Анализ селекционного генофонда озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по генам, ассоциированным с устойчивостью к предуборочному прорастанию

В настоящей работе проведено изучение современного генофонда озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием ДНК-маркеров к генам TaMFT-3A, TaMKK3-A, TaMYB10 (R-1) и TaVp-B1, ассоциированным с устойчивостью к предуборочному прорастанию.

Полиморфизм анализируемого материала выявлен по генам TaMKK3-A и TaVp-B1. По гену TaMKK3-A 15 образцов (50 %) несли PhsS-аллель и 15 образцов (50 %) – PhsR-аллель. По гену TaVp-B1 6 образцов (20 %) характеризовались наличием PhsS-аллеля и 14 образцов (80 %) – PhsR-аллеля. По генам TaMFT-3A и TaMYB10 (R-1) селекционный материал был однороден. По SNP –222 гена TaMFT-3A все образцы имели PhsS-аллели. Также все образцы имели явно выраженный красный окрас зерновок, ассоциированный с наличием PhsR-аллелей генов TaMYB10 (R-1). В результате проведенного ДНК-маркирования современного генофонда селекционного материала озимой мягкой пшеницы по генам TaMFT-3A, TaMKK3-A и TaVp-B1, а также визуальной оценки окраса зерна (TaMYB10 (R-1)) выделено 14 потенциально наиболее устойчивых к предуборочному прорастанию образцов, которые имеют наиболее благоприятное сочетание аллелей по всем проанализированным генам.

Полученные данные могут быть использованы в практической селекции озимой мягкой пшеницы на устойчивость к предуборочному прорастанию.

1. Устойчивость к предуборочному прорастанию яровой мягкой пшеницы с 6Agi(6D)-хромосомой от Agropyron intermedium / В. А. Крупнов, Г. Ю. Антонов, А. Е. Дружин, О. В. Крупнова // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2012. – Т. 16, № 2. – С. 444–450.

2. Black, M. The Encyclopedia of Seeds Science: Technology and Uses / M. Black, J. D. Bewley, P. Halmer. – Wallingford, UK: CABI, 2006. – 828 p.

3. Revealing the genetic mechanisms of pre-harvest sprouting in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) / J. M. Vetch, R. N. Stougaard, J. M. Martin, M. J. Giroux // Plant Science. – 2019. – Vol. 281. – P. 180–185. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.01.004

4. Pre-harvest sprouting resistance and haplotype variation of ThVp-1 gene in the collection of wheat-wheatgrass hybrids / A. A. Kocheshkova, P. Yu. Kroupin, M. S. Bazhenov [et al.] // PLoS ONE. – 2017. – Vol. 12, N 11. – P. E0188049. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0188049

5. Brown, L. K. Preharvest sprouting and α-amylase activity in soft winter wheat / L. K. Brown, A. T. Wiersma, E. L. Olson // Journal of Cereal Science. – 2018. – Vol. 79. – P. 311–318. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.11.016

6. Identification and analysis of the GASR gene family in common wheat (Triticum aestivum L.) and characterization of TaGASR34, a gene associated with seed dormancy and germination / X. Cheng, S. Wang, D. Xu [et al.] // Frontiers in Genetics. – 2019. – Vol. 10. – Art. 980. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.00980

7. Identification and characterization of the rice pre-harvest sprouting mutants involved in molybdenum cofactor biosynthesis / X. Liu, J. Wang, Y. Yu [et al.] // New Phytologist. – 2019. – Vol. 222, N 1. – P. 275–285. https://doi.org/10.1111/nph.15607

8. Nakamura, S. Grain dormancy genes responsible for preventing pre-harvest sprouting in barley and wheat / S. Nakamura // Breeding Science. – 2018. – Vol. 68, N 2. – P. 295–304. https://doi.org/10.1270/jsbbs.17138

9. Gubler, F. Dormancy release, ABA and pre-harvest sprouting / F. Gubler, A. A. Millar, J. V. Jacobsen // Current Opinion in Plant Biology. – 2005. – Vol. 8, N 2. – P. 183–187. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2005.01.011

10. Genes controlling seed dormancy and pre-harvest sprouting in a rice-wheat-barley comparison / C. Li, P. Ni, M. Francki [et al.] // Functional and Integrative Genomics. – 2004. – Vol. 4, N 2. – P. 84–93. https://doi.org/10.1007/s10142-004-0104-3

11. Mares, D. J. Wheat grain pre-harvest sprouting and late maturity alpha-amylase / D. J. Mares, K. Mrva // Planta. – 2014. – Vol. 240, N 6. – P. 1167–1178. https://doi.org/10.1007/s00425-014-2172-5

12. Effects of TaPHS1 and TaMKK3-A Genes on Wheat Pre-Harvest Sprouting Resistance / M. Lin, S. Liu, G. Zhang, G. Bai // Agronomy. – 2018. – Vol. 8, N 10. – P. 210. https://doi.org/10.3390/agronomy8100210

13. Torada, A. Mapping and validation of PCR-based markers associated with a major QTL for seed dormancy in wheat / A. Torada, S. Ikeguchi, M. Koike // Euphytica. – 2005. – Vol. 143. – P. 251–255. https://doi.org/10.1007/s10681-005-7872-2

14. Genome-wide association analysis on pre-harvest sprouting resistance and grain color in U.S. winter wheat / M. Lin, D. Zhang, S. Liu [et al.] // BMC Genomics. – 2016. – Vol. 17. – Art. 794. https://doi.org/10.1186/s12864-016-3148-6

15. Rich haplotypes of Viviparous‐1 in Triticum aestivum subsp. spelta with different abscisic acid sensitivities / Y. Feng, R. Qu, S. Liu, Y. Yang // Journal of the Science Food and Agriculture. – 2017. – Vol. 97, N 2. – P. 497–504. https://doi.org/10.1002/jsfa.7751

16. QTL mapping revealed TaVp-1A conferred pre-harvest sprouting resistance in wheat population Yanda 1817× Beinong 6 / S. H. Zhou, L. Fu, Q. Wu [et al.] // Journal of Integrative Agriculture. – 2017. – Vol. 16, N 2. – P. 435–444. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(16)61361-8

17. A wheat homolog of MOTHER OF FT and TFL1 acts in the regulation of germination / S. Nakamura, F. Abe, H. Kawahigashi [et al.] // The Plant Cell. – 2011. – Vol. 23, N 9. – P. 3215–3229. https://doi.org/10.1105/tpc.111.088492

18. Haplotype analysis of the pre-harvest sprouting resistance locus Phs-A1 reveals a causal role of TaMKK3-A in global germplasm / O. Shorinola, B. Balcárková, J. Hyles [et al.] // Frontiers in Plant Science. – 2017. – Vol. 8. – Art 1555. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01555

19. Characterization of the rich haplotypes of Viviparous-1A in Chinese wheats and development of a novel sequence-tagged site marker for pre-harvest sprouting resistance / Y. Yang, C. L. Zhang, S. X. Liu [et al.] // Molecular Breeding. – 2014. – Vol. 33, N 1 – P. 75–88. https://doi.org/10.1007/s11032-013-9935-8

20. Cloning and Characterization of a Critical Regulator for Preharvest Sprouting in Wheat / S. Liu, S. K. Sehgal, J. Li [et al.] // Genetics. – 2013. – Vol. 195, N 1. – P. 263–273. https://doi.org/10.1534/genetics.113.152330

21. REVERSAL OF RDO5 1, a Homolog of Rice Seed Dormancy4, Interacts with bHLH57 and Controls ABA Biosynthesis and Seed Dormancy in Arabidopsis / F. Liu, H. Zhang, L. Ding [et al.] // The Plant Cell. – 2020. – Vol. 32, N 6. – P. 1933–1948. https://doi.org/10.1105/tpc.20.00026

22. A Causal Gene for Seed Dormancy on Wheat Chromosome 4A Encodes a MAP Kinase Kinase / A. Torada, M. Koike, T. Ogawa [et al.] // Current Biology. – 2016. – Vol. 26, N 6. – P. 782–787. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.01.063

23. Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 3 Regulates Seed Dormancy in Barley / S. Nakamura, M. Pourkheirandish, H. Morishige [et al.] // Current Biology. – 2016. – Vol. 26, N 6. – P. 775–781. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.01.024

24. Development of PCR markers for Tamyb10 related to R-1, red grain color gene in wheat / E. Himi, M. Maekawa, H. Miura, K. Noda // Theoretical and Applied Genetics. – 2011. – Vol. 122, N 8. – P. 1561–1576. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1555-2

25. Characterization of Tamyb10 allelic variants and development of STS marker for pre-harvest sprouting resistance in Chinese bread wheat / Y. Wang, X. L. Wang, J. Y. Meng [et al.] // Molecular Breeding. – 2016. – Vol. 36, N 11. – Art. 148. https://doi.org/10.1007/s11032-016-0573-9

26. Molecular survey of Tamyb10-1 genes and their association with grain colour and germinability in Chinese wheat and Aegilops tauschii / Z. D. Dong, J. Chen, T. Li [et al.] // Journal of Genetics. – 2015. – Vol. 94, N 3. – P. 453–459. https://doi.org/10.1007/s12041-015-0559-0

27. Биохимическая, генетическая и цифровая оценка зерна сортов озимой мягкой пшеницы с различным индексом прорастания / А. В. Федяева, С. Д. Афонникова, Д. А. Афонников [и др.] // Физиология растений. – 2024. – Т. 71, № 2. – С. 205–215.

28. Flintham, J. E. Different genetic components control coat-imposed and embryo-imposed dormancy in wheat / J. E. Flintham // Seed Science Research. – 2000. – Vol. 10, N 1. – P. 43–50. https://doi.org/10.1017/S0960258500000052

29. Dormancy in wheat grain-mutant of Chinese spring wheat (Triticum aestivum L.) / R. Warner, D. A. Kudrna, S. C. Spaeth, S. S. Jones // Seed Science Research. – 2000. – Vol. 10, N 1. – P. 51–60. https://doi.org/10.1017/S0960258500000064

30. Effect of grain colour gene (R) on grain dormancy and sensitivity of the embryo to abscisic acid (ABA) in wheat / E. Himi, D. J. Mares, A. Yanagisawa, K. Noda // Journal of Experimantal Botany. – 2002. – Vol. 53, N 374. – P. 1569–1574. https://doi.org/10.1093/jxb/erf005