Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

АЛЛЕЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ РЕАКЦИЮ НА ЯРОВИЗАЦИЮ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ФОТОПЕРИОДУ СРЕДИ СОРТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ РАЗЛИЧНОГО ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2019-4-177-185

Полный текст:

Аннотация

Яровая мягкая пшеница – важнейшая зерновая культура, возделываемая в различных климатических условиях и широтах. Современные молекулярно-генетические исследования пшеницы направлены на изучение генетического потенциала данной культуры. В настоящее время разработаны молекулярные маркеры для определения аллелей генов Vrn (vernalization response) и Ppd (photoperiod response). Гены Vrn ответственны за регуляцию скорости развития и структуру урожая. Гены Ppd определяют реакцию растений на длину дня, то есть на сроки зацветания и начала колошения растений в разных условиях возделывания. Использование диагностических ДНКмаркеров позволило проанализировать присутствие аллельных комбинаций генов Vrn и Ppd в местных и коммерческих сортах пшеницы стран Европы, Азии, Северной и Южной Америки, Африки и Австралии. Настоящий обзор обобщает результаты исследований о распределении аллелей генов Vrn и Ppd в селекционном материале пшеницы в различных географических районах ее возделывания. Например, доминантный аллель Vrn-A1a обнаружен у 62% европейских сортов; 52% изученных сортов турецкой пшеницы несли доминантные аллели Vrn-B1. Доминантный Vrn-D1 обнаружен у 61% изученных пакистанских образцов. Vrn-D1 присутствует у 41,9% изученных сортов китайской пшеницы. Более высокая частота встречаемости Ppd-D1а характерна для сортов Западной Европы. Аллель Ppd-D1a был обнаружен в 58,6% сортов в коллекции пшеницы Турции, причем в коммерческих сортах частота этого аллеля составила 60%. 97% местных афганских сортов являются фотопериодически чувствительными (носителями PpdD1b) и распределены по всей территории страны без особой зависимости от агроэкологических зон. Все пакистанские сорта являются фотопериодически нечувствительными (носителями Ppd-D1a). В Китае наибольшая частота встречаемости аллеля Ppd-D1a отмечена в зоне VII агроэкологической (87,5% сортов).

Об авторе

Ж. Т. Калыбекова
Баишев Университет
Казахстан

030000 г. Актобе, ул. Братьев Жубановых, 302А



Список литературы

1. Andeden E.E., Yediay F.E., Baloch F.S., Shaaf S., Kilian B., Nachit M., Odžzkan H. Distribution of vernalization and photoperiod genes (Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1, Vrn-B3, Ppd-D1) in Turkish bread wheat cultivars and landraces. Cereal Res. Commun. 2011;39(3):352-364. DOI: 10.1556/CRC.39.2011.3.5

2. Appendino М.L.,Bartoloni N., Slafer G.A. Vernalization response and earliness per se in cultivars representing different eras of wheat breeding in Argentina. Euphytica. 2003;130(1):61-69. DOI: 10.1023/A:1022376711850

3. Beales J., Turner A., Griffiths S., Snape L.W., Laurie D.A. A pseudo-response regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-Dͭa mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet. 2007;115(5):721-733. DOI: 10.1007/s00122-007-0603-4

4. Bentley A.R., Jensen E.F., Mackay I.J., Hönicka H., Fladung M., Hori K., Yano M., Mullet J.E., Armstead I.P., Hayes C., Thorogood D., Lovatt A., Morris R., Pullen N., MutasaGöttgens E., Cockram J. Flowering time. In: C. Kole (ed.) Genomics and Breeding for Climate-Resilient Crops. Vol. 2. Target Traits. Berlin; Heidelberg: Springer; 2013. p.1-66. DOI: 10.1007/978-3-642-37048-9_1

5. Braun H.J, Zencirci N, Altay F, Atli A, Muzaffer A, Esser V, Kambertay M., Payne T.S. Turkish wheat pool. In: A.P. Bonjean, W.J. Angus (eds). The world wheat book: A history of wheat breeding. Lavoisier Press; 2001. p.851-879.

6. Bushuk W. Wheat breeding for end product use. Euphytica. 1998;100(1-33):137-145 DOI: 10.1023/A:1018368316547

7. Cane K, Eagles H.A., Laurie D.A., Trevaskis B., Vallance N., Eastwood R.F., Gororo N.N., Kuchel H., Martin P.J. Ppd-B1 and Ppd-D1 and their effects in southern Australian wheat. Crop Pasture Sci. 2013;64(2):100-114. DOI: 10.1071/CP13086

8. Cockram J., Jones H., Leigh F.J., O’Sullivan D., Powell W., Laurie D.A., Greenland A.J. Control of flowering time in temperate cereals: genes, domestication, and sustainable productivity. J Exp Bot. 2007;58(6):1231-1244. DOI: 10.1093/jxb/erm042

9. Distelfeld A, Tranquilli G, Li C, Yan L, Dubcovsky J. Genetic and molecular characterization of the VRN2 loci in tetraploid wheat. Plant Physiol. 2009;149(1):245-257. DOI: 10.1104/pp.108.129353

10. Dowla M.A.N.N.U., Edwards I., O’Hara G., Islam S., Ma W. Developing wheat for improved yield and adaption under a changing climate: Optimization of a few keygenes. Engineering. 2018;4(4):514-522. DOI: 10.1016/j.eng.2018.06.005

11. Eagles H.A., Cane K., Kuchel H., Hollamby G.J., Vallance N., Eastwood R.F, Gororo N.N., Martin P.J. Photoperiod and vernalization gene effects in southern Australian wheat. Crop Pasture Sci. 2010;61(9)721-730: DOI: 10.1071/CP10121

12. Fu D., Szücs P., Yan L., Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J., Hayes P.M., Dubcovsky J. Large deletions within the first intron in VRN1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Mol Genet Genomics. 2005;273(1):54-65. DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4

13. Golovnina K.A., Kondratenko E.Y., Blinov A.G., Goncharov N.P. Molecular characterization of vernalization loci Vrnͩ in wild and cultivated wheats. BMC Plant Biol. 2010;10:168. DOI: 10.1186/1471-2229-10-168

14. Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и ее сородичей. Новосибирск: Институт цитологии и генетики; 2012.

15. Goncharov N.P. Genetic resources of wheat related species: The Vrn genes controlling growth habit (spring vs. winter). Euphytica. 1998;100(1-3):371-376. DOI: 10.1023/A:1018323600077

16. Gotoh T. Genetic studies on growth habit of some important spring wheat cultivars in Japan, with special reference to the identification of the spring genes involved. Japanese Journal of Breeding. 1979;29(2):133-145. DOI: 10.1270/jsbbs1951.29.133

17. Iqbal M., Navabi A., Yang R.C., Salmon D.F., Spaner D. Molecular characterization of vernalization response gene in Canadian spring wheat. Genome. 2007;50(5):511-516. DOI: 10.1139/G07-028

18. Iqbal M., Shahzad A., Ahmed I. Allelic variation at the VrnA1, Vrn-B1, Vrn-D1, Vrn-B3 and Ppd-D1a loci of Pakistani spring wheat cultivars. Electronic Journal of Biotechnology. 2011;14(1) DOI: 10.2225/vol14-issue1-fulltext-6

19. Iwaki K., Haruna S., Niwa T., Kato K. Adaptation and ecological differentiation in wheat with special reference to geographical variation of growth habit and Vrn genotype. Plant Breeding. 2001;120(2):107-114. DOI: 10.1046/j.1439-0523.2001.00574.x

20. Iwaki K., Nakagawa K., Kuno H., Kato K. Ecogeographical differentiation in East Asian wheat, revealed from the geographical variation of growth habit and Vrn genotype. Euphytica. 2000;111(2):137-143. DOI: 10.1023/A:1003862401570

21. Kamran A, Iqbal M, Spaner D. Flowering time in wheat (Triticum aestivum L.): a key factor for global adaptability. Euphytica. 2014;197(2):1-26. DOI: 10.1007/s10681-014-1075-7

22. Kato K., Nacagawa K., Kuno H. Chromosomal location of genes for vernalization response, Vrn2 and Vrn4, in common wheat, Triticum aestivum L. Wheat Inform Serv.1993;76:53.

23. Kato K., Yokoyama H. Geographical variation in heading characters among wheat landraces, Triticum aestivum L., and its implication for their adaptability. Theor Appl Genet. 1992;84(3-4):259-265. DOI: 10.1007/BF00229480

24. Khalid А.A, Tuffour Н.О., Bonsu М. Influence of poultry manure and NPK fertilizer on hydraulic properties of a sandy soil in Ghana. International Journal of Scientific Research in Agricultural Sciences. 2014;1(2):16-22. DOI: 10.12983/ijsras-2014-p0016-0022

25. Kiss T., Balla K.,Veisz O., Lang L., Bedо Z., Griffiths S., Isaac P., Karsai І. Allele frequencies in the VRN-A1, VRN-B1 and VRND1 vernalization response and PPD-B1 and PPD-D1 photoperiod sensitivity genes, and their effects on heading in a diverse set of wheat cultivars (Triticum aestivum L.). Mol. Breeding. 2014;34(2):297-310. DOI: 10.1007/s11032-014-0034-2

26. Košner J., Pánková K. Chromosome substitutions with dominant loci Vrn-1 and their effect on developmental stages of wheat. Czech J. Genet. Plant Breed. 2004;40(2):37-44.

27. Крупнов В.А. Засуха и селекция пшеницы: системный подход. Сельскохозяйственная биология. 2011;1:12-23.

28. Law C.N., Wolfe M.S. Location of genetic factors for mildew resistance and ear emergence time on chromosome ͯB of wheat. Can J Genet Cytol. 1966;8(3):462-470. DOI: 10.1139/g66-056

29. Law C N, Worland A.J. Genetic analysis of some flowering time and adaptive traits in wheat. New Phytol. 1997;137(1):19-28. DOI: 10.1046/j.1469-8137.1997.00814.x

30. Law C.N., Worland A.J., Giorgi B. The genetic control of earemergence time by chromosome 5A and 5D of wheat. Heredity. 1976;36(1):49-58 DOI: 10.1038/hdy.1976.5

31. Лысенко Н.С., Киселева А.А., Митрофанова О.П., Потокина Е.К. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 815. Мягкая пшеница. Молекулярное тестирование аллелейVrn- и Ppd-генов у допущенных к использованию в Российской Федерации селекционных сортов. Санкт-Петербург: ВИР; 2014.

32. Manickavelu А., Niwa S., Ayumi K., Komatsu K., Naruoka Y., Ban Т. Molecular evaluation of Afghan wheat landraces. Plant Genetic Resources. 2014;12(S1):S31-S35. DOI: 10.1017/S1479262114000203

33. Майстренко О.И. Использование цитогенетических методов в исследовании онтогенеза мягкой пшеницы. В кн.: Онтогенез высших растений: Сборник научных трудов. Кишинев: Штиинца; 1992. С.98-114.

34. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Devos K.M. Catalogue of gene symbols in wheat. 2003. Available from: http://wheat.pw.usda.gov/ggpages/wgc/2003 [accessed Apr. 12, 2019].

35. Milec Z., Tomková L., Sumıková T., Pánková K.A. A new mul- tiplex PCR test for the determination of Vrn-B1 alleles in bread wheat (Triticum aestivum L.). Mol Breeding. 2011;30(1):317-323 DOI: 10.1007/s11032-011-9621-7

36. Моисеева Е.А., Гончаров Н.П. Генетический контроль ярового типа развития у стародавних и местных сортов мягкой пшеницы Сибири. Генетика. 2007;43(4):469-476.

37. Murai K., Miyamae M., Kato H., Takumi S., Ogihara Y. WAP1, a wheat APETALA1 homolog, plays a central role in the phase transition from vegetative to reproductive growth. Plant Cell Physiol. 2003;44(12):1255-1265. DOI: 10.1093/pcp/pcg171

38. Nishida H., Yoshida T., Kawakami K., Fujita M., Long B., Akashi Y., Laurie D.A., Kato K. Structural variation in the 5′ upstream region of photoperiod-insensitive alleles Ppd-A1a and Ppd-B1a identified in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.), and their effect on heading time. Mol Breeding. 2013;31(1):27-37. DOI: 10.1007/s11032-012-9765-0

39. Ortiz-Ferrara G., Mossad M.G., Mahalakshmi V., Fischer R.A. Photoperiod and vernalization response of wheat under controlled environment and field conditions. Plant Breeding. 1995;114(6):505-509. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1995.tb00845.x

40. Потокина Е.К., Кошкин В.А., Алексеев Е.А., Матвиенко И.И., Филобок В.А., Беспалова Л.А. Комбинация аллелей генов Рpd и Vrn определяет сроки колошения у сортов мягкой пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1):77-86.

41. Poverty and food security in Afghanistan: analysis based on the national risk and vulnerability assessment of 2017/08 (English). Washington DC: World Bank; 2012. Available from: http://documents.worldbank.org/curated/en/819851467989985754/Poverty-and-food-security-inAfghanistan-analysis-based-on-the-national-risk-andvulnerability-assessment-of-2007-08 [accessed Sept. 17, 2019].

42. Pugsley A.T. A genetic analysis of the spring-winter habit of growth in wheat. Aust. J. Agric. Res. 1971;22(1):21-31. DOI: 10.1071/AR9710021

43. Pugsley A.T. Additional genes inhibiting winter habit in wheat. Euphytica. 1972;21(3):547-522. DOI: 10.1007/BF00039355

44. Redmon L.A., Kreazer Jr. E.G., Bernardo D.J., Horn G.W. Effect of wheat morphological stage at grazing termination on economic return. Agron J. 1996;8(1):94-97. DOI: 10.2134/agronj1996.00021962008800010020x

45. Santra D.K., Santra M., Allan R.E., Campbell K.G., Kidwell K.K. Genetic and molecular characterization of vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1, and Vrn-D1 in spring wheat germplasm from the Pacific Northwest region of the U.S.A. Plant Breeding. 2009;128(6):576-584. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2009.01681.x

46. Shcherban А.В., Börner А., Salina Е.A. Effect of VRN-1 and PPD-D1 genes on heading time in European bread wheat cultivars. Plant Breeding. 2015;134(1):49-55. DOI: 10.1111/pbr.12223

47. Shcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Mol Breeding. 2011;29(3):675-685. DOI:10.1007/s11032-111-9581-y

48. Shcherban A.B., Emtseva M.V., Efremova T.T. Molecular genetical characterization of vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1 and Vrn-D1 in spring wheat germplasm from Russia and adjacent regions. Cereal Res. Commun. 2012;40(3):351-361. DOI: 10.1556/CRC.40.2012.3.4

49. Snape J.W, Butterworth K., Whitechurch E., Worland A.J. Waiting for fine times: Genetics of flower-ing time in wheat. Euphytica. 2001;119(1-2)185-190.: DOI: 10.1023/A:1017594422176

50. Stelmakh A.F. Genetic effects of Vrn genes on heading date and agronomic traits in bread wheat. Euphytica. 1992;65(1):53-60. DOI: 10.1007/BF00022199

51. Stelmakh A.F. Genetic systems regulating flowering response in wheat. In: H.J. Braun, F. Altay, W.E. Kronstad, S.P.S. Beniwal, A. McNab (eds). Wheat: Prospects for Global Improvement. Developments in Plant Breeding. Vol. 6. Dordrecht: Springer; 1997. p.491-501. DOI: 10.1007/978-94-011-4896-2_64

52. Stelmakh A.F. Geographic distribution of Vrn-genes in landraces and improved varieties of spring bread wheat. Euphytica. 1990;45(2):113-118. DOI: 10.1007/BF00033278

53. Стельмах А.Ф. О генетической природе типичных двуручек мягкой пшеницы. Сельскохозяйственная биология. 1986;2:22-29.

54. Trevaskis B., Bagnall D.J., Ellis M.H., Peacock W.J., Dennis E.S. MADS box genes control vernalization-induced flowering in cereals. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100(22):13099-13104. DOI: 10.1073/pnas.1635053100

55. Turner A., Beales J., Faure S., Dunford R.P., Laurie D.A. The pseudo-response regulator Ppd-H1 provides adaptation to photoperiod in barley. Science. 2005;310(5750):1031-1034. DOI: 10.1126/science.1117619

56. Vanzetti L.S.,Yerkovich N., Chialvo E., Lombardo L.,Vaschetto L., Helguera M. Genetic structure of Argentinean hexaploid wheat germplasm. Genet Mol Biol. 2013;36(3):391-399. DOI: 10.1590/S1415-47572013000300014

57. Wilhelm E.P., Turner A.S., Laurie D.A. Photoperiod insensitive Ppd-A1a mutations in tetraploid wheat (Triticum durum Desf.). Theor Appl Genet. 2009;118(2):285-294 DOI: 10.1007/s00122-008-0898-9

58. Worland A.J. The influence of flowering time genes on environmental adaptability in European wheats. Euphytica. 1996;89(1):49-57. DOI: 10.1007/BF00015718

59. Worland A.J., Börner A., Korzun V., Li W.M., Petrovic S., Sayers E.J. The influence of photoperiod genes on the adaptability of European winter wheats. Euphytica. 1998;100(1-3):385-394. DOI: 10.1023/A:1018327700985

60. Yan L., Fu D., Li C. et al. The wheat and barley vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT. Proc Natl Acad Sci USA. 2006;103(51):19581-19586. DOI: 10.1073/pnas.0607142103

61. Yan L., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN-1 promoter region in polyploid wheat. Theor Appl Genet. 2004;109(8):1677-1686. DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4

62. Yan L., Loukoianov A., Tranquilli G., Helguera M., Fahima T., Dubcovsky J. Positional cloning of the weat vernalization gene VRN1. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100(10):6263-6268. DOI: 10.1073/pnas.0937399100

63. Yang Е.P., Zhang X.K., Xia X.C., Laurie D.A., Yang W.X., He Z.H. Distribution of the photoperiod insensitive Ppd-D1a allele in Chinese wheat cultivars. Euphytica. 2009;165(3):445-452. DOI: 10.1007/s10681-008-9745-y

64. Zhang X.K., Xiao Y.G., Zhang Y., Xia X.C., Dubcovsky J., He Z.H. Allelic variation at the vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1, and Vrn-B3 in Chinese wheat cultivars and their association with growth habit. Crop Sci. 2008;48(2):458-470. DOI: 10.2135/cropsci2007.06.0355

65. Zhuang Q.S. (ed.). Chinese wheat improvement and pedigree analysis. Beijing: China Agricultural Press; 2003. [in Chinese]

66. Зуев Е. В., Брыкова А. Н., Кудрявцева Е. Ю. Результаты анализа паспортной базы данных «Местные сорта яровой мягкой пшеницы в коллекции ВИР». Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(1):7-11. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-7-11


Для цитирования:


Калыбекова Ж.Т. АЛЛЕЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ РЕАКЦИЮ НА ЯРОВИЗАЦИЮ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ФОТОПЕРИОДУ СРЕДИ СОРТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ РАЗЛИЧНОГО ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(4):177-185. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2019-4-177-185

For citation:


Kalybekova Z.T. ALLELIC DIVERSITY OF GENES CONTROLLING RESPONSES TO VERNALIZATION AND PHOTOPERIOD AMONG SPRING BREAD WHEAT VARIETIES OF DIVERSE GEOGRAPHIC ORIGIN. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2019;180(4):177-185. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2019-4-177-185

Просмотров: 39


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-8834 (Print)
ISSN 2619-0982 (Online)