Идентификация новых нуклеотидных последовательностей гена Glu-B1-1, кодирующего глютенины х-типа у мягкой пшеницы

Мягкая пшеница, наряду с другими представителями трибы Пшенициевых, обладает огромным генетическим потенциалом для создания сортов с высокими технологическими и реологическими свойствами муки. Поэтому исследования генетической базы полиморфизма сортов мягкой пшеницы и выявление аллелей генов, ассоциированных с высокими хлебопекарными признаками, представляются актуальными. Цель данной работы – анализ нуклеотидных последовательностей гена субъединиц x-типа высокомолекулярных глютенинов Glu-B1-1 и анализ предсказанных аминокислотных последовательностей его белкового продукта у трех генотипов мягкой пшеницы. В ходе генотипирования по гену Glu-B1-1 у сортов мягкой пшеницы Авеста, Ленинградка крупнозерная и линии С-75094 были обнаружены ранее не описанные изменения в размерах амплифицируемых участков. Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей этих генов с известными опубликованными последовательностями показал наличие двух делеций у генотипов Авеста и С-75094 и семи однонуклеотидных замен у сорта Ленинградка крупнозерная. Выравнивание предсказанных аминокислотных последовательностей Glu-В1 рассматриваемых генотипов и стандартного сорта, несущего аллель Glu-B1-а, показало, что делеции в аминокислотных последовательностях у сорта Авеста и линии С-75094 локализуются в центральном домене белка и влияют на количество три-, гекса- и нонапептидов. У сорта Ленинградка крупнозерная было выявлено уменьшение количества трипептида GQQ и гексапептида PGQGQQ на одну единицу; кроме того, выявлены замены пяти аминокислот. Таким образом, нами обнаружены ранее не описанные делеции и замены в нуклеотидных последовательностях гена высокомолекулярных глютенинов Glu-B1-1, которые приводят к изменениям аминокислотных последовательностей в функционально значимых участках, а именно в центральных доменах белковых молекул. Выявленные мутации могут быть использованы при генотипировании сортообразцов мягкой пшеницы.

1. Anderson O.D., Greene F.C. The characterization and comparative analysis of high-molecular-weight glutenin genes from genomes A and B of a hexaploid bread wheat. Theor. Appl. Genet. 1989;77:689-700. DOI: 10.1007/BF00261246.

2. Belton P.S. A hypothesis concerning the elasticity of high molecular weight subunits. In: Wheat Kernel Proteins: Molecular and Functional Aspects. Proceedings of the International Meeting, S. Martino Al Cimino, Viterbo (Italy), September 28–30, 1994. Viterbo: Università degli studi della Tuscia, 1994;159-165.

3. Belton P.S. Mini review: on the elasticity of wheat gluten. J. Cereal Sci. 1999;29(2):103-107. DOI: 10.1006/jcrs.1998.0227.

4. Belton P.S., Colquhoun I.J., Grant A., Wellner N., Field J.M., Shewry P.R., Tatham A.S. FTIR and NMR studies on the hydration of a high-Mr subunit of glutenin. Int. J. Biol. Macromol. 1995;17(2):74-80. DOI: 10.1016/0141-8130(95)93520-8.

5. D’Ovidio R., Masci S., Porceddu E. Development of a set of oligonucleotide primers specific for genes at the Glu-1 complex loci of wheat. Theor. Appl. Genet. 1995;91:189-194. DOI: 10.1007/BF00220876.

6. 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.

7. Galimova A.A., Kuluev A.R., Ismagilov K.R., Kuluev B.R. Genetic polymorphism of high-molecular-weight glutenin subunit loci in bread wheat varieties in the Pre-Ural steppe zone. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2023;27(4):297-305. DOI: 10.18699/VJGB-23-36.

8. 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.

9. 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.

10. Halford N.G., Field J.M., Blair H., Urwin P., Moore K., Robert L., Thompson R., Flavell R.B., Tatham A.S., Shewry P.R. Analysis of HMW glutenin subunits encoded by chromosome 1A of bread wheat (Triticum aestivum L.) indicates quantitative effects on grain quality. Theor. Appl. Genet. 1992;83:373-378. DOI: 10.1007/BF00224285.

11. Kohler P., Keck B., Muller S., Wieser H. Disulphide bonds in wheat gluten. In: Wheat Kernel Proteins: Molecular and Functional Aspects. Proceedings of the International Meeting, S. Martino Al Cimino, Viterbo (Italy), September 28–30, 1994. Viterbo: Università degli studi della Tuscia, 1994;45-54.

12. Li X.J., Liu T.H., Song L.J., Zhang H., Li L.Q., Gao X. Influence of high-molecular-weight glutenin subunit composition at Glu-A1 and Glu-D1 loci on secondary and micro structures of gluten in wheat (Triticum aestivum L.). Food Chem. 2016;213:728-734. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.07.043.

13. Lindsay M.P., Tamas L., Appels R., Skerritt J.H. Direct evidence that the number and location of cysteine residues affect glutenin polymer structure. J. Cereal Sci. 2000;31(3):321-333. DOI: 10.1006/jcrs.2000.0309.

14. 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.

15. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Appels R., Xia X.C. In: Catalogue of Gene Symbols for Wheat. Proceed. of the 12th International Wheat Genetics Symposium. Yokohama, 2013;84-95.

16. Nucia A., Okoń S., Tomczyńska-Mleko M. Characterization of HMW glutenin subunits in European spring common wheat (Triticum aestivum L.). Genet. Resour. Crop Evol. 2019;66:579-588. DOI: 10.1007/s10722-018-00733-x.

17. 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.

18. Payne P.I. Genetics of wheat storage proteins and the effect of allelic variation on bread-making quality. Ann. Rev. Plant Physiol. 1987;38:141-153. DOI: 10.1146/annurev.pp.38.060187.001041.

19. Ravel C., Faye A., Ben-Sadoun S., Ranoux M., Dardevet M., Dupuits C., Exbrayat F., Poncet Ch., Sourdille P., Branlard G. SNP markers for early identification of high molecular weight glutenin subunits (HMW-GSs) in bread wheat. Theor. Appl. Genet. 2020;133(3):751-770. DOI: 10.1007/s00122-019-03505-y.

20. Shewry P.R., Halford N.G., Tatham A.S. The high molecular weight subunits of wheat, barley and rye: genetics, molecular biology, chemistry and role in wheat gluten structure and functionality. In: Miflin B.J. (Ed.) Oxford Surveys of Plant and Molecular Cell Biology. London: Oxford Univ. Press, 1989;163-219.

21. Shewry P.R., Halford N.G., Tatham A.S. High molecular weight subunits of wheat glutenin. J. Cereal Sci. 1992;15(2):105-120. DOI: 10.1016/s0733-5210(09)80062-3.

22. Shewry P.R., Tatham A.S., Barro F., Barcelo P., Lazzeri P. Biotechnology of breadmaking: unravelling and manipulating the multiprotein gluten complex. BioTechnology. 1995;13:1185-1190. DOI: 10.1038/nbt1195-1185.

23. Shewry P.R., Tatham A.S., Lazzeri P. Biotechnology of wheat quality. J. Sci. Food Agric. 1997;73(4):397-406. DOI: 10.1002/(SICI)1097-0010(199704)73:4<397::AID-JSFA758>3.0.CO;2-Q.

24. Tatham A.S., Drake A.F., Shewry P.R. Conformational studies of synthetic peptides corresponding to the repetitive region of the high molecular weight (HMW) glutenin subunits of wheat. J. Cereal Sci. 1990;11(3):189-200. DOI: 10.1016/S0733-5210(09)80163-X.

25. Vafin R., Rzhanova I., Askhadullin D., Askhadullin D., Vasilova N. Screening of the genotypes of bread wheat (Triticum aestivum L.) by the allelic variants of Waxy genes and HMW glutenin subunits. Acta Agrobot. 2018;71(4):1746. DOI: 10.5586/aa.1746.

26. Wang L., Yu J.J., Wang C.C. Protein disulfide isomerase is regulated in multiple ways: consequences for conformation, activities, and pathophysiological functions. BioEssays. 2021;43(3):2000147. DOI: 10.1002/bies.202000147.