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

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. 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. 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.

1. 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).

2. 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).

3. 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).

4. 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.

5. 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).

6. 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).

7. 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.

8. 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).

9. 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.

10. 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.

11. 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).

12. 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

13. 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).

14. 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).

15. 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.

16. 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).

17. 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.).

18. 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).

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

20. 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).