Ассоциация генов, контролирующих синтез крахмала, с основными признаками продуктивности у линий мягкой пшеницы с интрогрессиями чужеродного генетического материала

Эндосперм пшеницы на 65–85 % состоит из крахмала, содержание которого в значительной степени определяет массу зерна. В данной работе в коллекции 40 линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Triticum dicoccoides, T. dicoccum, T. durum, T. spelta, T. kiharаe и их родительских форм исследовали полиморфизм девяти генов, контролирующих синтез крахмала, для выявления связи их аллельных вариантов с признаками продуктивности в условиях Беларуси, а также оценили влияние чужеродного генетического материала на продуктивность пшеницы. Полиморфизм не обнаружен только для генов TaCWI-5D и TaAGP-L-1B. Установлен значимый вклад генов TaSus2-2В, TaSus1-7А, TaCWI-4A, TaAGP-S1-7А, TaBT1-6B в изменчивость массы зерен; генов TaSus2-2A, TaSus1-7А, TaCWI-4A – в изменчивость числа зерен с колоса; генов TaSus2-2A и TaSus2-2В – в изменчивость продуктивной кустистости. Частота встречаемости благоприятных гаплотипов у сородичей пшеницы незначительно уступала таковой у сортов, у интрогрессивных линий (ИЛ) – была на уровне сортов. Включение чужеродного генетического материала в геном пшеницы не оказало отрицательного влияния на основной показатель продуктивности – массу 1000 зерен, которая в среднем за 4-летний период у ИЛ (38,51 г) была достоверно выше, чем у сортов (36,91 г).

1. Genetic dissection of quantitative trait loci for grain size and weight by high-resolution genetic mapping in bread wheat (Triticum aestivum L.) / T. Li, G. Deng, Y. Su [et al.] // Theoretical and Applied Genetics. – 2022. – Vol. 135, N 1. – P. 257–271. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03964-2

2. Combining protein content and grain yield by genetic dissection in bread wheat under low-input management / J. Ma, Y. Xiao, L. Hou, Y. He // Foods. – 2021. – Vol. 10, N 5. – Art. 1058. https://doi.org/10.3390/foods10051058

3. The wheat (T. aestivum) sucrose synthase 2 gene (TaSus2) active in endosperm development is associated with yield traits / Q. Jiang, J. Hou, C. Hao [et al.] // Functional & Integrative Genomics. – 2011. – Vol. 11, N 1. – P. 49–61. https://doi.org/10.1007/s10142-010-0188-x

4. Koch, K. E. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development / K. E. Koch // Current Opinion in Plant Biology. – 2004. – Vol. 7, N 3. – P. 235–246. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.03.014

5. TaBT1, affecting starch synthesis and thousand kernel weight, underwent strong selection during wheat improvement / Y. Wang, J. Hou, H. Liu [et al.] // Journal of Experimental Botany. – 2019. – Vol. 70, N 5. – P. 1497–1511. https://doi.org/10.1093/jxb/erz032

6. Nevo, E. Drought and salt tolerances in wild relatives for wheat and barley improvement / E. Nevo, G. Chen // Plant, Cell and Environment. – 2010. – Vol. 33, N 4. – P. 670–685. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2009.02107.x

7. Genome-wide association study for grain micronutrient concentrations in wheat advanced lines derived from wild emmer / J. Liu, L. Huang, T. Li [et al.] // Frontiers in Plant Science. – 2021. – Vol. 12. – Art. 651283. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.651283

8. Минеральный состав зерна линий мягкой пшеницы с интрогрессиями чужеродного генетического материала / О. А. Орловская, С. И. Вакула, Л. В. Хотылева, А. В. Кильчевский // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. – 2023. – Т. 184, № 1. – С. 42–52. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2023-1-42-52

9. Эффекты генов NAM-1 на содержание белка в зерне и показатели продуктивности у линий мягкой пшеницы с интрогрессиями чужеродного генетического материала в условиях Беларуси / О. А. Орловская, С. И. Вакула, К. К. Яцевич [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 197–206. https://doi.org/10.18699/VJGB-23-26

10. Погода и климат: [сайт]. – 2004–2025. – URL: http://www.pogodaiklimat.ru (дата обращения: 03.03.2025).

11. Global selection on sucrose synthase haplotypes during a century of wheat breeding / J. Hou, Q. Jiang, C. Hao [et al.] // Plant Physiology. – 2014. – Vol. 164, N 4. – P. 1918–1929. https://doi.org/10.1104/pp.113.232454

12. A yield-associated gene TaCWI, in wheat: its function, selection and evolution in global breeding revealed by haplotype analysis / Y. Jiang, Q. Jiang, C. Hao [et al.] // Theoretical and Applied Genetics. – 2015. – Vol. 128, N 1. – P. 131–143. https://doi.org/10.1007/s00122-014-2417-5

13. ADP-glucose pyrophosphorylase genes, associated with kernel weight, underwent selection during wheat domestication and breeding /J. Hou, T. Li, Y. Wang [et al.] // Plant Biotechnology Journal. – 2017. – Vol. 15, N 12. – P. 1533–1543. https://doi.org/10.1111/pbi.12735

14. Increasing the starch content and grain weight of common wheat by overexpression of the cytosolic AGPase large subunit gene / G. Kang, G. Liu, X. Peng [et al.] // Plant Physiology and Biochemistry. – 2013. – Vol. 73. – P. 93–98. http://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.09.003

15. Validation of candidate gene-based markers and identification of novel loci for thousand-grain weight in spring bread wheat / D. Sehgal, S. Mondal, C. Guzman [et al.] // Frontiers in Plant Science. – 2019. – Vol. 10. – Art. 1189. http://doi.org/10.3389/fpls.2019.01189

16. Carbon partitioning to cellulose synthesis / C. H. Haigler, M. Ivanova-Datcheva, P. S. Hogan [et al.] // Plant Molecular Biology. – 2001. – Vol. 47, N 1. – P. 29–51. http://doi.org/10.1023/A:1010615027986

17. Localization of sucrose synthase in developing seed and siliques of Arabidopsis thaliana reveals diverse roles for SUS during development / H. Fallahi, G. N. Scofield, M. R. Badger [et al.] // Journal of Experimental Botany. – 2008. – Vol. 59, N 12. – P. 3283–3295. http://doi.org/10.1093/jxb/ern180

18. Functional markers developed from TaGS3, a negative regulator of grain weight and size, for marker-assisted selection in wheat / W. Zhang, H. Li, L. Zhi [et al.] // The Crop Journal. – 2020. – Vol. 8, N 6 – P. 943–952. http://doi.org/10.1016/j.cj.2020.03.003

19. TaTGW6-A1, an ortholog of rice TGW6, is associated with grain weight and yield in bread wheat / M. Hanif, F. Gao, J. Liu [et al.] // Molecular Breeding. – 2016. – Vol. 36, N 1. – Art. 1. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0425-z

20. Variation in allelic frequencies at loci associated with kernel weight and their effects on kernel weight-related traits in winter wheat / T. Li, H. Liu, C. Mai [et al.] // The Crop Journal. – 2019. – Vol. 7, N 1. – P. 30–37. https://doi.org/10.1016/j.cj.2018.08.002