Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Фенотипическое и генетическое разнообразие коллекции тетраплоидной пшеницы, выращенной в Казахстане

https://doi.org/10.18699/VJ20.654

Полный текст:

Аннотация

В основе эффективных технологий выращивания полевых культур лежат новые сорта, адаптированные к условиям зоны производства. Создание таких сортов предполагает наличие коллекции с широким генетическим разнообразием и тщательные полевые экологические испытания. В данной работе коллекция тетраплоидной пшеницы, состоящая из 85 сортов и линий различного происхождения, была изучена в полевых условиях Алматинской области Казахстана в 2018 и 2019 гг. Образцы коллекции были ранжированы по девяти изученным сельскохозяйственным признакам, в результате чего выявлены линии с высокой продуктивностью в условиях Алматинской области. С помощью дисперсионного анализа удалось установить, что как окружающая среда, так и генотип оказывают статистически высокое влияние на хозяйственно ценные признаки. Коллекция была исследована также с использованием семи микросателлитных SSR (simple sequence repeats) маркеров. Обнаружено от 3 до 6 аллелей на локус со средним значением 4.6, тогда как среднее значение эффективного числа аллелей равнялось 2.8. Индекс генетического разнообразия коллекции по Нею был высоким, в пределах 0.45–0.69. Значения PIC (polymorphism index content) варьировали от 0.46 до 0.70, при этом шесть из семи SSR показали высокую информативность (PIC > 0.5). Филогенетический анализ коллекции позволил разделить образцы на шесть кластеров. Местные образцы были представлены во всех шести кластерах; большинство из них было сгруппировано в первых трех кластерах, обозначенных как A, B и C. Изучена связь между определенными SSR-маркерами и агрономическими признаками в рассматриваемой коллекции. Полученные результаты могут быть эффективно использованы для усиления отечественных селекционных проектов для улучшения продуктивности твердой пшеницы.

Об авторах

A. Затыбеков
Институт биологии и биотехнологии растений
Казахстан
Алматы


Ш. Әнуарбек
Институт биологии и биотехнологии растений; Казахский национальный университет им. аль-Фараби
Казахстан
Алматы


С. Абугалиева
Институт биологии и биотехнологии растений
Казахстан
Алматы


Е. Туруспеков
Институт биологии и биотехнологии растений; Казахский национальный университет им. аль-Фараби
Казахстан
Алматы


Список литературы

1. Abouzied H.M., Eldemery S.M.M., Abdellatif K.F. SSR-based genetic diversity assessment in tetraploid and hexaploid wheat populations. Br. Biotechnol. J. 2013;3(3):390-404.

2. Abugalieva S., Volkova L., Yermekbayev K., Turuspekov Y. Genotyping of commercial spring wheat cultivars from Kazakhstan based on use of DNA microsatellite markers. Biotekhnologiya. Teoriya i Praktika = Biotech. Theory Practice. 2012;2:35-45. DOI 10.11134/ btp.2.2012.4. (in Russian)

3. Achtar S., Moualla M.Y., Kalhout A., Röder M.S., MirAli N. Assessment of genetic diversity among Syrian durum (Triticum turgidum ssp. durum) and bread wheat (Triticum aestivum L.) using SSR markers. Russ. J. Genet. (Genetika). 2010;46(11):1500-1506. DOI 10.1134/S1022795410110074.

4. Adonina I.G., Leonova I.N., Badaeva E.D., Salina E.A. Genotyping of hexaploid wheat varieties from different Russian regions. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2017;7:6-13. DOI 10.1134/S2079059717010014.

5. Anuarbek S., Abugalieva S., Pecchioni N., Laidò G., Maccaferri M., Tuberosa R., Turuspekov Y. Quantitative trait loci for agronomic traits in tetraploid wheat for enhancing grain yield in Kazakhstan environments. PLoS One. 2020;15(6):e0234863. DOI 10.1371/ journal.pone.0234863.

6. Botstein D., White R.L., Skolnick M., Davis R.W. Construction of a genetic map in man using restriction fragment length polymorphisms. Am. J. Hum. Genet. 1980;32(3):314-331.

7. Chen X., Min D., Yasir T.A., Hu Y.G. Genetic diversity, population structure and linkage disequilibrium in elite Chinese winter wheat investigated with SSR markers. PLoS One. 2012;7(9):e44510. DOI 10.1371/journal.pone.0044510.

8. De Vita P., Taranto F. Durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum) breeding to meet the challenge of climate change. In: Al-Khayri J., Jain S., Johnson D. (Eds.). Advances in Plant Breeding Strategies: Cereals. Springer, Cham, 2019;5:471-524. DOI 10.1007/978-3-030- 23108-8_13.

9. Dellaporta S.L., Wood J., Hicks J.B. A plant DNA minipreparation: Version II. Plant Mol. Biol. Rep. 1983;1(4):19-21. DOI 10.1007/ BF02712670.

10. Ganal M.W., Röder M.S. Microsatellite and SNP markers in wheat breeding. In: Varshney R.K., Tuberosa R. (Eds.). Genomic-Assisted Crop Improvement. Springer, Dordrecht, 2007;2:1-24. DOI 10.1007/978-1-4020-6297-1_1.

11. Ganeva G., Korzun V., Landjeva S., Popova Z., Christov N.K. Genetic diversity assessment of Bulgarian durum wheat (Triticum durum Desf.) landraces and modern cultivars using microsatellite markers. Genet. Resour. Crop Evol. Publ. online 2009. Publ. 2010;57(2):273- 285. DOI 10.1007/s10722-009-9468-5.

12. Geng H., Zhang Y., He Z., Zhang L., Appels R., Qu Y., Xia X. Molecular markers for tracking variation in lipoxygenase activity in wheat breeding. Mol. Breed. 2010;28(1):117-126. DOI 10.1007/s11032- 010-9466-5.

13. Golabadi M., Arzani A., Mirmohammadi Maibody S.A.M., Sayed Tabatabaei B.E., Mohammadi S.A. Identification of microsatellite markers linked with yield components under drought stress at terminal growth stages in durum wheat. Euphytica. 2011;177(2):207-221. DOI 10.1007/s10681-010-0242-8.

14. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. Past: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontol. Electron. 2001;4(1):9.

15. Henkrar F., El-Haddoury J., Ouabbou H., Nsarellah N., Iraqi D., Bendaou N., Mahabala U.S. Genetic diversity reduction in improved durum wheat cultivars of Morocco as revealed by microsatellite markers. Sci. Agric. 2016;73(2):134-141. DOI 10.1590/0103-9016- 2015-0054.

16. Idrees M., Irshad M. Molecular markers in plants for analysis of genetic diversity: a review. Eur. Acad. Res. 2014;2(1):1513-1540.

17. Jaiswal S., Sheoran S., Arora V., Angadi U.B., Iquebal M.A., Raghav N., Aneja B., Kumar D., Singh R., Sharma P., Singh G.P., Rai A., Tiwari R., Kumar D. Putative microsatellite DNA marker-based wheat genomic resource for varietal improvement and management. Front. Plant Sci. 2017;8:2009. DOI 10.3389/fpls.2017.02009.

18. Kabbaj H., Sall A.T., Al-Abdallat A., Geleta M., Amri A., FilaliMaltouf A., Belkadi B., Ortiz R., Bassi F.M. Genetic diversity within a global panel of durum wheat (Triticum durum) landraces and modern germplasm reveals the history of alleles exchange. Front. Plant Sci. 2017;8:1277. DOI 10.3389/fpls.2017.01277.

19. Khlestkina E.K., Pestsova E.G., Salina E., Röder M.S., Arbuzova V.S., Koval S.F., Börner A. Genetic mapping and tagging of wheat genes using RAPD, STS and SSR markers. Cell. Mol. Biol. Lett. 2002; 7(2B):795-802.

20. Kim T.K. T-test as a parametric statistic. Korean J. Anesthesiol. 2015; 68(6):540. DOI 10.4097/kjae.2015.68.6.540.

21. Kudryavtsev A.M., Martynov S.P., Broggio M., Buiatti M. Evaluation of polymorphism at microsatellite loci of spring durum wheat (Triticum durum Desf.) varieties and the use of SSR-based analysis in phylogenetic studies. Russ. J. Genet. 2004;40(10):1102-1110.

22. Leonova I.N., Badaeva E.D., Orlovskaya O., Roder M.S., Khotyleva L.V., Salina E.A., Shumny V.K. Comparative characteristic of Triticum aestivum/Triticum durum and Triticum aestivum/Triticum dicoccum hybrid lines by genomic composition and resistance to fungal diseases under different environmental conditions. Russ. J. Genet. (Genetika). 2013;49(11):1276-1283. DOI 10.1134/S102279 5413110136.

23. Li W., Zhang B., Li R., Chang Xi, Jing R. Favorable alleles for stem water-soluble carbohydrates identified by association analysis contribute to grain weight under drought stress conditions in wheat. PLoS One. 2015;10(3):1-15. DOI 10.1371/journal.pone.0119438.

24. Lüders T., Ahlemeyer J., Förster J., Weyen J., Rossa E., Korzun V., Lex J., Friedt W., Ordon F. Verification of marker-trait associations in biparental winter barley (Hordeum vulgare L.) DH populations. Mol. Breed. 2016;36(2):14. DOI 10.1007/s11032-016-0438-2.

25. Maccaferri M., Sanguineti M.C., Donini P., Tuberosa R. Microsatellite analysis reveals a progressive widening of the genetic basis in the elite durum wheat germplasm. Theor. Appl. Genet. 2003;107:783- 797. DOI 10.1007/s00122-003-1319-8.

26. Marzario S., Logozzo G., David J., Zeuli P., Gioia T. Molecular genotyping (SSR) and agronomic phenotyping for utilization of durum wheat (Triticum durum Desf.) ex situ collection from Southern Italy: a combined approach including pedigreed varieties. Genes. 2018; 9(10):465. DOI 10.3390/genes9100465.

27. Melloul M., Iraqi D., El Alaoui M., Erba G., Alaoui S., Ibriz M., Elfahime E. Identification of differentially expressed genes by cDNAAFLP technique in response to drought stress in Triticum durum. Food Technol. Biotechnol. 2014;52(4):479-788. DOI 10.17113/ftb. 52.04.14.3701.

28. Mujeeb-Kazi A., Munns R., Rasheed A., Ogbonnaya F.C., Ali N., Hollington P., Dundas I., Saeed N., Wang R., Rengasamy P., Saddiq M.S., De León J.L.D., Ashraf M., Rajaram S. Breeding strategies for structuring salinity tolerance in wheat. Adv. Agron. 2019;155:121-187. DOI 10.1016/bs.agron.2019.01.005.

29. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28:2537-2539. DOI 10.1093/bioinformatics/ bts460.

30. Public website of the news in Kazakhstan. https://agbz.kz/zernovojrynok-2019/ (Accessed June 17, 2020). Rahimi Y., Bihamta M.R., Taleei A., Alipour H., Ingvarsson P.K. Genome-wide association study of agronomic traits in bread wheat reveals novel putative alleles for future breeding programs. BMC Plant Biol. 2019;19:541. DOI 10.1186/s12870-019-2165-4.

31. Röder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M.-H., Leroy P., Ganal M.W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998; 149:2007-2023.

32. Roncallo P.F., Akkiraju P.C., Cervigni G.L., Echenique V.C. QTL mapping and analysis of epistatic interactions for grain yield and yieldrelated traits in Triticum turgidum L. var. durum. Euphytica. 2017; 213(12):277. DOI 10.1007/s10681-017-2058-2.

33. Royo C., Nachit M.M., Di Fonzo N., Araus J.L., Pfeiffer W.H., Stafer G.A. (Eds.). Durum Wheat Breeding: Current Approaches and Future Strategies. Binghamton, NY: Food Products Press, 2005.

34. Singh A.K., Chaurasia S., Kumar S., Singh R., Kumari J., Yadav M.C., Singh N., Gaba S., Jacob S.R. Identification, analysis and development of salt responsive candidate gene based SSR markers in wheat. BMC Plant Biol. 2018;18(1):249. DOI 10.1186/s12870-018-1476-1.

35. Slim A., Piarulli L., Chennaoui Kourda H., Rouaissi M., Robbana C., Chaabane R., Pignone D., Montemurro C., Mangini G. Genetic structure analysis of a collection of Tunisian durum wheat germplasm. Int. J. Mol. Sci. 2019;20(13):3362. DOI 10.3390/ijms20133362.

36. Song Q.J., Shi J.R., Singh S., Fickus E.W., Costa J.M., Lewis J., Gill B.S., Ward R., Cregan P.B. Development and mapping of microsatellite (SSR) markers in wheat. Theor. Appl. Genet. 2005;110(3): 550-560. DOI 10.1007/s00122-004-1871-x.

37. Turuspekov Y., Plieske J., Ganal M., Akhunov E., Abugalieva S. Phylogenetic analysis of wheat cultivars in Kazakhstan based on the wheat 90 K single nucleotide polymorphism array. Plant Genet. Resour. 2015;15(01):29-35. DOI 10.1017/s1479262115000325.

38. Vieira M.L.C., Santini L., Diniz A.L., Munhoz C. Microsatellite markers: what they mean and why they are so useful. Genet. Mol. Biol. 2016;39(3):312-328. DOI 10.1590/1678-4685-GMB-2016-0027.

39. Vinod C.G., Sharma J.B., Prabhu K.V. Inheritance and molecular mapping of leaf rust resistance in Triticum turgidum var. durum cv. Trinakria. Indian J. Genet. 2014;74(1):10-15. DOI 10.5958/j.0975- 6906.74.1.002.

40. Wang H., Wang X., Chen P., Liu D. Assessment of genetic diversity of Yunnan, Tibetan, and Xinjiang wheat using SSR markers. J. Genet. Genom. 2007;34(7):623-633. DOI 10.1016/S1673-8527 (07)60071-X.

41. Yildirim A., Sönmezoğlu Öz., Gökmen S., Kandemir N., Aydin N. Determination of genetic diversity among Turkish durum wheat landraces by microsatellites. Afr. J. Biotechnol. 2011;10(19):3915-3920. DOI 10.5897/AJB10.2240.

42. Zaïm M., El Hassouni Kh., Gamba F., Filali-Maltouf A., Belkadi B., Sourour A., Amri A., Nachit M., Taghouti M., Bassi F.M. Wide crosses of durum wheat (Triticum durum Desf.) reveal good disease resistance, yield stability, and industrial quality across Mediterranean sites. Field Crops Res. 2017;214:219-227. DOI 10.1016/j.fcr. 2017.09.007.

43. Zhang B., Shi W., Li W., Chang Xi, Jing R. Efficacy of pyramiding elite alleles for dynamic development of plant height in common wheat. Mol. Breed. 2013;32:327-338. DOI 10.1007/s11032-013- 9873-5.


Просмотров: 64


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)