Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Генетический полиморфизм локусов высокомолекулярных субъединиц глютенина у сортообразцов мягкой пшеницы Предуральской степной зоны

https://doi.org/10.18699/VJGB-23-36

Аннотация

Высокомолекулярные глютенины играют важную роль в обеспечении хлебопекарных качеств зерна мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Однако селекция мягкой пшеницы по данному признаку весьма трудоемка, поэтому большой интерес представляет генотипирование сортообразцов по аллельному составу генов высокомолекулярных глютенинов. Цель исследования состояла в определении состава субъединиц высокомолекулярных глютенинов на основе выявления аллельного состава генов Glu-1, а также в выявлении частоты встречаемости аллелей генов Glu-1 в сортообразцах мягкой пшеницы, находящихся в селекционной работе в Предуральской степной зоне (ПСЗ). Проанализированы 26 озимых и 22 яровых сортообразца мягкой пшеницы, находящихся в селекционной работе в ПСЗ, и 27 озимых и 20 яровых сортообразцов из коллекции ВИР. Анализ генотипов показал наличие 13 различных аллельных сочетаний генов Glu-A1, Glu-B1, Glu-D1 в сортообразцах ПСЗ и 19 сочетаний – в сортообразцах ВИР. Самым распространенным для яровых сортов и линий ПСЗ оказалось сочетание аллелей b b/al/с d (Ax2* Вх7+Ву8/8*/9 Dx5+Dy10), для озимых – a с d (Ax1 Вх7+Ву9 Dx5+Dy10). Среди яровых сортообразцов коллекции ВИР с равной частотой встречались генотипы b с a (Ax2* Вх7+Ву9 Dx2+Dy12) и b с d (Ax2* Вх7+Ву9 Dx5+Dy10); в группе озимых сортов ВИР преобладал генотип a b/al d (Ax1 Вх7+Ву8/8* Dx5+Dy10). Наиболее предпочтительное в целях хлебопечения сочетание аллелей выявлено у ярового сорта Екатерина и озимых сортов Тарасовская 97, Волжская С3, а также у линий к-58164, Л43510, Л43709, Л-67, Л-83, которые рекомендуются для дальнейших селекционных программ по улучшению и сохранению хлебопекарных качеств в условиях Предуральской степной зоны.

Об авторах

А. А. Галимова
Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Уфа; Санкт-Петербург



А. Р. Кулуев
Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
Россия

Уфа



К. Р. Исмагилов
Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
Россия

Уфа



Б. Р. Кулуев
Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Уфа; Санкт-Петербург



Список литературы

1. Anjum F.M., Khan M.R., Din A., Saeed M., Pasha I., Arshad M.U. Wheat gluten: high molecular weight glutenin subunits – structure, genetics, and relation to dough elasticity. J. Food Sci. 2007;72(3):R56-R63. DOI 10.1111/j.1750-3841.2007.00292.x.

2. Ayala M., Guzman C., Pena R.J., Alvarez J.B. Diversity of pheno typic (plant and grain morphological) and genotypic (glutenin alleles in Glu-1 and Glu-3 loci) traits of wheat landraces (Triticum aestivum L.) from Andalusia (Southern Spain). Genet. Resour. Crop Evol. 2016;63(3):465-475. DOI 10.1007/s10722-015-0264-0.

3. Dhaka V., Khatkar B.S. Effects of gliadin/glutenin and HMW-GS/LMW-GS ratio on dough rheological properties and bread-making potential of wheat varieties. J. Food Qual. 2015;38(2):71-82. DOI 10.1111/jfq.12122.

4. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem. Bull. 1987;19(1):11-15.

5. Du X., Hu J., Ma X., He J., Hou W., Guo J., Bo C., Wang H., Li A., Kong L. Molecular characterization and marker development for high molecular weight glutenin subunit 1Dy12** from Yunnan hulled wheat. Mol. Breed. 2019;39(1):4. DOI 10.1007/s11032-018-0910-2.

6. Gianibelli M.C., Larroque O.R., Macritchie F., Wrigley C.W. Biochemical, genetic, and molecular characterization of wheat glutenin and its component subunits. Cereal Chem. 2001;78(6):635-646. DOI 10.1094/CCHEM.2001.78.6.635.

7. Gomez A., Ferrero C., Calvelo A., Anon M.C., Puppo M.C. Effect of mixing time on structural and rheological properties of wheat flour dough for breadmaking. Int. J. Food Prop. 2011;14(3):583-598. DOI 10.1080/10942910903295939.

8. Guo H., Wu J., Lu Y., Yan Y. High-molecular-weight glutenin 1Bx17 and 1By18 subunits encoded by Glu-B1i enhance rheological properties and bread-making quality of wheat dough. J. Food Qual. 2019;2019:1958747. DOI 10.1155/2019/1958747.

9. Koehler P., Wieser H. Chemistry of cereal grains. In: Gobbetti M., Gänz le M. (Eds.) Handbook on Sourdough Biotechnology. MA, Bos ton: Springer, 2013;11-45. DOI 10.1007/978-1-4614-5425-0_2.

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

11. Lafiandra D., Tucci G.F., Pavoni A., Turchetta T., Margiotta B. PCR analysis of x- and y-type genes present at the complex Glu-A1 locus in durum and bread wheat. Theor. Appl. Genet. 1997;94(2):235-240. DOI 10.1007/s001220050405.

12. Lei Z.S., Gale K.R., He Z.H., Gianibelli C., Larroque O., Xia X.C., Butow B.J., Ma W. Y-type gene specific markers for enhanced discrimination of high-molecular weight glutenin alleles at the Glu-B1 locus in hexaploid wheat. J. Cereal Sci. 2006;43(1):94-101. DOI 10.1016/j.jcs.2005.08.003.

13. Liu S., Chao S., Anderson J.A. New DNA markers for high molecular weight glutenin subunits in wheat. Theor. Appl. Genet. 2008;118(1): 177-183. DOI 10.1007/s00122-008-0886-0.

14. Luo G., Song S., Zhao L., Shen L., Song Y., Wang X., Yu K., Liu Z., Li Y., Yang W., Li X., Zhan K., Zhang A., Liu D. Mechanisms, origin and heredity of Glu-1Ay silencing in wheat evolution and domestication. Theor. Appl. Genet. 2018;131(7):1561-1575. DOI 10.1007/s00122-018-3098-2.

15. Ma W., Zhang W., Gale K. Multiplex-PCR typing of high molecular weight glutenin alleles in wheat. Euphytica. 2003;134:51-60. DOI 10.1023/A:1026191918704.

16. Patil V.R., Talati J.G., Singh C., Parekh V.B., Jadeja G.C. Genetic variation in glutenin protein composition of aestivum and durum wheat cultivars and its relationship with dough quality. Int. J. Food Properties. 2015;18(9-12):2393-2408. DOI 10.1080/10942912.2014.980948.

17. Payne P.I., Corfield K.G., Holt L.M., Blackman J.A. Correlations between the inheritance of certain high-molecular weight subunits of glutenin and bread-making quality in progenies of six crosses of bread wheat. J. Sci. Food Agric. 1981;32(1):51-60. DOI 10.1002/jsfa.2740320109.

18. Payne P.I., Holt L.M., Worland A.J., Law C.N. Structural and genetical studies on the high-molecular-weight subunits of wheat glutenin: Part 3. Telocentric mapping of the subunit genes on the long arms of the homoeologous group 1 chromosomes. Theor. Appl. Genet. 1982;63(2):129-138. DOI 10.1007/BF00303695.

19. Payne P.I., Lawrence G.J. Catalogue of alleles for the complex gene loci, Glu-A1, Glu-B1, and Glu-D1 which code for high-molecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat. Cereal Res. Commun. 1983;11(1):29-35.

20. Peng Y., Yu K., Zhang Y., Islam S., Sun D., Ma W. Two novel y-type high molecular weight glutenin genes in Chinese wheat landraces of the Yangtze-River region. PloS One. 2015;10(11):e0142348. DOI 10.1371/journal.pone.0142348.

21. Pirozi M.R., Margiotta B., Lafiandra D., MacRitchie F. Composition of polymeric proteins and bread-making quality of wheat lines with allelic HMW-GS differing in number of cysteines. J. Cereal Sci. 2008;48(1):117-122. DOI 10.1016/j.jcs.2007.08.011.

22. Shewry P.R., Halford N.G., Tatham A.S., Popineau Y., Lafiandra D., Belton P.S. The high molecular weight subunits of wheat glutenin and their role in determining wheat processing properties. Adv. Food Nutr. Res. 2003;45(3):219-302. DOI 10.1016/s1043-4526(03)45006-7.

23. Tabiki T., Ikeguchi S., Ikeda T.M. Effects of high-molecular-weight and low-molecular-weight glutenin subunit alleles on common wheat flour quality. Breed. Sci. 2006;56(2):131-136. DOI 10.1270/jsbbs.56.131.

24. Vazquez D., Berger A.G., Cuniberti M., Bainotti C., Miranda M.Z., Scheeren P.L., Jobet C., Zuniga J., Cabrera G., Verges R., Pena R.J. Influence of cultivar and environment on quality of Latin American wheats. J. Cereal Sci. 2012;56(2):196-203. DOI 10.1016/j.jcs.2012.03.004.

25. Wang G., Snape J., Hu H., Rogers W. The high-molecular-weight glutenin subunit compositions of Chinese bread wheat varieties and their relationship with bread-making quality. Euphytica. 1993;68:205-212. DOI 10.1007/BF00029874.

26. Wang Z.J., Wang X., Zhang Y., Zhang B., Florides Ch.G., Gao Z., Zhang X., Wei Y. Comparison of quality properties between high-molecular-weight glutenin subunits 5+10 and 2+12 near-isogenic lines under three common wheat genetic backgrounds. Cereal Chem. 2018;95(4):575-583. DOI 10.1002/cche.10061.

27. Wieser H., Bushuk W., MacRitchie F. The polymeric glutenins. In: Wrigley C.W., Bekes F., Bushuk W. (Eds.) Gliadin and Glutenin. The Unique Balance of Wheat Quality. USA, Minnesota, St. Paul: Am. Assoc. of Cereal Chemists, 2006;213-240. DOI 10.1094/9781891127519.010.

28. Yang Y.H., Li S.M., Zhang K.P., Dong Z., Li Y., An X., Chen J., Chen Q., Jiao Z., Liu X., Qin H., Wang D. Efficient isolation of ion beam-induced mutants for homoeologous loci in common wheat and comparison of the contributions of Glu-1 loci to gluten functionality. Theor. Appl. Genet. 2014;127(2):359-372. DOI 10.1007/s00122-013-2224-4.

29. Zhang L.J., Chen Q.F., Su M.J., Yan B., Zhang X., Jiao Zh. High-molecular-weight glutenin subunit-deficient mutants induced by ion beam and the effects of Glu-1 loci deletion on wheat quality properties. J. Food Sci. Agric. 2015;96(4):1289-1296. DOI 10.1002/jsfa.7221.

30. Zhang Y., Hu M., Liu Q., Sun L., Chen X., Lv L., Liu Y., Jia X., Li H. Deletion of high-molecular-weight glutenin subunits in wheat significantly reduced dough strength and bread-baking quality. BMC Plant Biol. 2018;18(1):319. DOI 10.1186/s12870-018-1530-z.

31. Zhao H., Gao C., Song W., Zhang Y.B., Gao D., Zhang X.M., Zhao L.J., Yang X.F., Liu D.J., Song Q., Zhang C.L., Xin W., Xiao Z.M. Quality differences between NILs of wheat variety Longmai 20 possessing HMW-GS 7 OE + 8* and 17 + 18. Cereal Res. Commun. 2020;48:493-498. DOI 10.1007/s42976-020-00052-x.


Рецензия

Просмотров: 604


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


ISSN 2500-3259 (Online)