З застосуванням діагностичних молекулярних маркерів були ідентифіковані генотипи за генами Ppd-А1, Ppd-B1 і Ppd-D1 232 сортів озимої м’якої пшениці з різних країн, 161 з яких – українські. Най поширеним з поміж досліджених сортів виявився алель Ppd-D1a (81 %) – з варіюванням від 10 % у сортів США до 92 % у сортів України. Частоти алелів Ppd-B1a і Ppd-B1c у загальній вибірки незначні – лише 3 і 5 % відповідно. Локус Ppd-А1 не мав алельних варіацій, отже, всі 232 генотипів є носіями рецесивного алеля Ppd-A1. Взагалі, у сортів виявлено шість різних Ppd-1 генотипів. У сортів більшості країн виявлено два (Росія) або три (країни Європи, США, Україна) і лише в вибірці сортів Японії, яка доволі нечисельна – чотири Ppd-1 генотипа. З більшою частотою (75 %) виявлені домінантні тільки за алелем Ppd-D1a генотипи, з варіюванням від 10 (США) до 89 % (Україна). Частоти всіх інших моногенно або дигенно домінантних генотипів-носіїв генів Ppd-1, були досить низькі (від 1 до 4 %). Моногенно домінантний за Ppd-B1a генотип відмічений лише у трьох сортів США, а моногенно домінантний Ppd-B1c – у японського сорту Norin 1 та у лінії Triple Dirk C з Австралії. Генотип з комбінацією алелів Ppd-D1a Ppd-B1a ідентифікований у трьох сортів Японії та у киргизького сорту Еритроспермум 80, а Ppd-D1a Ppd-B1с – у поодиноких сортів Італії, Сербії, Японії і п’яти сортів України. Виявлено суттєво збільшення частки сортів носіїв алелю Ppd-D1a і паралельне зменшення частки генотипів рецесивних за трьома генами Ppd-1 у сортів України і Росії порівняно з сортами країн Європи та сортами США.
Ключові слова: Triticum aestivum L., озима м’яка пшениця, фотоперіод, Ppd-1 гени, генотип
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Bakuma, A.O., Popovych, Yu.A., Motsnyi, I.I., Chebotar, G.O., and Chebotar, S.V., Effects of the Ppd-D1a allele on growth rates and agronomical traits in wheat detected by the application of analogous lines, Cytol. Genet., 2018, vol. 52, no. 5, pp. 343–352. https://doi.org/10.3103/S009545271805002X
Beales, J., Turner, A., Griffiths, S., Snape, J.W., and Laurie, D.A., A pseudo-response regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.), Theor. Appl. Genet., 2007, vol. 115, no. 5, pp. 721–733. https://doi.org/10.1007/s00122-007-0603-4
Bentley, A.R., Horsnell, R., Werner, C.P., Turner, A.S., Rose, G.A., Bedard, C., Howell, P., Wilhelm, E.P., Mackay, I.J., Howells, R.M., Greenland, A., Laurie, D.A., and Gosman, N., Short, natural, and extended photoperiod response in BC2F4 lines of bread wheat with different Photoperiod-1 (Ppd-1) alleles, J. Exp. Bot., 2013, vol. 64, no. 7, pp. 1783–1793. https://doi.org/10.1093/jxb/ert038
Chebotar, G., Bakuma, A., Filimonov, V., and Chebotar, S., Haplotypes of Ppd-D1 gene and alleles of Ppd-A1 and Ppd-B1 in Ukrainian bread wheat varieties, Visn. Lviv Univ., Ser. Biol., 2019, vol. 80, pp. 82–89. https://doi.org/10.30970/vlubs.2019.80.10
Chen, F., Gao, M., Zhang, J., Zuo, A., Shang, X., and Cui, D., Molecular characterization of vernalization and response genes in bread wheat from the Yellow and Huai Valley of China, BMC Plant Biol., 2013, vol. 13, art. ID 199. https://doi.org/10.1186/1471-2229-13-199
Diaz, A., Zikhali, M., Turner, A., Isaac, P., and Laurie, D., Copy number variation affecting the Photoperiod-B1 and Vernalization-A1 genes is associated with altered flowering time in wheat (Triticum aestivum), PLoS One, 2012, vol. 7, no. 3, p. e33234. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033234
Fayt, V.I., Balashova, I.A., and Sivolap, Yu.M., Mapping of QTL associated with heading time in winter wheat, Cytol. Genet., 2011, vol. 45, no. 5, pp. 35–40. https://doi.org/10.3103/S0095452711050045
Fayt, V.I., Pogrebnyuk, E.A., Balashova, I.A., and Stelmakh, A.F., Identification and effects of alleles of Ppd-B1 gene on agronomically valuable traits in recombinant-inbred lines of wheat, Fiziol. Rast. Genet., 2017, vol. 49, no. 1, pp. 36–46.
Filimonov, V.M., Bakuma, A.A., Chebotar, G.A., Burdenyuk-Tarasevich, L.A., and Chebotar, S.V., PCR-analysis of photoperidous sensitivity genes in bread wheat varieities from Bilatserkovska Experimental Breeding Station, Visn. Ukr. Tov-va Genet. Sel., 2018 vol. 16, no. 2, pp. 217–226.
Fomina, E.A., Dmitrieva, T.M., Malyshev, S.V., and Urbanovich, O.Yu., Molecular and genetic characteristics of the collection of wheat varieties (Triticum aestivum L.) by the allelic composition of the photoperiod sensitivity gene Ppd-D1 and genes encoding the Cbf factors of the Fr-B2 locus, Mol. Prikl. Genet., 2018, vol. 25, pp. 7–14.
Grogan, S.M., Brown-Guedira, G., Haley, S.D., McMaster, G.S., Reid, S.D., Smith, J., and Byrne, P.F., Allelic variation in developmental genes and effects on winter wheat heading date in the U.S. Great Plains, PLoS One, 2016, vol. 11, no. 4, p. e0152852. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0152852
Guo, Z., Song, Y., Zhou, R., Ren, Z., and Jia, J., Discovery, evaluation and distribution of haplotypes of the wheat Ppd-D1 gene, New Phytol., 2010, vol. 185, no. 3, pp. 841–851.
Kamran, A., Iqbal, M., and Spaner, D., Flowering time in wheat (Triticum aestivum L.): a key factor for global adaptability, Euphytica, 2014, vol. 197, no. 1, pp. 1–26. https://doi.org/10.1007/s10681-014-1075-7
Kiss, T., Balla, K., Veisz, O., Láng, L., Bedö, Z., Griffiths, S., Isaac, P., and Karsai, I., Allele frequencies in the VRN-A1, VRN-B1 and VRN-D1 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. Breed., 2014, vol. 34, no. 2, pp. 297–310. https://doi.org/10.1007/s11032-014-0034-2
Kolev, S., Ganeva, G., Christov, N., Belchev, I., Kostov, K., Tsenov, N., Rachovska, G., Landgeva, S., Ivanov, M., Abu Mhadi, N., and Todorovska, E., Allele variation in loci for adaptive response and plant height and its effect on grain yield in wheat, Biotechnol. Biotechnol. Equip., 2010, vol. 24, no. 2, pp. 1807–1813.
Langer, S.M, Longin, C.F.H., and Würschum, T., Flowering time control in European winter wheat, Front. Plant Sci., 2014, vol. 5, pp. 537–562. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00537
Law, C.N., Sutka, J., and Worland, A.J., A genetic study of day-length response in wheat, Heredity, 1978, vol. 41, no. 2, pp. 185–191.
Muterko, À., Kalendar, R., Cockram, J., and Balashova, I., Discovery, evaluation and distribution of haplotypes and new alleles of the Photoperiod-A1 gene in wheat, Plant Mol. Biol., 2015, vol. 88, pp. 149–164. https://doi.org/10.1007/s11103-015-0313-2
Nishida, H., Yoshida, T., Kawakami, K., Fujita, M., Long, B., Akashi, Y., Laurie, D.A., and 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. Breed., 2013, vol. 31, no. 1, pp. 27–37. https://doi.org/10.1007/s11032-012-9765-0
Petrović, S., Marić, S., Čupić, T., Drezner, G., and Karsai, I., Distribution of allelic variants of hexaploid wheat germplasm at Xgwm261 and Ppd-D1 locus, Poljoprivreda, 2012, vol. 18, no. 2, pp. 25–29.
Pirych, A.V, Bulavka, N.V., and Yurchenko, T.V., Photoperiodic sensitivity and vernalization requirement of winter wheat varieties (Trticum aestivum L.) of myronivka breeding, Grain Crops, 2018, vol. 2, no. 2, pp. 261–266. https://doi.org/10.31867/2523-4544/0034
Rokitskiy, P.F., Biologicheskaya statistika (Biological Statistics), Moscow: Kolos, 1973.
Seki, M., Chono, M., Matsunaka, H., Fujita, M., Oda, S., Kubo, K., Kiribuchi-Otobe, C., Kojima, H., Nishida, H., and Kato, K., Distribution of photoperiod-insensitive alleles Ppd-B1a and Ppd-D1a and their effect on heading time in Japanese wheat cultivars, Breed. Sci., 2011, vol. 61, no. 4, pp. 405–412. https://doi.org/10.1270/jsbbs.61.405
Seki, M., Chono, M., Nishimura, T., Sato, M., Yoshimura, Y., Matsunaka, H., Fujita, M., Oda, S., Kubo, K., Kiribuchi-Otobe, C., Kojuma, H., Nishida, Y., and Kato, K., Distribution of photoperiod-insensitive allele Ppd-A1a and its effect on heading time in Japanese wheat cultivar, Breed. Sci., 2013, vol. 63, no. 3, pp. 309–316. https://doi.org/10.1270/jsbbs.63.309
Shaw, L.M., Turner, A.S., and Laurie, D.A., The impact of photoperiod insensitive Ppd-1a mutations on the photoperiod pathway across the three genomes of hexaploid wheat (Triticum aestivum), Plant J., 2012, vol. 71, no. 1, pp. 71–84. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2012.04971.x
Šíp, V., Chrpová, J., Žofajová, A., Pánková, K., Užík, M., and Snape, J.W., Effects of specific Rht and Ppd alleles on agronomic traits in winter wheat cultivars grown in middle Europe, Euphytica, 2010, vol. 172, no. 2, pp. 221–233. https://doi.org/10.1007/s10681-009-0049-7
Snape, J.W., The genetics of adaptation in wheat and its role in maximizing yield potential, Hereditas, 2001, vol. 23, no. 1, pp. 46–47.
Stelmakh, A.F. and Fayt, V.I., Winter bread wheat adaptivity may be improved by increasing photosensitivity and vernalization requirement, Zb. Nauk. Pr., 2016, vol. 27, pp. 103–108.
Sun, H., Guo, Z., Gao, L., Zhao, G., Zhang, W., Zhou, R., Wu, Y., Wang, H., and An, Y., DNA-metylation pattern of Photoperiod-B1 is associated with photoperiod insensitivity in wheat (Triticum aestivum), New Phytol., 2014, vol. 204, vol. 3, pp. 682–692. https://doi.org/10.1111/nph.12948
Takenaka, S. and Kawahara, T., Evolution of tetraploid wheat based on variations in 5′ UTR regions of Ppd-A1: evidence of gene flow between emmer and timopheevi wheat, Genet. Resour. Crop Evol., 2013, vol. 60, no. 7, pp. 2143–2155.
Tanio, M. and Kato, K., Development of near-isogenic lines for photoperiod-insensitive genes, Ppd-B1 and Ppd-D1, carried by the Japanese wheat cultivars and their effect on apical development, Breed. Sci., 2007, vol. 57, no. 1, pp. 65–72.
Vlasenko, V.A., Kochmarskyi, V.S., Koliuchyi, V.T., Kolomiiets, L.A., Khomenko, S.O., and Solona, V.Yo., Selektsiina evoliutsiia myronivskykh pshenyts (Breeding evolution of Myronivka wheats), Myronivka: N.p., 2012.
Whittal, A., Kaviani, M., Graf, R., Humphreys, G., and Navabi, A., Allelic variation of vernalization and photoperiod response genes in a diverse set of North American high latitude winter wheat genotype, PLoS One, 2018, vol. 13, no. 8, p. e0203068. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203068
Wilhelm, E.P., Turner, A.S., and Laurie, D.A., Photoperiod insensitive Ppd-A1a mutations in tetraploid wheat (Triticum durum Desf.), Theor. Appl. Genet., 2009, vol. 118, no. 2, pp. 285–294. https://doi.org/10.1007/s00122-008-0898-9
Worland, A.J., The influence of flowering time genes on environmental adaptability in European wheats, Euphytica, 1996, vol. 89, no. 1, pp. 49–57. https://doi.org/10.1007/BF00015718
Yan, L., Fu, D., Li, C., Blechl, A., Tranquilli, G., Bonafede, M., et al., The wheat and barley vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2006, vol. 103, no. 51, pp. 19581–19586. https://doi.org/10.1073/pnas.0607142103