Пуроіндоліни (пуроіндолін a та пуроіндолін b) визначають текстуру зерна пшениці, що впливає на властивості помолу зерна та водопоглинальні властивості борошна. Рівень твердозерності пшениці м’якої контролюється алельним складом локусу Ha на короткому плечі хромосоми 5D, який містить тісно зчеплені гени Pina-D1 та Pinb-D1. Джерелом нових варіантів пуроіндолінових генів для збагачення генофонду пшениці можуть бути види егілопсів. Одним з таких видів є тетраплоїдний вид Aegilops biuncialis Vis. (геномна формула UUMM). У нашій роботі було досліджено поліморфізм довжин пуроіндолінових генів з використанням ПЛР-ампліфікації з ген-специфічними праймерами у Ae. biuncialis. Аналізували колекцію зразків Ae. biuncialis, що походять з Кримського півострова. Виявлено поліморфізм за кількістю ампліконів з ген-специфічними праймерами до гена пуроіндоліну b: спостерігали один (завдовжки біля 520 п.н.) або два продукти ампліфікації (біля 520 і 500 п.н.). Частота зразків з двома ампліконами становила 12,5 % у дослідженій колекції зразків. Зразки з двома ампліконами зустрічались у Східній та Південній частинах ареалу виду на Кримському півострові. Ймовірно, у зразків Ae. biuncialis з двома ампліконами фрагмент завдовжки біля 520 п.н. відповідає гену Pinb-U1, а фрагмент завдовжки 500 п.н. відповідає гену Pinb-M1, і цей алель може бути подібним до рідкісного алеля Pinb-M1-III Ae. comosa.
Ключові слова: Aegilops biuncialis, пуроіндолін, твердозерність, ПЛР, алель, різноманітність, популяція
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Chantret, N., Salse, J., Sabot, F., et al., Molecular basis of evolutionary events that shaped the hardness locus in diploid and polyploid wheat species (Triticum and Aegilops), Plant Cell, 2005, vol. 17, no. 4, pp. 1033–1045. https://doi.org/10.1105/tpc.104.029181
Chen, M., Wilkinson, M., Tosi, P., et al., Novel puroindoline and grain softness protein alleles in Aegilops species with the C, D, S, M and U genomes, Theor. Appl. Ge-net., 2005, vol. 111, no. 6, pp. 1159–1166. https://doi.org/10.1007/s00122-005-0047-7
Cuesta, S., Guzmán, C., and Alvarez, J.B., Allelic diversity and molecular characterization of puroindoline genes in five diploid species of the Aegilops genus, J. Exp. Bot., 2013, vol. 64, no. 16, pp. 5133–5143. https://doi.org/10.1093/jxb/ert299
Dulai, S., Molnár, I., Szopkó, D., et al., Wheat-Aegilops biuncialis amphiploids have efficient photosynthesis and biomass production during osmotic stress, J. Plant Physiol., 2014, vol. 171, pp. 509–517. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2013.11.015
Farkas, A., Molnár, I., Dulai, S., et al., Increased micronutrient content (Zn, Mn) in the 3Mb(4B) wheat – Aegilops biuncialis substitution and 3Mb.4BS translocation identified by GISH and FISH, Genome, 2014, vol. 57, pp. 61–67. https://doi.org/10.1139/gen-2013-0204
Gautier, M.F., Aleman, M.E., Guirao, A., et al., Triticum aestivum puroindolines, two basic cysteine-rich seed proteins: cDNA sequence analysis and developmental gene expression, Plant Mol. Biol., 1994, vol. 25, pp. 43–57. https://doi.org/10.1007/BF00024197
Ivanizs, L., Marcotuli, I., Rakszegi, M., et al., Identification of new QTLs for dietary fiber content in Aegilops biuncialis, Int. J. Mol. Sci., 2022, vol. 23, no. 7, p. 3821. https://doi.org/10.3390/ijms23073821
Kozub, N.A., Sozinov, I.A., Xynias, I.N., et al., Allelic variation at high-molecular-weight glutenin subunit loci in Aegilops biuncialis Vis., Russ. J. Genet., 2011, vol. 47, no. 9, pp. 1078–1083. https://doi.org/10.1134/S1022795411090092
Kozub, N.A., Sozinov, I.A., and Sozinov, A.A., Identification of alleles at the gliadin loci Gli-U1 and Gli-Mb1 in Aegilops biuncialis Vis., Russ. J. Genet., 2012, vol. 48, no. 4, pp. 390–395. https://doi.org/10.1134/S1022795412030052
Kumar, S., Stecher, G., Li, M., et al., MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms, Mol. Biol. Evol., 2018, vol. 35, pp. 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
Kumar, A., Kapoor, P., Chunduri, V., et al., Potential of Aegilops sp. for improvement of grain processing and nutritional quality in wheat (Triticum aestivum), Front. Plant Sci., 2019, vol. 10, p. 308. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00308
Massa, A. and Morris, C.F., Molecular evolution of the puroindoline-a, puroindoline-b, and grain softness protein-1 genes in the tribe Triticeae, J. Mol. Evol., 2006, vol. 63, no. 4, pp. 526–536. https://doi.org/10.1093/molbev/msp076
Massa, A., Morris, C.F., and Gill, B.S., Sequence diversity of Puroindoline-a, Puroindoline-b, and the grain softness protein genes in Aegilops tauschii Coss, Crop Sci., 2004, vol. 44, no. 5, pp. 1808–1816. https://doi.org/10.2135/cropsci2004.1808
Molnár, I., Gaspar, L., Savari, E., et al., Physiological and morphological responses to water stress in Aegilops biuncialis and Triticum aestivum genotypes with differing tolerance to drought, Funct. Plant Biol., 2004, vol. 31, pp. 1149–1159. https://doi.org/10.1071/FP03143
Monte, J.V., De Nova, P.J.G., and Soler, C., AFLP-based analysis to study genetic variability and relationships in the Spanish species of the genus Aegilops, Hereditas, 2001, vol. 135, pp. 233–238. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.2001.00233.x
Morris, C.F., The antimicrobial properties of the puroindolines, a review, World J. Microbiol. Biotechnol., 2019, vol. 35, no. 6, p. 86. https://doi.org/10.1007/s11274-019-2655-4
Morris, C.F., Puroindolines: the molecular genetic basis of wheat grain hardness, Plant Mol. Biol., 2002, vol. 48, nos. 5–6, pp. 633–647. https://doi.org/10.1023/a:1014837431178
Morris, C.F., Luna, J., and Caffe-Treml, M., The Vromindolines of cv. Hayden oat (Avena sativa L.) – A review of the Poeae and Triticeae indolines and a suggested system for harmonization of nomenclature, J. Cereal Sci., 2021, vol. 97, p. 103135. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2020.103135
Okada, M., Ikeda, T.M., Yoshida, K., et al., Effect of the U genome on grain hardness in nascent synthetic hexaploids derived from interspecific hybrids between durum wheat and Aegilops umbellulata, J. Cereal Sci., 2018, vol. 83, pp. 153–161. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2018.08.011
Okada, M., Michikawa, A., Yoshida, K., et al., Phenotypic effects of the U-genome variation in nascent synthetic hexaploids derived from interspecific crosses between durum wheat and its diploid relative Aegilops umbellulata, PLoS One, 2020, vol. 15, no. 4, p. 0231129. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231129
Okuno, K., Ebana, K., Noov, B., et al., Genetic diversity and Central Asian and north Caucasian Aegilops species as revealed by RAPD markers, Genet. Res. Crop. Evol., 1998, vol. 45, pp. 389–394. https://doi.org/10.1023/A:1008660001263
Pauly, A., Pareyt, B., Fierens, E., et al., Wheat (Triticum aestivum L. and T. turgidum L. ssp. durum) kernel hardness: I. Current view on the role of puroindolines and polar lipids, Compr. Rev. Food Sci. Food Saf., 2013, vol. 12, pp. 413–426. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12018
Rabokon, A., Demkovych, A., Sozinov, A., et al., Intron length polymorphism of β-tubulin genes of Aegilops biuncialis Vis, Cell Biol. Int., 2019, vol. 43, no. 9, pp. 1031–1039. https://doi.org/10.1002/cbin.10886
Rakszegi, M., Molnár, I., Lovegrove, A., et al., Addition of Aegilops U and M chromosomes affects protein and dietary fiber content of wholemeal wheat flour, Front. Plant Sci., 2017, vol. 8, p. 1529. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01529
Shewry, P., Wheat grain proteins: past, present and future, Cereal Chem., 2022, vol. 100, no. 1, pp. 9–22. https://doi.org/10.1002/cche.10585
Slageren, M.W. van, Wild wheats: a monograph of Aegilops L. and Amblyopyrum (Jaub. & Spach) Eig (Poaceae), Wageningen: Agric. Univ. Pap., 1994.
Tan, F., Zhou, J., Yang, Z., et al., Characterization of a new synthetic wheat – Aegilops biuncialis partial amphiploid, Afr. J. Biotech., 2009, vol. 8, no. 14, pp. 3215–3218. https://doi.org/10.5897/AJB09.359
Turnbull, K.M., Turner, M., Mukai, Y., et al., The organization of genes tightly linked to the Ha locus in Aegilops tauschii, the D-genome donor to wheat, Genome, 2003, vol. 46, no. 2, pp. 330–338. https://doi.org/10.1139/g02-124
Xiaoling, M., Xue, H., Sun, J., et al., Transformation of Pinb-D1x to soft wheat produces hard wheat kernel texture, J. Cereal Sci., 2020, vol. 91, p. 102889. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2019.102889
Zhou, J.P., Yao, C.H., Yang, E.N., et al., Characterization of a new wheat-Aegilops biuncialis addition line conferring quality-associated HMW glutenin subunits, Genet. Mol. Res., 2014, vol. 13, no. 1, pp. 660–669. https://doi.org/10.4238/2014.January.28.11
Zhou, J.P., Cheng, Y., Zang, L.L., et al., Characterization of a new wheat-Aegilops biuncialis 1Mb(1B) substitution line with good quality-associated HMW glutenin subunit, Cereal Res. Commun., 2016, vol. 44, no. 2, pp. 198–205. https://doi.org/10.1556/0806.43.2015.048