Цитологія і генетика 2019, том 53, № 4, 3-12
Cytology and Genetics 2019, том 53, № 4, 267–275 , doi: https://www.doi.org/10.3103/S0095452719040091

Ідентифікація генів, ортологічних регуляторам розвитку остей Oryza sativa, у представників Triticinae

Наваліхіна А.Г., Антонюк М.З., Пасічник Т.В., Терновська Т.К.

  • Національний університет «Києво­Могилянська академія», вул. Сковороди, 2, Київ

РЕЗЮМЕ. Информация о генетическом контроле развития остей на колосе пшеницы мягкой на сегодня ограничена идентификацией трех генов – ингибиторов развития остей – Hd, B1 та B2, а генов – промоторов остистости до сих пор не найдено. На другом злаке, Oryza sativa, установлено наличие десятка генов, участвующих в морфогенезе остей. В статье приведены результаты анализа сиквенса пшеничного генома для поиска генов, ортологичных известным регуляторам развития остей у риса – TOB1, ETT2 и DL. С помощью биоинформатических методов в геноме пшеницы мягкой идентификованы гены TaTOB1, TaETT2 и TaDL, установлена их хромосомная локализация в геноме пшеницы, это, соответственно, хромосомы 2-ой, 3-ей и 4-ой групп всех трех субгеномов. Описан полиморфизм гомеоаллелей указанных генов по длине экзонов и интронов у субгеномах А, В и D пшеницы мягкой. Полиморфизм включает варьирование по длине экзонов и интронов во всех трех генах, варьирование по количеству экзонов и интронов для гена ТаЕTT2 и инверсию гомеоаллеля TaDL-В в сравнении с двумя другими и гомеоаллелей ТаЕTT2-В и ТаЕTT2-D в сравнении с ТаЕTT2-А. С использованием ПЦР с праймерами, созданными по последовательности гена TaTOB1, гомеоаллели этого гена идентифицировали в геномах Au, Ab, B, G, D, SSh, M, U, T у диплоидных, тетраплоидных и гексаплоидных видов пшеницевых. Показано маркерный потенциал двух пар праймеров к гену TaTOB1 для изучения геномной структуры интрогрессивных линий пшеницы относительно этого гена.

Інформація про генетичний контроль розвитку остей на колосі пшениці м’якої на сьогодні обмежена ідентифікацією трьох генів – інгібіторів розвитку остей – Hd, B1 та B2, а генів-промоторів остистості досі не знайдено. На іншому злаку, Oryza sativa, встановлено наявність десятка генів, що беруть участь у морфогенезі остей. У статті наведено результати аналізу сиквенсу пшеничного геному для пошуку генів, ортологічних відомим регуляторам розвитку остей у рису – TOB1, ETT2 і DL. За допомогою біоінформатичних методів у геномі пшениці м’якої ідентифіковані гени TaTOB1, TaETT2 і TaDL, встановлено їхню хромосомну локалізацію у геномі пшениці, це, відповідно, хромосоми 2-ої, 3-ої та 4-ої груп всіх трьох субгеномів. Описано поліморфізми гомеоалелів вказаних генів за довжинами екзонів і інтронів у субгеномах А, В та D пшениці м’якої. Поліморфізм включає варіювання за довжиною екзонів та інтронів у всіх трьох генах, варіювання за кількістю екзонів та інтронів для гена ТаЕTT2 та інверсію гомеоалеля TaDL-В у порівнянні з двома іншими та гомеоалелів ТаЕTT2-В та ТаЕTT2-D у порівнянні з ТаЕTT2-А. Із використанням ПЛР з праймерами, створеними за послідовністю гена TaTOB1, гомеоалелі цього гена ідентифіковано в геномах Au, Ab, B, G, D, SSh, M, U, T у диплоїдних, тетраплоїдних та гексаплоїдних видів пшеницевих. Показано маркерний потенціал двох пар праймерів до гена TaTOB1 щодо вивчення геномної структури інтрогресивних ліній пшениці стосовно цього гена.

Ключові слова: пшеница мягкая, ости, гены морфогенеза остей, виды эгилопсов, анализ сиквенса генома пшеницы
пшениця м’яка, ості, гени морфогенезу остей, види егілопсів, аналіз сиквенсу генома пшениці

Цитологія і генетика
2019, том 53, № 4, 3-12

Current Issue
Cytology and Genetics
2019, том 53, № 4, 267–275 ,
doi: 10.3103/S0095452719040091

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Dorofeev, V.F., Filatenko, A.A., Migushova, E.P., Udachin, R.A., and Iakubtsiner, M.M., Cultural Flora of USSR, Brezhnev, D.D., Ed., Leningrad: Kolos, 1979, pp. 239–269.

2. Goud, J.V. and Sadananda, A.R., Two new awn promoter genes in bread wheat, Genetics, 1978, vol. 43, pp. 12–16.

3. Antonyuk, M.Z., Prokopyk, D.O., Martynenko, V.S., and Ternovska, T.K., Identification of the genes promoting awnedness in the Triticum aestivum/Aegilops umbellulata inrogressive line, Cytol. Genet., 2012, vol. 46, no. 3, pp. 136–143. https://doi.org/10.3103/s009545-2712030024

4. Ternovska, T.K., Antonyuk, M.Z., and Martynenko, V.S., Genes promoters of awnedness in Triticinae genomes, Factory Eksper. Evol. Organ. Zb. Nauk. Prats., Kyiv: Logos, 2013, vol. 12, pp. 164–168.

5. McIntosh, R.A., Yamazaki, Y., Dubcovsky, J., Rogers, J., Morris, C., Appels, R., and Xia, X.C., Catalogue of Gene Symbols for Wheat, 2013.

6. Sourdille, P., Cadalen, T., Gay, G., Gill, B.S., and Bernard, M., Molecular and physical mapping of genes affecting awning in wheat, Plant Breed., 2002, vol. 121, pp. 320–324.

7. Yoshioka, M., Iehisa, J.C.M., Ohno, R., Kimura, T., Enoki, H., Nishimura, S., Nasuda, Sh., and Takumi, Sh., Three dominant awnless genes in common wheat: Fine mapping, interaction and contribution to diversity in awn shape 9and length, PLoS One, 2017, vol. 12, pp. 1–21. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176148

8. Prokopyk, D.O. and Ternovska, T.K., Homeotic genes and their role in development of morphological traits in wheat, Cytol. Genet., 2011, vol. 45, no. 1, pp. 41–54. https://doi.org/10.3103/s0095452711010099

9. Toriba, T. and Hirano, H.Y., The DROOPING LEAF and OsETTIN2 genes promote awn development in rice, Plant J., 2014, vol. 77, pp. 616–626. https://doi.org/10.1111/tpj.12411

10. Luo, J., Liu, H., Zhou, T., Gu, B., Huang, X., Shangguan, Y., Zhu, J., Li, Y., Zhao, Y., Wang, Y., Zhao, Q., Wang, A., Wang, Z., Sang, T., Wang, Z., and Han, B., An-1 encodes a basic helix-loop-helix protein that regulates awn development, grain size, and grain number in rice, Plant Cell, 2013, vol. 25, pp. 3360–3376. https://doi.org/10.1105/tpc.113.113589

11. Tanaka, W., Toriba, T., Ohmori, Y., Yoshida, A., Kawai, A., Mayama-Tsuchida, T., Ichikawa, H., Mitsuda, N., Ohme-Takagi, M., and Hirano, H-Y., The YABBY Gene TONGARI-BOUSHI1 is involved in lateral organ development and maintenance of meristem organization in the rice spikelet, Plant Cell, 2012, vol. 24, pp. 80–95. https://doi.org/10.1105/tpc.111.094797

12. Satoh, N., Itoh, J.I., and Nagato, Y., The SHOOTLESS2 and SHOOTLESS1 genes are involved in both initiation and maintenance of the shoot apical meristem through regulating the number of indeterminate cells, Genetics, 2003, vol. 164, no. 1, pp. 335–346. PMCID: PMC1462562.

13. Itoh, J.I., Kitano, H., Matsuoka, M., and Nagato, Y., Shoot organization genes regulate shoot apical meristem organization and the pattern of leaf primordium initiation in rice, Plant Cell, 2000, vol. 12, pp. 2161–2174.

14. Abe, M., Yoshikawa, T., Nosaka, M., Sakakibara, H., Sato, Y., Nagato, Y., and Itoh, J., WAVY LEAF1, an ortholog of Arabidopsis HEN1, regulates shoot development by maintaining microRNA and transacting small interfering RNA accumulation in rice, Plant Physiol., 2010, vol. 154, pp. 1335–1346. https://doi.org/10.1104/pp.110.160234

15. Song, X., Wang, D., Ma, L., Chen, Z., Li, P., Cui, X., Liu, C., Cao, S., Chu, C., Tao, Y., and Cao, X., Rice RNA-dependent RNA polymerase 6 acts in small RNA biogenesis and spikelet development, Plant J., 2012, vol. 71, pp. 378–389. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2012.05001.x

16. Goncharov, N.P., Comparative-genetic analysis—a base for wheat taxonomy revision, Czech. J. Genet. Plant Breed., 2005, vol. 41 (special issue), pp. 52–55.

17. Prokopyk, D.O. and Ternovska, T.K., SSR-marking of genes taking part in control of awnedness in durum wheat (Triticum durum Desf.), Visn. Ukr. Tovar. Genet. Selec., 2010, vol. 8, no. 1, pp. 31–40.

18. Du, F., Guan, C., and Jiao, Y., Molecular mechanisms of leaf morphogenesis, Mol. Plant, 2018, vol. 11, pp. 1117–1134.

19. Prunet, N. and Meyerowitz, E.M., Genetics and plant development, Comptes Rendus Biologies, 2016, vol. 339, pp. 240–246. doi.org/ https://doi.org/10.1016/j.crvi.2016.05.003

20. Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W., and Lipman, D.J., Basic local alignment search tool, J. Mol. Biol., 1990, vol. 215, pp. 403–410.

21. Jin, J., Tian, F., Yang, D.-C., Meng, Y.Q., Kong, L., Luo, J., and Gao, G., PlantTFDB 4.0: toward a central hub for transcription factors and regulatory interactions in plants, Nucleic Acids Res., 2017, vol. 45, pp. D1040–D1045. https://doi.org/10.1093/nar/gkw982

22. Dvorak, J., Luo, M.-C., Gu, Y.Q., et al., Sequencing the Aegilops tauschii genome. http://aegilops.wheat. ucdavis.edu.

23. Ye, J., Coulouris, G., Zaretskaya, I., Cutcutache, I., Rozen, S., and Madden, T.L., Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction, BMC Bioinform., 2012, vol. 13, no. 134. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-134

24. Zhirov, E.G., Synthesis of a new hexaploid wheat, Tr. Prikl. Bot. Genet. Sel., 1980, vol. 68, pp. 14–16.

25. Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.

26. Korbie, D.J. and Mattick, J.S., Touchdown PCR for increased specificity and sensitivity in PCR amplification, Nat. Protoc., 2008, vol. 3, pp. 1452–1456. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.133

27. Kidwell, M.G. and Lisch, D., Transposable elements as sources of variation in animals and plants, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1997, vol. 94, pp. 7704–7711.

28. Petersen, G., Seberg, O., Yde, M., and Berthelsen, K., Phylogenetic relationships of Triticum and Aegilops and evidence for the origin of the A, B, and D genomes of common wheat (Triticum aestivum), Mol. Phylogenet. Evol., 2006, vol. 39, pp. 70–82. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2006.01.023