Актуальность

vir-nw

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Proceedings on applied botany, genetics and breeding

2227-88342619-0982

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

10.30901/2227-8834-2018-2-85-95

vir-nw-266

Research Article

КОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИ

COLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDS

ОСОБЕННОСТИ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА АВЕНИНОВ ОВСА, ВОЗДЕЛЫВАЕМОГО В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

PECULIARITIES OF THE AVENIN COMPONENT COMPOSITION IN OATS CULTIVATED IN WESTERN SIBERIA

Любимова

А. В.

Lyubimova

A. V.

625501, Россия, Тюменская обл., Тюменский р-н, п. Московский, ул. Бурлаки, д. 2

625003, Россия, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7

2, Burlaki St., Moskovsky, Tyumen District, Tyumen Province, 625501, Russia

7, Respubliki St., Tyumen, 625003, Russia

ostapenkoav88@yandex.ru

Еремин

Д. И.

Eremin

D. I.

625003, Россия, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7

7, Respubliki St., Tyumen, 625003, Russia

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра Тюменского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный аграрный университет Северного ЗауральяРоссияResearch Institute of Agriculture for the Northern Trans-Ural Region, branch of Tyumen Scientific Center. Siberian Branch of the RAS Northern Trans-Ural State Agricultural UniversityRussian Federation

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный аграрный университет Северного ЗауральяРоссияNorthern Trans-Ural State Agricultural UniversityRussian Federation

2018

17092018

17928595

2018

Любимова А.В., Еремин Д.И.

Lyubimova A.V., Eremin D.I.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/266

Актуальность

Актуальность. В условиях Западной Сибири, и, в частности, Тюменской области, овес является одной из основных возделываемых зерновых культур. В регионе на площади 129 тыс. га возделывается шесть сортов ярового овса, включенных в Государственный реестр по Тюменской области - 'Перона', 'Мегион', 'Тюменский голозёрный', 'Талисман', 'Отрада' и 'Фома'. В настоящее время в Тюменской области при создании новых сортов интенсивного типа применяются не только традиционные способы селекции, но и биотехнологические методы, в частности, биохимические маркеры - проламины. Целью исследований было изучение компонентного состава авенинов и аллельного состояния авенин-кодирующих локусов сортов овса посевного, возделываемых в Тюменской области и выявление аллелей, характерных для данного региона.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для лабораторного анализа использовали по 100 зерновок, отобранных методом случайной выборки от каждого из сортов овса посевного, включенных в Государственный реестр по Тюменской области. Электрофоретическое разделение авенина проводили в вертикальных пластинах полиакриламидного геля.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Установлено, что гомогенными по компонентному составу авенина являются сорта 'Перона', 'Талисман', 'Фома' и 'Тюменский голозёрный'. В состав сортов 'Мегион' и 'Отрада' входит по два биотипа соотношением 2 : 1. Гетерогенность этих сортов определяется наличием двух аллельных вариантов блоков компонентов проламина, контролируемых локусом Avn А. Кластеризация методом UPGMA показала, что исследованные сорта в соответствии со степенью своего генотипического сходства, делятся на два кластера. В первый кластер вошли сорта 'Тюменский голозёрный' и 'Мегион', во второй - сорта 'Перона', 'Талисман', 'Ортада' и 'Фома'. При этом, между сортами 'Талисман' и 'Перона' генетическая дистанция равнялась нулю, а их формулы авенина совпали и имели вид Avn А4 В4 С2. Идентичность спектров запасных белков обусловлена тем, что данные аллельные варианты блоков компонентов проламина сцеплены с ценными хозяйственными и адаптивными признаками, дающими преимущества несущим их особям в природно- климатических условиях Тюменской области. В результате, на протяжении нескольких десятков лет, для возделывания в регионе отбираются сорта с определенным сочетанием аллелей авенин-кодирующих локусов. Преобладают по частоте встречаемости в спектрах исследованных сортов блоки компонентов А4, В4, С1 и С2. Эти блоки могут выступать маркерами адаптивно-значимых и хозяйственно ценных ассоциаций генов. Таким образом, в ходе селекционной работы в Тюменской области, при отборе исходного материала для скрещиваний, следует обратить внимание на сорта овса, в спектрах запасных белков которых присутствуют вышеназванные блоки компонентов авенина.

Background

Background. In the environments of Western Siberia, oat is one of the main cultivated cereals. Six varieties of common oat are included in the State Register for Tyumen Province: 'Perona', 'Megion', 'Tyumensky Golozerny', 'Talisman', 'Otrada' and 'Foma'. Currently, not only traditional methods of breeding are used for the development of new cultivars of intensive type in Tyumen Province, but also biochemical markers - prolamins. The aim of the research was to study the component composition of avenins and allelic status of avenin-coding loci in common oat varieties cultivated in Tyumen Province as well as to identify alleles specific to the region.

Materials and methods

Materials and methods. For laboratory analysis we used 100 kernels selected at random from each of the oat varieties. Electrophoretic separation of avenin was carried out on vertical plates of polyacrylamide gel.

Results and conclusion

Results and conclusion. The varieties 'Perona', 'Talisman', 'Foma' and 'Tyumensky Golozerny' were found to be homogeneous in their avenin component composition, while 'Megion' and 'Otrada' included two biotypes with a 2:1 ratio. Their heterogeneity is determined by the presence of two allelic variants controlled by the Avn A locus. Clustering by the UPGMA method showed that the studied varieties were divided into two clusters. The first cluster included 'Tyumensky Golozerny' and 'Megion', while the second harbored 'Perona', 'Talisman', 'Otrada' and 'Foma'. The genetic distance between the varieties 'Talisman' and 'Perona' was zero, and their avenin formulas coincided: Avn A4 B4 C2. The identity of their storage protein spectra is due to the fact that these allelic variants of prolamin component blocks are linked to valuable economic and adaptive features. Blocks of the components А4, В4, С1 and С2 prevail in the frequency of occurrence in the spectra of the investigated varieties. These blocks can act as markers of gene associations with adaptive significance and economic value. Thus, when performing breeding work in Tyumen Province, it is necessary to pay attention to oat varieties whose prolamin spectra contain the aforementioned blocks of avenin components.

овесэлектрофоретический спектрзапасные спирторастворимые белкикомпонентный состав авенинабиотипный составблоки компонентов проламинаавенин-кодирующие локусыТюменская область.

oatelectrophoretic spectrumalcohol-soluble storage proteinscomponent composition of aveninbiotype compositionblocks of prolamin componentsavenin-coding lociTyumen Province

References1

Fomina M. N. Development of oat breeding in the Northern Transurals using oat genetic resourses from the VIR global collection // Bulletin applied botany, genetics and plant breeding, 2009, vol. 165, pp. 134-137 [in Russian] (Фомина М. Н. Развитие селекции овса в Северном Зауралье с использованием генофонда мировой коллекции ВИР // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 2009. Т. 165. С. 134-137).

FominaM. N. Prospects of selection for use in oats field fodder agricultural zone of Northern Trans-Ural region // Selekciya, semenovodstvo i proizvodstvo zernofurazhnyh kul'tur dlya obespecheniya importozameshcheniya - Breeding, seed production and production of forage crops for the purpose of import substitution, 2015, pp. 122-126 [in Russian] (ФоминаМ. Н. Перспективы селекции овса для использования в кормовом поле сельскохозяйственной зоны Северного Зауралья // Селекция, семеноводство и производство зернофуражных культур для обеспечения импортозамещения. 2015. С. 122-126).

Fomina M. N., Tobolova G. V., Ostapenko A. V. Usage of the Method of Prolamine Electrophoresis in Primary Seed Breeding by the Example of Otrada Oat Variety // Achievements of Science and Technology of AIC, 2016, vol. 30, no. 12, pp. 14-16 [in Russian] (ФоминаМ. Н., Тоболова Г. В., Остапенко А. В. Использование метода электрофореза в первичном семеноводстве на примере сорта овса Отрада // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30, № 12. С. 14-16).

IbragimovaM. Z., Ostapenko A. V. Genetic diversity of siberian oats varieties Avena L. characteristics according to the spectra of avenin. Bulletin of KrasGAU, 2016, no 6 (117), pp. 126-133 [in Russian] (Ибрагимова М. З., Остапенко А. В. Характеристика генетического разнообразия сибирских сортов овса Avena L. по спектрам авенина // Вестник КрасГ АУ. 2016. № 6 (117). С. 126-133.

Komarova G. N. The taiga zone of Western Siberia // Bulletin applied botani, genetics and plant breeding, 2009, vol. 165, pp. 203-207 [in Russian] (Комарова Г. Н. Селекция овса в таежной зоне Западной Сибири // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009. Т. 165. С. 203-207).

Konarev A. V. The use of molecular markers in the solution of the problems of genetic resources of plants and selection // Agrarian Russia, 2006, no. 6, pp. 4-22 [in Russian] (Конарев А. В. Использование молекулярных маркеров в решении проблем генетических ресурсов растений и селекции // Аграрная Россия. 2006. № 6. С. 4-22).

Kudryavtsev A. M. Dedova V. L., Melnik V. A., Shishkina A. A. Genetic diversity of modern russian durum wheat cultivars at the gliadin- coding loci // Russian journal of genetics, 2014, vol. 50, no. 5, pp. 483-488. DOI: 10.1134/S1022795414050093.

Loscutov I. G. The role of molecular-biological research in the study of the gene pool of oats and its effective use in breeding (Rol' molekulyarno-biologicheskih issledovanij v poznanii genofonda ovsa i ego ehffektivnom ispol'zovanii v selekcii). Agrarian Russia, 2008, no. 3, pp. 14-19 [in Russian] (Лоскутов И. Г. Роль молекулярно-биологических исследований в познании генофонда овса и его эффективном использовании в селекции // Аграрная Россия. 2008. № 3. С. 14-19).

Malik A. H. Nutrient uptake, transport and translocation in cereals: influenses of environment and farming conditions // Introductory paper at the faculty of Landscape planning, horticulture and agricultural science., 2009, 46 p.

Nei M., Li W. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1979, vol. 76. pp. 5269-5273.

Novoselskaya-Dragovich A. Yu., Krupnov V. A., SaifulinR. A., Pukhalskiy V. A. Dynamics of Genetic Variation at Gliadin-Coding Loci in Saratov Cultivars of Common Wheat Tritieum aestivum L. over Eight Decades of Scientific Breeding // Russian Journal of Genetics, 2003, vol. 39, no. 10, pp. 1338 [in Russian] (Новосельская-Драгович А. Ю., Крупнов В. А., Сайфулин Р. А., Пухальский В. А. Динамика генетического разнообразия саратовских сортов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (по глиадинкодирующим локусам) за 80- летний период научной селекции // Генетика. 2003. Т. 39, № 10. С. 1338).

Novoselskaya-Dragovich A. Yu., BespalovaL. A., Shishkina A. A., Melnik V. A. et all. Genetic diversity of common wheat varieties at the gliadin-coding loci // Russian Journal of Genetics, 2015, vol. 51, no. 3, pp. 324334 [in Russian] (Новосельская-Драгович А. Ю., Беспалова Л. А., Шишкина А. А., Мельник В. А. и др. Изучение генетического разнообразия сортов мягкой озимой пшеницы по глиадинкодирующим локусам // Генетика. 2015. Т. 51, № 3. С. 324-334). DOI: 10.7868/S0016675815030108

Ostapenko A. V., Tobolova G. V. Application of electrophoresis of oat prolamins for the definition of grains F1 hybrid nature // Bulletin of KrasGAU, 2017, no. 2 (125), pp. 121 [in Russian] (Остапенко А. В., Тоболова Г. В. Применение метода электрофореза проламинов овса для определения гибридной природы зерен F1 // Вестник КрасГАУ. 2017. № 2 (125). С. 14-21).

Ostapenko A. V., Tobolova G. V. Studies of avenin polymorphism of oats varieties (Avena sativa L.) under condition of Tyumen region // Proceeding on applied botany, genetics and breeding, 2013, vol. 171, pp. 38-41 [in Russian] (Остапенко А. В. , Тоболова Г. В. Изучение полиморфизма авенина сортов овса посевного (Avena sativa L.) в Тюменской области // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 2013. Т. 171. С. 38-41).

Perchuk I. N., Konarev A. V., Loskutov I. G., Blinova E. V. et all. Protein markers, morphological and breeding-oriented characters in duplicate accession identification in the VIR (Russia) and Nordgen (Sweden) cultivated oat collections // Proceeding on applied botany, genetics and breeding, 2016, vol. 177, iss. 3, pp. 82-93 [in Russian] (Перчук И. Н., Конарев А. В., Лоскутов И. Г., Блинова Е. В. и др. Белковые маркеры, морфологические и селекционные признаки в идентификации дублетных образцов культурного овса в коллекциях ВИР (Россия) и нордического генного банка (Nordgen, Швеция) // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 2016. Т. 177, вып. 3. С. 82-93). DOI: 10.30901/2227-8834-2016-3-82-93.

Pomortsev A. A., Lyalina E. V., Kalabushkin B. A. Hordein coding loci as barley genetic markers. // Bulletin of applied botani, genetics and plant breeding, 2009, vol. 165, pp. 32-36 [in Russian] (Поморцев А. А., ЛялинаЕ. В., КалабушкинБ. А. Гордеинкодирующие локусы как генетические маркеры у ячменя // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 2009. Т. 165. С. 32- 36).

Pomortsev A. A., Kudryavtsev A. M., Upelniek V. P., Konarev V. G. et all. Method of conducting laboratory variety control for groups of agricultural plants (Metodika provedeniya laboratornogo sortovogo kontrolya po gruppam sel'skohozyajstvennyh rastenij), 2004, 96 p. [in Russian] (Поморцев А. А., Кудрявцев А. М., Упелниек В. П., Конарев В. Г. и др. Методика проведения лабораторного сортового контроля по группам сельскохозяйственных растений. 2004. 96 с.).

Portyanko V. A., Pomortsev A. A., Kalashnik N. A., Bogachkov V. I., Sozinov A. A. The genetic control of avenins and the principles of classification // Russian Journal of Genetics, 1987, vol. 23, no. 5, pp. 845-853 [in Russian] (Портянко В. А., Поморцев А. А., Калашник Н. А., Богачков В. И., Созинов А. А. Генетический контроль авенинов и принципы их классификации // Генетика. 1987. Т. 23, № 5. С. 845853).

Sneath P. H., Sokal R. R Numerical taxonomy. The principles and practice of numerical classification, 1973. 200 p.

Zobova N. V., Onuphrienok T. V., Chuslin A. A. Polymorphism traits of Siberian barley prolamines // Achievements of Science and Technology of AIC, 2014, no 6, pp. 7-10 [in Russian] (Зобова Н. В., Онуфриенок Т. В., Чуслин А. А. Особенности полиморфизма проламинов сортов ячменя, возделываемых в Красноярском крае // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 6. С. 7-10).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.