vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2018-3-240-249vir-nw-299Research ArticleИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ПРОБЛЕМIDENTIFICATION OF THE DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES FOR SOLVING FUNDAMENTAL AND APPLIED PROBLEMSПерспективы использования зеиновых маркеров в селекции линий и сортов восковидного подвида кукурузыProspects of using zein markers in breeding waxy maize lines and varietiesСидороваВ. В.SidorovaV. V.

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya St., St. Petersburg, 190000

КервЮ. А.KervYu. A.

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya St., St. Petersburg, 190000

МатвееваГ. В.MatveevaG. V.

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya St., St. Petersburg, 190000

КонаревА. В.KonarevA. V.

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

42, 44, Bolshaya Morskaya St., St. Petersburg, 190000

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Genetic ResourcesRussian Federation2018110120191793240249Copyright © Сидорова В.В., Керв Ю.А., Матвеева Г.В., Конарев А.В., 20192019Сидорова В.В., Керв Ю.А., Матвеева Г.В., Конарев А.В.Sidorova V.V., Kerv Y.A., Matveeva G.V., Konarev A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/299Актуальность

Актуальность. Среди большого количества образцов кукурузы из коллекции ВИР имени Н. И. Вавилова, особое внимание привлекают линии и сорта восковидного подвида кукурузы, поскольку их отличительной особенностью считается содержание высококачественного крахмала в зерне, состоящего из 100% амилопектина. В амилопектиновом крахмале особенно заинтересованы медицинская, крахмалопаточная и кондитерская отрасли промышленности. Одним из наиболее важных применений амилопектинового крахмала в медицине является его использование в составе заменителя плазмы крови «Волекам». Зерно других подвидов кукурузы содержит помимо амилопектина амилозный крахмал, и получение из него амилопектина трудоемко. Поэтому создание и изучение отечественных линий и сортов восковидной кукурузы очень важно, но в настоящее время недостаточно развито.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектом исследования послужили стародавние местные сорта и селекционные линии восковидной кукурузы, состоящие из 100% амилопектинового крахмала, контролируемого геном waxy (wxl). Образцы были впервые изучены методом электрофореза зеина -запасного белка кукурузы. Электрофорез проводили в вертикальных пластинах 10%-ного полиакриламидного геля, содержащего 8 М мочевину. В раствор для экстракции зеина входила 6 М мочевина и 0,01 М дитиотрейтол.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Зеиновые маркеры эффективны в анализе селекционного материала, контроля генетической однородности и установления генетической целостности (подлинности) самоопыленных линий, сортов и гибридов в ходе семеноводства и промышленного производства. Задачи исследований заключались в проведении скрининга местных сортов и самоопыленных линий восковидной кукурузы по электрофоретическим спектрам зеина (белковым маркерам) с целью их идентификации и паспортизации; определении биотипного состава стародавних местных сортов восковидного подвида, их полиморфизма и степени родства; демонстрации возможности сопровождения зеиновыми маркерами процесса создания новых инбредных линий восковидной кукурузы путем насыщения (беккросса - BC) исходной зубовидной линии геном wx1.

Заключение

Заключение. По электрофоретическим спектрам зеина установлена уникальность каждого образца восковидного подвида кукурузы. Все изученные новые линии этого подвида имеют два общих характерных признака - снижение интенсивности большинства компонентов спектра зеина, и присутствие интенсивного компонента 47, которого нет в спектрах исходных линий зубовидной кукурузы. Компонент 47 может служить белковым маркером для идентификации линий восковидной кукурузы. У всех местных сортов этого подвида выявлено несколько биотипов (от двух до пяти). Несмотря на внутрисортовой полиморфизм, каждый сорт имеет специфичные типы спектра, по которым его можно идентифицировать.

Background

Background. Among the numerous maize accessions in the VIR collection, Plant special attention is drawn to the lines and varieties of waxy maize due to their specific feature, that is, the content of high-quality grain starch that consists entirely of amylopectin. This amylopectin starch is of special interest to the medical, starch and syrup, and confectionary industries. One of the most important applications of amylopectin starch in medicine is its use as a component of "Volekam" blood plasma substitute. Besides amylopectin, the grain of other maize subspecies contains much amylose starch which makes production of purified amylopectin expensive. Therefore, the creation and study of domestic waxy maize lines and varieties is very topical, however it is insufficiently developed at present.

Materials and methods

Materials and methods. For the first time, zein electrophoresis was used to analyze waxy maize old landraces and breeding lines. Zein electrophoresis was carried out in vertical 10% PAA gels with 8 M urea. The solution for zein extraction contained 6 M urea and 0.01 M dithiothreitol. Results. The present research pursued the following aims: to use zein elecrophoretic patterns (protein markers) in screening waxy maize landraces and lines for their identification and fingerprinting; to determine the biotype composition of landraces and their polymorphism and degree of relationship; and to demonstrate the possibility of applying zein markers in the development of new waxy maize inbred lines by backcrossing the wx1 gene into the initial dent maize line.

Conclusions

Conclusions. Zein electrophoretic patterns showed the uniqueness of each waxy maize accession. All the studied new lines are united by a decreased intensity of most zein pattern components, as well as by the presence of an intensive component 47 which is absent in the pattern of the initial lines of dent maize. Component 47 may serve as a protein marker for identifying waxy maize lines. All landraces were found to be composed of several biotypes (from two to five). Regardless of the intravarietal polymorphism, every variety has specific patterns which facilitate its identification.

восковидная кукурузаэлектрофоретические спектры зеинабиотипный составwaxy maizeelectrophoretic zein patternsbiotype compositionГосударственное задание согласно тематическому плану ВИР по теме № 0662-2018-0017 «Выявление диапазона изменчивости биохимических признаков качества генетического разнообразия важнейших зерновых, зернобобовых, масличных, овощных, плодовых и ягодных культур и их диких сородичей в связи с поиском, выделением и созданием ценного исходного материала для улучшения качества сельскохозяйственных культур», номер государственной регистрации ЕГИСУ НИОКР АААА-А16-116040710360-1ReferencesКулешов Н. Н. Некоторые особенности кукурузы Азии // Тр. по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1928. Т. X1X, вып. 2. С. 325-374.Kuleshov N. N. Some features of Asian maize // Bulletin on Applied Botany, Genetics and Plant-breeding. 1928, vol. X1X, no. 2, pp. 325-374 [in Russian]Collins G. N. A new type of Indian corn from China // U.S. Dept. Agr. of pl. ind. bull., no. 161, Washington, 1909, pp. 1-30.Collins G. N. A new type of Indian corn from China // U.S. Dept. Agr. of pl. ind. bull., no. 161, Washington, 1909, pp. 1-30.Вавилов Н. И. Происхождение и география культурных растений. Л. : «Наука», Ленинградское отделение, 1987. 440 с.Vavilov N. I. Origin and geography of cultivated plants. Leningrad: "Nauka", Leningrad branch, 1987, 440 p. [in Russian]Шмараев Г. Е., Подольская А. П. Генетика кукурузы // Генетика культурных растений: кукуруза, рис, просо. Л., 1988. С. 6-123.Shmaraev G. E., Podolskaya A. P. Genetics of maize // Genetics of cultivated plants: maize, rice, millet. Leningrad, 1988, p. 6-123 [in Russian]Югенхеймер Р. У. Кукуруза: улучшение сортов, производство семян, использование. М. : «Колос». 1979. С. 187-188.Jugenheimer R. W. Maize: improvement of varieties, seed production, use. Moscow : Kolos. 1979, pp. 187-188 [in Russian]Abegg F. A. Effects of waxy and sugary genes on reserves with special reference to modification of the waxy ratio maize. USA // Genetics, 1929, vol. 14, pp. 270-285.Abegg F. A. Effects of waxy and sugary genes on reserves with special reference to modification of the waxy ratio maize. USA // Genetics, 1929, vol. 14, pp. 270-285.Белоцерковская В. Кукуруза для искусственной крови // Наука и жизнь. 2010. № 1. C. 30-31.Belotserkovskaya V. Maize for artificial blood // Science and life, 2010, no. 1, pp. 30-31 [in Russian]Матвеева Г. В. Перспективы использования зерна восковидной кукурузы. СПб. : 1V Международный конгресс ЗЕРНО и ХЛЕБ РОССИИ. 11-13 ноября 2008. СПб.: FarEXPO, 2008. С. 54-55.Matveeva G. V. Prospects for the use of grain of waxy maize. SPb.: IV International congress of Grain and BREAD OF RUSSIA. November 11-13 2008. St. Petersburg : FarEXPO, 2008, pp. 54-55 [in Russian]Vakula S. I., Orlovskaya O. A., Khotyleva L. V., Kilchevsky A. V. SSR-локусы, потенциально ассоциированные с высоким содержанием амилопектина в эндосперме зерна кукурузы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018; 22 (6): 640-647.Vakula S. I., Orlovskaya O. A., Khotyleva L. V., Kilchevsky A. V. SSR-локусы, потенциально ассоциированные с высоким содержанием амилопектина в эндосперме зерна кукурузы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018; 22 (6): 640-647.Конарев В. Г., Сидорова В. В., Тимофеева Г. И. Электрофорез зеина как метод идентификации, регистрации и анализа сортов, линий и гибридов кукурузы // С.-х. биология. 1990. № 3. C. 16-17.Konarev V. G., Sidorova V. V., Timofeeva G. I. Electrophoresis of zein as a method of identification, registration and analysis of varieties, lines and hybrids of maize // Agricultural biology, 1990, no. 3, pp. 16-17 [in Russian]Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Тимофеева Г. И. Идентификация, анализ и регистрация сортов, линий и гибридов кукурузы электрофорезом и изоэлектрофокусированием зеина / Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян / под ред. В. Г. Конарева // СПб. : рАСХН. ВИР, 2000. Гл. 2. С. 73-89.Sidorova V. V., Matveeva G. V., Timofeeva G. I. Identification, analysis and registration of maize varieties, lines and hybrids by electrophoresis and isoelectrofocusing of zein / Identification of varieties and registration of the gene pool of cultivated plants for seed proteins / ed. V. G. Konarev // St. Petersburg : RAAS, VIR, 2000, Ch. 2, pp. 73-89 [in Russian]СидороваВ. В., Матвеева Г. В., Тимофеева Г. И. Анализ и регистрация линий, сортов и гибридов кукурузы по зеину методом электрофореза: Методические указания и каталог белковых формул / под ред. В. Г. Конарева СПб. : РАСХН. ВИР, 1998. 50 с.Sidorova V. V., Matveeva G. V., Timofeeva G. I. Analysis and recording of maize lines, varieties and hybrids by method of electrophoresis of zein: Methodical guidelines and catalog of protein formulas // ed. V. G. Konarev. St. Petersburg: RAAS, VIR, 1998, 50 p. [in Russian]Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Конарев А. В., Керв Ю. А., Кудрявцев А. М., Упелниек В. П., Янковский Н. К. Зеиновые маркеры в анализе генофонда кукурузы и повышении эффективности селекционно-генетических программ // Аграрная Россия. 2012. № 7. С. 5-11.Sidorova V. V., Matveeva G. V., Konarev A. V., Kerv Yu. A., Kudryavtsev A. M., Upelniek V. P., Yankovsky N. K. Zein markers in maize genepool analysis and improving modern breeding-genetic program // Agrarnaya Russia, 2012, no. 7, pp. 5-11 [in Russian]Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Керв Ю. А., Конарев А. В. Возможности использования зеиновых маркеров в повышении эффективности гетерозисной селекции кукурузы // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012. Т. 170. С. 147-157.Sidorova V. V., Matveeva G. V., Kerv Yu. A., Konarev A. V. Possibilities of using markers of zein in increasing the efficiency of heterotic maize breeding. // Proceedings of applied botany, genetics and selection. 2012, v. 170, pp. 147-57 [in Russian]Матвеева Г. В., Сидорова В. В., Керв Ю. А., Конарев А. В. Идентификация стародавних местных сортов и селекционных линий восковидной кукурузы по спектрам зеина. Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29, № 7. С. 27-30.Matveeva G. V., Sidorova V. V., Kerv Yu. A., Konarev A. V. Identification of old local varieties and breeding lines of waxy corn for spectra of zein // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015, vol. 29. no, 7. pp. 27-30 [in Russian]

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