Выявление аллельных вариантов гена ZDS у сортов и перспективных линий яровой твердой пшеницы (Triticum durum Desf.) саратовской селекции

Актуальность. Для твердой пшеницы селекция на содержание каротиноидов в зерне и в конечном продукте (макаронных и крупяных изделиях) является одним из важнейших направлений. Каротиноиды, содержащиеся в зерне, положительно влияют на здоровье человека. Применение MAS-технологии в современной селекции позволяет проводить генотипирование большого числа образцов и дает возможность на практике ученому-селекционеру точнее оценивать имеющийся исходный материал.

Материалы и методы. Объектом исследования послужили сорта и линии яровой твердой пшеницы селекции ФАНЦ Юго-Востока. Для оценки аллельного состояния гена z-каротиндесатуразы (ZDS), участвующего в синтезе каротиноидов, влияющего на индекс желтизны (YI) и содержание каротиноидных пигментов (YPC), применяли метод KASP ZDS-A1_SNP-маркера.

Результаты. Установлено, что все образцы коллекции яровой твердой пшеницы саратовской селекции несут аллель Zds-A1b с положительным влиянием на содержание каротиноидов в зерне (YPC) и индекс желтизны (YI).

Заключение. Использование молекулярного маркера для определения аллельного состояния гена ZDS, влияющего на синтез каротиноидных пигментов, позволяет определить ценные и необходимые в селекции признаки качества селекционного материала и применять эти данные в создании востребованных в производстве сортов.

1. Баславская С.С., Трубецкова О.М. Практикум по физиологии растений. Москва: МГУ; 1964.

2. Blanco A., Colasuonno P., Gadaleta A., Mangini G., Schiavulli A., Simeone R. et al. Quantitative trait loci for yellow pigment concentration and individual carotenoid compounds in durum wheat. Journal of Cereal Science. 2011;54(2):255-264. DOI: 10.1016/j.jcs.2011.07.002

3. Cazzonelli C.I., Pogson B.J. Source to sink: regulation of carotenoid biosynthesis in plants. Trends in Plant Science. 2010;15(5):266-274. DOI: 10.1016/j.tplants.2010.02.003

4. Colasuonno P., Lozito M.L., Marcotuli I., Nigro D., Giancaspro A., Mangini G. et al. The carotenoid biosynthetic and catabolic genes in wheat and their association with yellow pigments. BMC Genomics. 2017;18(1):122. DOI: 10.1186/s12864-016-3395-6

5. Colasuonno P., Marcotuli I., Blanco A., Maccaferri M., Condorelli G.E., Tuberosa R. et al. Carotenoid pigment content in durum wheat (Triticum turgidum L. var durum): an overview of quantitative trait loci and candidate genes. Frontiers in Plant Science. 2019;10:1347. DOI: 10.3389/fpls.2019.01347

6. Cong L., Wang C., Li Z., Chen L., Yang G., Wang Y. et al. cDNA cloning and expression analysis of wheat (Triticum aestivum L.) phytoene and ζ-carotene desaturase genes. Molecular Biology Reports. 2010;37(7):3351-3361. DOI: 10.1007/s11033-009-9922-7

7. Dibari B., Murat F., Chosson A., Gautier V., Poncet C., Lecomte P. et al. Deciphering the genomic structure, function and evolution of carotenogenesis related phytoene synthases in grasses. BMC Genomics. 2012;13(1):221. DOI: 10.1186/1471-2164-13-221

8. Digesù A.M., Platani C., Cattivelli L., Mangini G., Blanco A. Genetic variability in yellow pigment components in cultivated and wild tetraploid wheats. Journal of Cereal Science. 2009;50(2):210-218. DOI: 10.1016/j.jcs.2009.05.002

9. Dong C.H., Ma Z.Y., Xia X.C., Zhang L.P., He Z.H. Allelic variation at the TaZds-A1 locus on wheat chromosome 2A and development of a functional marker in common wheat. Journal of Integrative Agriculture. 2012;11(7):1067-1074. DOI: 10.1016/S2095-3119(12)60099-9

10. EnsemblPlants: [website]. Available from: https://plants.ensembl.org [accessed Jun. 23, 2025].

11. Гапонов С.Н., Конькова Э.А., Шутарева Г.И., Зеленева Ю.В. Характеристика перспективных сортов яровой твердой пшеницы селекции ФАНЦ Юго-Востока по устойчивости к листостебельным болезням. Российская сельскохозяйственная наука. 2025;(4):3-8. DOI: 10.7868/S3034582025040017

12. Гапонов С.Н., Попова В.М., Шутарева Г.И., Цетва Н.М., Паршикова Т.М. Щукин С.А. 25 лет сорту Саратовская золотистая. Зерновое хозяйство России. 2018;(5):57-60. DOI: 10.31367/2079-8725-2018-59-5-57-60

13. Гапонов С.Н., Шутарева Г.И., Цетва Н.М., Цетва И.С., Милованов И.В., Бурмистров Н.А. и др. Экологическая адаптивность сортов яровой твердой пшеницы (Triticum durum Desf.) саратовской селекции. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(1):184-190. DOI: /10.30901/2227-8834-2024-1-184-190

14. Hasan N., Choudhary S., Naaz N., Sharma N., Laskar R.A. Recent advancements in molecular marker-assisted selection and applications in plant breeding programmes. Journal of Genetic Engineering Biotechnology. 2021;19(1):128. DOI: 10.1186/s43141-021-00231-1

15. He X.Y., He Z.H., Ma W., Appels R., Xia X.C. Allelic variants of phytoene synthase 1 (Psy1) genes in Chinese and CIMMYT wheat cultivars and development of functional markers for flour colour. Molecular Breeding. 2009;23(4):553-563. DOI: 10.1007/s11032-009-9255-1

16. He X.Y., Zhang Y.L., He Z.H., Wu Y.P., Xiao Y.G., Ma C.X. et al. Characterization of phytoene synthase 1 gene (Psy1) located on common wheat chromosome 7A and development of a functional marker. Theoretical and Applied Genetics. 2008;116(2):213-221. DOI: 10.1007/s00122-007-0660-8

17. He Z., Rasheed A., Xia X., Ma W. Molecular marker development and application for improving qualities in bread wheat. In: G. Igrejas, T.M. Ikeda, C. Guzmán. Wheat Quality for Improving Processing and Human Health. Cham: Springer Nature Switzerland; 2020. p.323-345. DOI: 10.1007/978-3-030-34163-3_14

18. Ke Q., Kang L., Kim H.S., Xie T., Liu C., Ji C.Y. et al. Down-regulation of lycopene ε-cyclase expression in transgenic sweetpotato plants increases the carotenoid content and tolerance to abiotic stress. Plant Science. 2019;281:52-60. DOI: 10.1016/j.plantsci.2019.01.002

19. Хлесткина Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(4/2):1044-1054.

20. Коробкова В.А., Беспалова Л.А., Яновский А.С., Воропаева А.Д., Архипов А.В., Ширнин С.Ю. и др. Скрининг коллекции яровой и озимой твердой пшеницы с помощью KASP-маркера на аллельное состояние гена Zds. Кормопроизводство. 2023;(4):25-31. DOI: 10.25685/krm.2023.4.2023.004

21. Leenhard F., Lyan B., Rock E., Boussard A., Potus J., Chanliaud E. et al. Genetic variability of carotenoid concentration, and lipoxygenase and peroxidase activities among cultivated wheat species and bread wheat varieties. European Journal of Agronomy. 2006;25(2):170-176. DOI: 10.1016/j.eja.2006.04.010

22. Maccaferri M., Harris N.S., Twardziok S.O., Pasam R.K., Gundlach H. et al. Durum wheat genome highlights past domestication signatures and future improvement targets. Nature Genetics. 2019;51(5):885-895. DOI: 10.1038/s41588-019-0381-3

23. Mares D.J., Campbell A.W. Mapping components of flour and noodle colour in Australian wheat. Australian Journal of Agricultural Research. 2001;52(12):1297-1309. DOI: 10.1071/AR01048

24. N’Diaye A., Haile J.K., Cory A.T., Clarke F.R., Clarke J.M., Knox R.E. et al. Correction: Single marker and haplotype-based association analysis of semolina and pasta colour in elite durum wheat breeding lines using a high-density consensus map. PLoS One. 2017;12(10):e0187178. DOI: 10.1371/journal.pone.0187178

25. Pasten M.C., Roncallo P.F., Camargo Acosta E.Y., Echenique C.V., Garbus I. Association of novel characterized sequence variations in the ζ-carotene desaturase (Zds) gene with yellow color and yellow pigment content in durum wheat cultivars. Journal of Cereal Science. 2021;99:103185. DOI: 10.1016/j.jcs.2021.103185

26. Patil R.M., Oak M.D., Tamhankar S.A., Sourdille P., Rao V.S. Mapping and validation of a major QTL for yellow pigment content on 7AL in durum wheat (Triticum turgidum L. ssp. durum). Molecular Breeding. 2008;21(4);485-496. DOI: 10.1007/s11032-007-9147-1

27. Плешков Б.В. Практикум по биохимии растений. Москва: Колос; 1968.

28. Pozniak C.J., Clarke J.M., Clarke F.R. Potential for detection of marker–trait associations in durum wheat using unbalanced, historical phenotypic datasets. Molecular Breeding. 2012;30(4):1537-1550. DOI: 10.1007/s11032-012-9737-4

29. Pozniak C.J, Knox R.E, Clarke F.R, Clarke J.M. Identification of QTL and association of a phytoene synthase gene with endosperm colour in durum wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2007;114(3):525-537. DOI: 10.1007/s00122-006-0453-5

30. РНФ. Российский научной фонд. Номер проекта 23-76-01079. Название: Гены метаболизма каротиноидов и гены устойчивости к фитопатогенам у твердой пшеницы: разработка и применение системы маркеров для целевой селекции. Руководитель Трифонова Ая Арслановна, кандидат биологических наук: [сайт]. URL: https://rscf.ru/project/23-76-01079 [дата обращения 23.06.2025].

31. Shvachko N., Solovyeva M., Rozanova I., Kibkalo I., Kolesova M., Brykova A. et al. Mining of QTLs for spring bread wheat spike productivity by comparing spring wheat cultivars released in different decades of the last century. Plants (Basel). 2024;13(8):1081. DOI: 10.3390/plants13081081

32. Трифонова А.А., Борис К.В., Дедова Л.В., Мальчиков П.Н., Кудрявцев А.М. Разнообразие отечественных сортов твердой пшеницы по генам синтеза и деградации каротиноидов в зерне. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2025;29(3):370-379. DOI: 10.18699/vjgb-25-40

33. Васильчук Н.С. Селекция яровой твердой пшеницы. Саратов: Новая газета; 2001.

34. Walsh D.E. Measurement of spaghetti color. The Macaroni Journal. 1970;52(4):20-22.

35. Zhang C., Dong C., He X., Zhang L., Xia X., He Z. Allelic variants at the TaZds-D1 locus on wheat chromosome 2DL and their association with yellow pigment content. Crop Science. 2011;51(4):1580-1590. DOI: 10.2135/cropsci2010.12.0689