Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

Разнообразие высокомолекулярных субъединиц глютенина и оценка генетического сходства яровой мягкой пшеницы, созданной в различных селекционных учреждениях

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-1-99-109

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. Исследования полиморфизма глютенина помогут выделить наиболее ценные генотипы для дальнейших  скрещиваний  и получения  новых  перспективных селекционных линий пшеницы с повышенными показателями качества. Цель исследования – идентифицировать  субъединицы  глютенина  и определить  аллельные состояния локусов Glu-1 в образцах яровой мягкой пшеницы.

 

Материалы  и методы.  Объектом  исследования  являлись 54 российских  и 76 казахстанских  сортов  и линий яровой  мягкой  пшеницы  из  различных  селекционных учреждений. Электрофорез глютенинов проводили в системе концентрирующего и разделяющего полиакриламидного  геля  по  методике  Лэммли.  Идентификация субъединиц глютенина – по каталогу Payne и Lawrence.

 

Результаты и обсуждение. На основе изучения коллекции пшеницы, по локусу Glu-A1 идентифицировано два аллеля: b  и c,  с различными  частотами  встречаемости. Установлено,  что  встречаемость  аллеля  Glu-A1b  выше Glu-A1с во всех образцах пшеницы. Идентифицировано шесть аллелей: а, b, c, d, f и g локуса Glu-B1. Наибольшая встречаемость зафиксирована для аллеля с (7+9). Локус Glu-D1 представлен двумя идентифицированными аллелями: a и d, с разными частотами встречаемости. В пшенице  из  представленных  селекционных  учреждений чаще присутствовали комбинации субъединиц глютенина: 2*, 7+9, 5+10 (9 баллов); 2*, 7+9, 2+12 (7 баллов) и Null, 7, 5+10 (6 баллов). На основе статистических расчетов достоверно отличалась челябинская пшеница от тюменской (локусы  Glu-A1  и Glu-B1) и от  восточно-казахстанской (локусы Glu-A1 и Glu-D1).

Об авторах

М. У. Утебаев
Тюменский государственный университет; Научно-производственный центр зернового хозяйства им. А.И. Бараева
Россия

625043, г. Тюмень, ул. Володарского, 6

021601 Казахстан, Акмолинская обл., п. Шортанды-1, ул. Бараева, 15



Н. А. Боме
Тюменский государственный университет
Россия

625043, г. Тюмень, ул. Володарского, 6



Е. С. Земцова
Тюменский государственный университет
Россия

625043, г. Тюмень, ул. Володарского, 6



О. О. Крадецкая
Научно-производственный центр зернового хозяйства им. А.И. Бараева,
Казахстан

021601, Акмолинская обл., п. Шортанды-1, ул. Бараева, 15



И. В. Чилимова
Научно-производственный центр зернового хозяйства им. А.И. Бараева
Казахстан

021601, Акмолинская обл., п. Шортанды-1, ул. Бараева, 15



Список литературы

1. Ayala M., Guzmán C., Peña R.J., Alvarez J.B. Diversity of phenotypic (plant and grain morphological) and genotypic (glutenin alleles in Glu-1 and Glu-3 loci) traits of wheat landraces (Triticum aestivum L.) from Andalusia (Southern Spain). Genetic Resources and Crop Evolution. 2016;63(3):465-475. DOI: 10.1007/s10722-015-0264-0

2. Branlard G., Dardevet M. Diversity of grain proteins and bread wheat quality. II. Correlation between molecular weight subunits of glutenin and flour quality characteristics. Journal of Cereal Science. 1985;3(4):345-354. DOI: 10.1016/S0733-5210(85)80007-2

3. Butow B.J., Ma W., Gale K.R., Cornish G.B., Rampling L., Larroque O. et al. Molecular discrimination of Bx7 alleles demonstrates that a highly expressed high-molecular-weight glutenin allele has a major impact on wheat flour dough strength. Theoretical and Applied Genetics. 2003;107(8):1524-1532. DOI: 10.1007/s00122-003-1396-8

4. Chen Q., Zhang W., Gao Y., Yang C., Gao X., Peng H. et al. High molecular weight glutenin subunits 1Bx7 and 1By9 encoded by Glu-B1 locus affect wheat dough properties and sponge cake quality. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2019;67(42):11796-11804. DOI: 10.1021/acs.jafc.9b05030

5. Dobrotvorskaya T.V., Martynov S.P. Analysis of diversity of Russian and Ukrainian bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars for high-molecular-weight glutenin subunits. Russian Journal of Genetics. 2011;47(7):799-812. DOI: 10.1134/S1022795411070052

6. Du X., Hu J., Ma X., He J., Hou W., Guo J. et al. Molecular characterization and marker development for high molecular weight glutenin subunit 1Dy12** from Yunnan hulled wheat. Molecular Breeding. 2019;39(1):4. DOI: 10.1007/s11032-018-0910-2

7. Galili G., Feldman M. Genetic control of endosperm proteins in wheat: 2. Variation in high molecular weight glutenin and gliadin subunits of Triticum aestivum. Theoretical and Applied Genetics. 1983;66(1):77-86. DOI: 10.1007/BF00281853

8. Gianibelli M.C., Echaide M., Larroque O.R., Carrillo J.M., Dubcovsky J. Biochemical and molecular characterisation of Glu-1 loci in Argentinean wheat cultivars. Euphytica. 2002;128(1):61-73. DOI: 10.1023/A:1020643702867

9. Goel S., Yadav M., Singh K., Jaat R.S., Singh N.K. Exploring diverse wheat germplasm for novel alleles in HMW-GS for bread quality improvement. Journal of Food Science and Technology. 2018;55(8):3257-3262. DOI: 10.1007/s13197-018-3259-y

10. Hernández-Estrada Z.J., Rayas-Duarte P., Cárdenas J.D.D.F. Creep recovery of wet gluten and high-molecular-weight glutenin subunit composition: Relationship with viscoelasticity of dough and breadmaking quality of hard red winter wheat. Cereal Chemistry. 2017;94(2):223-229. DOI: 10.1094/CCHEM-03-16-0049-R

11. Khalid A., Hameed A. Characterization of Pakistani wheat germplasm for high and low molecular weight glutenin subunits using SDS-PAGE. Cereal Research Communications. 2019;47(2):345-355. DOI: 10.1556/0806.47.2019.13

12. Laemmli U.K. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-685. DOI: 10.1038/227680a0

13. Li S., Liu Y., Tong J., Yu L., Ding M., Zhang Z. et al. The overexpression of high-molecular-weight glutenin subunit Bx7 improves the dough rheological properties by altering secondary and micro-structures of wheat gluten. Food Research International. 2020;130:108914. DOI: 10.1016/j.foodres.2019.108914

14. Lookhart G.L., Hagman K., Kasarda D.D. High-molecular-weight glutenin subunits of the most commonly grown wheat cultivars in the U.S. in 1984. Plant Breeding. 1993;110(1):48-62. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1993.tb00568.x

15. Lukow O.M., Payne P.I., Tkachuk R. The HMW glutenin subunit composition of Canadian wheat cultivars and their association with bread-making quality. Journal of the Science of Food and Agriculture. 1989;46(4):451-460. DOI: 10.1002/jsfa.2740460407

16. Mansur L.M., Qualset C.O., Kasarda D.D. Effects of ‘Cheyenne’ chromosomes on milling and baking quality in ‘Chinese Spring’ wheat in relation to glutenin and gliadin storage proteins. Crop Science. 1990;30(3):593-602. DOI: 10.2135/cropsci1990.0011183X003000030026x

17. Morgunov A.I., Rogers W.J., Sayers E.J., Metakovsky E.V. Thehigh-molecular-weight glutenin subunit composition of Soviet wheat varieties. Euphytica. 1990;51:41-52. DOI: 10.1007/BF00022891

18. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1973;70(12):3321-3323. DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321

19. Obukhova L.V., Shumny V.K. The inheritance of endosperm storage proteins by the line of the Saratovskaya 29 cultivar of common wheat from its parental forms. Russian Journal of Genetics. 2016;52(1):49-55. DOI: 10.1134/S1022795416010117

20. Patey A.L., Waldron N.M. Gliadin proteins from Maris Widgeon wheat. Journal of the Science of Food and Agriculture. 1976;27(9):838-842. DOI: 10.1002/jsfa.2740270908

21. Payne P.I. Genetics of wheat storage proteins and the effect of allelic variation on bread-making quality. Annual Review of Plant Physiology. 1987;38(1):141-153. DOI: 10.1146/annurev.pp.38.060187.001041

22. Payne P.I., Lawrence G.J. Catalogue of alleles for the complex gene loci, Glu-A1, Glu-B1, and Glu-D1 which code for highmolecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat. Cereal Research Communications. 1983;11:29-35.

23. Payne P.I., Nightingale M.A., Krattiger A.F., Holt L.M. The relationship between HMW glutenin subunit composition and bread-making quality of British-grown wheat varieties. Journal of the Science of Food and Agriculture. 1987;40(1):51-65. DOI: 10.1002/jsfa.2740400108

24. Peng Y., Yu K., Zhang Y., Islam S., Sun D., Ma W. Two novel y-type high molecular weight glutenin genes in Chinese wheat landraces of the Yangtze-River region. PloS One. 2015;10(11):e0142348. DOI: 10.1371/journal.pone.0142348

25. Rabinovich S.V. Panchenko I.A., Parchomenko R.G., Bondarenko V.N. High-molecular weight glutenin subunit composition of spring bread wheats grown in the Ukraine and the Russian Federation between 1995–97 and its connection with pedigrees. Annual Wheat Newsletter. 1998;44:236-251.

26. Ravel C., Faye A., Ben-Sadoun S., Ranoux M., Dardevet M., Dupuits C. et al. SNP markers for early identification of high molecular weight glutenin subunits (HMW-GSs) in bread wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(3):751-770. DOI: 10.1007/s00122-019-03505-y

27. Rogers W.J., Payne P.I., Seekings J.A., Sayers E.J. Effect on breadmaking quality of x-type and y-type high molecular weight subunits of glutenin. Journal of Cereal Science. 1991;14(3):209-221. DOI: 10.1016/S0733-5210(09)80040-4

28. Shavrukov Y. Comparison of SNP and CAPS markers application in genetic research in wheat and barley. BMC Plant Biology. 2016;16 Suppl 1:11. DOI: 10.1186/s12870-015-0689-9

29. Temizgul R., Akbulut M., Lafiandra D. Genetic diversity of highmolecular-weight glutenin subunit compositions in bread wheat landraces originated from Turkey. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2016;16(01):28-38. DOI: 10.1017/s1479262116000356

30. Utebayev M., Dashkevich S., Kunanbayev K., Bome N., Sharipova B., Shavrukov Y. Genetic polymorphism of glutenin subunits with high molecular weight and their role in grain and dough qualities of spring bread wheat (Triticum aestivum L.) from Northern Kazakhstan. Acta Physiologiae Plantarum. 2019;41(5):71. DOI: 10.1007/s11738-019-2862-5

31. Zaitseva O.I., Burakova A.A., Babkenov A.T., Babkenova S.A., Utebayev M.U., Lemesh V.A. Allelic variation of highmolecular-weight glutenin genes in bread wheat. Cytology and Genetics. 2017;51(6):432-440. DOI: 10.3103/S0095452717060123

32. Животовский Л.А. Популяционная биометрия. Москва: Наука; 1991.

33. Животовский Л.А. Показатель сходства популяций по полиморфным признакам. Журнал общей биологии. 1979;40(4):587-602.


Для цитирования:


Утебаев М.У., Боме Н.А., Земцова Е.С., Крадецкая О.О., Чилимова И.В. Разнообразие высокомолекулярных субъединиц глютенина и оценка генетического сходства яровой мягкой пшеницы, созданной в различных селекционных учреждениях. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(1):99-109. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-1-99-109

For citation:


Utebayev M.U., Bome N.A., Zemtsova E.C., Kradetskaya O.O., Chilimova I.V. Diversity of high-molecular-weight glutenin subunits and evaluation of genetic similarities in spring bread wheats from different breeding centers. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021;182(1):99-109. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-1-99-109

Просмотров: 93


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


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