В статті охарактеризовані нові генетичні варіанти Gli-/Glu-локусів, що кодують біосинтез клейковинних білків, за їх впливом на базові показники хлібопекарської якості борошна пшениці, які використовуються у програмах селекції сортів високої хлібопекарської якості. Застосовані методи отримання селекційного матеріалу пшениці шляхом віддалених схрещувань, ідентифіковано нові алелі Gli-/Glu-локусів методом А-PAGE, mini-SDS-PAGE, ПЛР-тесту, SDS-30К седиментації, визначено показники еластичності тіста на альвеографі Chopin. Досліджено вплив нових інтрогресій Gli-D1ts, Gli-D1cyl та Gli-B1null алеля, гена Gpc-B1 від дикорослого емера T. dicoccoides, екстра-експресій Glu-A1x2* і Glu-D1x5 та делеції Glu-D1x5-null на базові селекційні ознаки якості пшениці, значення W «сили» борошна, та індекс еластичності тіста Ie%. Показано позитивний вплив на базові селекційні характеристики хлібопекарської якості борошна заміщення житнього локусу Sec-1 на пшеничний кластер Gli-B1/Glu-B3 у короткому плечі модифікованої хромосомно-інженерної центричної житньо-пшеничної транслокації 1RSm.1BL та 1RSm.1BLal. Екстра-експресія та делеція субодиниці HMW-GS Glu-D1x5, вказують на роль цієї субодиниці, як критичної детермінанти хлібопекарської якості борошна пшениці. Модифіковану житньо-пшеничну транслокацію 1RSm.1BL (1RSm.1BLal) з елімінованим локусом Sec-1 доцільно використовувати в селекції пшениці на якість і стійкість до листових захворювань. Нові генетичні фактори позитивного впливу на характеристики якості борошна рекомендовано для використання у селекційних програмах при ство-ренні сортів пшениці з високою хлібопекарською якістю.
Ключові слова: пшениця, селекція, хлібопекарська якість, Gli-/Glu-локуси, екстра-експресія, Glu-A1x2*, інтрогресія Gli-D1ts, Gli-D1cyl, делеція Gli-B1null, Glu-D1x5null, Gpc-B1, транслокація 1RSm.1BL
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Anjum, F.M., Khan, M.R., Din, A., et al., Wheat gluten: High-molecular-weight glutenin subunits—structure, genetics and relation to dough elasticity, J. Food Sci., 2007, vol. 72, pp. 56–63. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00292.x
Blechl, A.E. and Huw, D.J., Transgenic application in wheat improvement, in Wheat Science and Trade, Carver, B.F., Ed., 2009. https://doi.org/10.1002/9780813818832.ch18
Blechl, A.E. and William, H., Variant high-molecular-weight glutenin subunits arising from biolistic transformation of wheat, J. Cereal Sci., 2013, vol. 57, pp. 496–503. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2013.02.005
Branlard, G. and Dardevet, M., A null Gli-D1 allele with a positive effect on bread wheat quality, J. Cereal Sci., 1994, vol. 20, pp. 235–244.
Brevis, J.C., Morris, C.F., Manthey, F., and Dubcovsky, J., Effect of grain protein content locus Gpc-B1 on bread and pasta quality, J. Cereal Sci., 2010, vol. 51, pp. 357–365. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2010.02.004
Cao, D., Chena, W., Wanga, H., et al., The transfer to and functional annotation of alien alleles in advanced wheat lines derived from synthetic hexaploid wheat, Plant Physiol., 2018, vol. 130, pp. 89–93. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.06.037
Copete-Parada, A., Palomino, C., and Cabrera, A., Development and characterization of wheat-Agropyron cristatum introgression lines induced by gametocidal genes and wheat ph1b mutant, Agronomy, 2021, vol. 11, pp. 277–287. https://doi.org/10.3390/agronomy11020277
Delorean, E., Liangliang, G., Lopez, J.F., et al., High molecular weight glutenin gene diversity in Aegilops tauschii demonstrates unique origin of superior wheat quality, Commun. Biol., 2021, vol. 4, p. 1242. https://doi.org/10.1038/s42003-021-02563-7
Drakos, A., Andriotti-Petropoulou, L., Evageliou, V., et al., Physical and textural properties of biscuits containing jet milled rye and barley flour, J. Food Sci. Technol., 2019, vol. 56, pp. 367–375. https://doi.org/10.1007/s1397-018-3497-z
Dreisigacker, S., Xiao, Y., Sehgai, D., et al., SNP markers for low molecular glutenin subunits (LMW-GSs) at the Glu-A3 and Glu-B3 loci in bread wheat, PLoS One, 2020, vol. 15, pp. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0233056
Hassani, M.E., Naghavi, M.R., Shariflou, M.R., et al., Identification of novel ω-gliadin gene in Aegilops tauschii using RELP, Cereal Res. Commun., 2009, vol. 37, pp. 75–82. https://doi.org/10.1556/CRC.37.2009.1.9
Howell, T., Hale, I., Jankuloski, L., et al., Mapping a region within the 1RS.1BL translocation in common wheat affecting grain yield and canopy water status, Theor. Appl. Genet., 2014, vol. 127, pp. 2695–2709. https://doi.org/10.1007/s00122-014-2408-6
Kaznina, N., Dubovets, N., Batova, Y., et al., The response of wheat with different allele statuses of the Gpc-B1 gene under zinc deficiency, Agronomy, 2021, vol. 11, pp. 1057–1064. https://doi.org/10.3390/agronomy11061057
Kozub, N.A., Sozinov, I.A., Bidnyk, H.Ya., et al., The effect of mutations in the alleles Gli-B1b and Gli-B1I on grain quality indices of common wheat, Fact. Expt. Evol. Org., 2020, vol. 27, pp. 94–99. https://doi.org/10.7124/FEEO.v27.1309
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, pp. 1–19. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00308
Li, X., Liu, D., Sun, J., Yang, W., et al., Characterization of novel high-molecular-weight glutenin subunits and their coding sequences in Aegilops markgrafii, J. Cereal Sci., 2015, vol. 65, pp. 9–18. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2015.05.014
Li, Y., Fu, J., Shen, Q., and Yang, D., High-molecular-weight glutenin subunits: relation, structure and relation to end use qualities, Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, pp. 184–197. https://doi.org/10.3390/ijms22010184
Lukaszewski, A., Manipulation of the 1RS.1BL translocation in wheat by induced homoeologous recombination, Crop Sci., 2000, vol. 40, pp. 216–225. https://doi.org/10.2135/cropsci2000.401216x
Morgun, B.V., Development of hull-less barley with ultra-low gluten content via target genes combination. I. Isolation of triple mutants and black grained genotypes, Agric. Sci. Pract., 2021, vol. 8, no. 1, pp. 47–57. https://doi.org/10.15407/agrisp8.01.040
Morgun, V.V., Rybalka, O.I., and Morgun, B.V., New scientific approaches in genetic amelioration of cereal crops, Fiziol. Rast. Genet., 2021, vol. 53, no. 3, pp. 187–215. https://doi.org/10.15407/frg2021.03.187
Rybalka, O.I. and Pokoievoi, H.V., Ukr. Patent 65644, Byull. Izobret., 2011, no. 3. [in Ukrainian]. https://base.uipv.org/searchInv/search.php?ac tion=viewdetails&IdClaim=167398.
Rakszegi, M., Molnar, I., Darko, E., et al., Aegilops: Promising genesources to improve agronomical and quality traits of wheat, Front. Plant Sci., 2020, vol. 11, pp. 1060–1064. https://doi.org/10.3389/fpls.2020,01060
Rybalka, O.I., Use of foreign genetic variability to improve the quality of wheat grain, Cytol. Genet., 2008, vol. 42, no. 4, pp. 229–236. https://doi.org/10.3103/S0095452708040038
Rybalka, O.I., Morgun, V.V., and Pochinok, V.M., Centric wheat-rye chromosome translocation 1RSm.1BL: genetic modification for use in wheat breeding for bread-making quality, Fiziol. Biokhim. Kulʹtur Roslyn, 2011, vol. 43, no. 5, pp. 371–377. http://dspace. nbuv.gov.ua/handle/123456789/66418.
Rybalka, O.I., Katrii, V.B., Polishchuk, S.S., and Morgun, B.V., Development of hull-less barley with ultralow gluten content via target genes combination. I. Isolation of triple mutants and black grained genotypes, Agric. Sci. Pract., 2021, vol. 8, no. 1, pp. 47–57. https://doi.org/10.15407/agrisp8.01.040
Shewry, P.R., What is gluten—Why is it special?, Front. Nutr., 2019, vol. 6, pp. 1–10. https://doi.org/10.3389/fnut.2019.00101
Shewry, P.R. and Halford, N.G., Creal seed storage proteins: structures, properties and role in grain utilization, J. Exp. Bot., 2002, vol. 53, pp. 947–958.
Tabbita, F., Pearce, S., and Barneix, A.J., Breeding for increased protein and micronutrient content in wheat: Ten years of the Gpc-B1 gene, J. Cereal Sci., 2017, vol. 73, pp. 183–191. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.01.003
Tanaka, H. and Tsujimoto, H., Positive or negative effects on dough strength in large-scale group-1 chromosome deletion lines of common wheat (Triticum aestivum L.), Euphytica, 2012, vol. 186, pp. 57–65. https://doi.org/10.1007/s10681-011-0489-8
Uauy, C., Distelfeld, A., Fahima, I., et al., A NAC gene regulating senescence improves grain protein, zinc, and iron content in wheat, Science, 2006, vol. 314, pp. 1298–1301. https://doi.org/10.1126/science.1133649
Wang, K., An, X.L., Pan, L.P., et al., Molecular characterization of HMW GS 1Dx3 t and 1Dx4 t genes from Aegilops tauschii and their potential value for wheat quality improvement, Hereditas, 2012, vol. 149, pp. 41–49. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.2011.02215.x
Zhang, X., Zhang, B., Wu, H., et al., Effect of high-molecular-weight glutenin subunits deletion on soft wheat quality properties and sugar-snap cookie quality estimated through near-isogenic lines, J. Integr. Agric., 2018à, vol. 17, pp. 1066–1073. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(17)61729-5
Zhang, Y., Hu, M., Liu, Q., et al., Deletion of high-molecular-weight glutenin subunits in wheat significantly reduced dough strength and bread-baking quality, BMC Plant Biol., 2018, vol. 18, p. 319. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1530-z