Показатели продуктивности и питательной ценности зерна у генотипов пшеницы с различными аллелями гена NAM-В1

Обнаружение у сородичей пшеницы функционального (дикого) аллеля гена NAM-В1, ассоциированного с высоким содержанием белка и ключевых микроэлементов в зерне, увеличило значимость отдаленной гибридизации для повышения питательной ценности зерна T. aestivum L. Изучен аллельный состав гена NAM-B1 у 22 линий мягкой пшеницы с генетическим материалом T. dicoccoides, T. dicoccum, T. spelta, T. kiharаe и их родительских форм и оценен эффект различных аллелей гена NAM-B1 на содержание белка, основных микроэлементов в зерне и признаки продуктивности (вегетационные периоды 2017–2021 гг.). Среди родительских форм функциональный аллель гена NAM-B1 обнаружен только у образцов видов-сородичей. Все родительские сорта и большая часть интрогрессивных линий (77,3 %) имели мутантный (нефункциональный) аллель. Анализ средних многолетних значений основных количественных признаков выявил, что генотипы с функциональным аллелем NAM-В1 характеризовались большей высотой растения и продуктивной кустистостью, но более низкими показателями продуктивности колоса по сравнению с генотипами, несущими нефункциональный аллель. Установлено, что наличие аллеля дикого типа обеспечивает высокий уровень накопления белка и цинка в зерне независимо от погодных условий, и при этом не приводит к существенному снижению массы 1000 зерен. Показана эффективность интрогрессии функционального аллеля NAM-В1 от видов-сородичей для повышения питательной ценности зерна мягкой пшеницы.

1. Biofortification and bioavailability of Zn, Fe and Se in wheat: present status and future prospects / P. K. Gupta [et al.] // Theor. Appl. Genet. – 2021. – Vol. 134, N 1. – P. 1–35. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03709-7

2. Brevis, J. C. Effects of the chromosome region including the Gpc-B1 locus on wheat grain and protein yield / J. C. Brevis, J. Dubcovsky // Crop Sci. – 2010. – Vol. 50, N 1. – Р. 93–104. https://doi.org/10.2135/cropsci2009.02.0057

3. A NAC gene regulating senescence improves grain protein, zink, and iron content in wheat / C. Uauy [et al.] // Science. – 2006. – Vol. 314, N 5803. – P. 1298–1301. https://doi.org/10.1126/science.1133649

4. Wheat (Triticum aestivum) NAM proteins regulate the translocation of iron, zinc, and nitrogen compounds from vegetative tissues to grain / B. M. Waters [et al.] // J. Exp. Bot. – 2009. – Vol. 60, N 15. – P. 4263–4274. https://doi.org/10.1093/jxb/erp257

5. Molecular characterization of the NAM-1 genes in bread wheat in Australia / R. Yang [et al.] // Crop and Pasture Science. – 2018. – Vol. 69, N 12. – P. 1173–1181. https://doi.org/10.1071/cp18273

6. Genome-wide association mapping through 90K SNP array for quality and yield attributes in bread wheat against water-deficit conditions / H. G. M. Ahmed [et al.] // Agriculture. – 2020. – Vol. 10, N 9. – P. 392. https://doi.org/10.3390/agriculture10090392

7. Temperature response of wheat affects final height and the timing of stem elongation under field conditions / L. Kronenberg [et al.] // J. Exp. Bot. – 2021. – Vol. 72, N 2. – P. 700–717. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa471

8. Assessment of the effects of the Gpc-B1 allele on senescence rate, grain protein concentration and mineral content in hard red spring wheat (Triticum aestivum L.) from the Pacific Northwest Region of the USA / A. H. Carter [et al.] // Plant Breeding. – 2012. – Vol. 131, N 1. – P. 62–68. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2011.01900.x

9. Effects of the Gpc-B1 locus on high grain protein content introgressed into Argentinean wheat germplasm / F. Tabbita [et al.] // Plant Breeding. – 2013. – Vol. 132, N 1. – P. 48–52. https://doi.org/10.1111/pbr.12011

10. Marker-assisted improvement of grain protein content and grain weight in Indian bread wheat / M. K. Vishwakarma [et al.] // Euphytica. – 2016. – Vol. 208, N 2. – P. 313–321. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1598-6

11. Breeding for increased grain protein and micronutrient content in wheat: ten years of the GPC-B1 gene / F. Tabbita [et al.] // J. Cereal Sci. – 2017. – Vol. 73. – P. 183–191. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.01.003

12. Variation in mineral micronutrient concentrations in grain of wheat lines of diverse origin / F. J. Zhao [et al.] // J. Cereal. Sci. – 2009. – Vol. 49, N 2. – P. 290–295. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2008.11.007

13. Корреляции и структура вариации признаков качества зерна и продуктивности линий пшеницы с чужеродным генетическим материалом / О. А. Орловская [и др.] // Молекулярная и прикладная генетика. – 2021. – Т. 31. – С. 42–52. https://doi.org/10.47612/1999-9127-2021-31

14. Regulation of Zn and Fe transporters by the GPC1 gene during early wheat monocarpic senescence / S. Pearce [et al.] // BMC Plant Biol. – 2014. – Vol. 14, N 1. – P. 368. https://doi.org/10.1186/s12870-014-0368-2