelniek V.P., Yankovsky N.K. Zein markers in maize genepool analysis and breeding improvement. Agrarnaya Rossia = Agrarian Russia. 2012;7:5­11. (in Russian)

19. State Register of Selection Achievements Authorized for Use for Production Purposes. 2019. Available at: http://reestr.gossort.com (in Russian)

20. Strelchenko P.P., Kovaleva O.N. Genetic diversity of cultivated barley from the VIR collection using RFLP markers. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2009;165:47­50. (in Russian)

21. Suprunov A.I., Tereshchenko A.A., Parpurenko N.V., Slashchev A.Yu. The endosperm corn mutations is the donors of grain quality characteristics. Vestnik Rossiyskoy Selskokhozyaystvennoy Nauki = Vestnik of the Russian Agricultural Science. 2017;(1):45­46. (in Russian)

22. Tanaboon S. Effect of sweet corn varieties and thermal processing on quality of canned whole corn kernel. Kasetsart Journal – Natural Science. 1995;29(1):64­76.

23. Tracy W.F. History, genetics, and breeding of supersweet (shrunken­2) sweet corn. Plant Breed. Rev. 1997;(14):189-236. DOI 10.1002/9780470650073.ch7.

24. Wu Y., Messing J. Proteome balancing of the maize seed for higher nutritional value. Front. Plant Sci. 2014;5(240):1-5. DOI 10.3389/fpls.2014.00240.

25. Zhukovsky P.M. Cultivated Plants and their Relatives: Systematics, Geography, Cytogenetics, Ecology, Origin, Use. Leningrad: Kolos Publ., 1971. (in Russian)