Молекулярно-генетическая характеристика образцов озимой мягкой пшеницы в связи с селекцией на устойчивость к полеганию

Цель – анализ геномной структуры и аллельного состава генов короткостебельности Rht-B1, Rht-D1 и Rht8 у 37 сортов и селекционных образцов озимой мягкой пшеницы в связи с селекцией на устойчивость к полеганию в Республике Беларусь. Методы. Молекулярно-цитогенетическое маркирование (С-бэндинг) и ДНК-типирование генотипов. Результаты. В ходе анализа хромосомного состава селекционного материала установлено, что 21 образец озимой пшеницы характеризуется стандартным кариотипом с геномной структурой AABBDD (2n = 42). В кариотипах остальных образцов выявлено пять вариантов транслокаций, затрагивающих хромосомы 1В, 3В, 5В, 6В и 7В. Установлено, что хромосомы 2-й и 4-й гомеологичных групп, в которых локализованы основные гены короткостебельности Rht-B1, Rht-D1 и Rht8, не подверглись структурным изменениям. В результате генотипирования показано, что 45,9 % образцов содержат в генотипе один из аллелей короткостебельности (Rht-B1b, Rht-D1b, Rht8с). Сочетание в генотипе двух коммерчески значимых аллелей короткостебельности Rht-B1b и Rht8с выявлено у одного образца озимой пшеницы. С наибольшей частотой (37,8 %) в проанализированном селекционном материале встречался генотип с комбинацией аллелей Rht-B1а, Rht-D1а и Rht8b. С частотой 16,2 % присутствовали генотипы Rht-B1b, Rht-D1а, Rht8b; Rht-B1а, Rht-D1а, Rht8а. Генотипы Rht-B1а, Rht-D1а, Rht8с; Rht-B1а, Rht-D1b, Rht8b; Rht-B1а, Rht-D1b, Rht8j выявлены у 5,4 % образцов, генотип Rht-B1а, Rht-D1b, Rht8а – у 8,1 % образцов. Заключение. Анализ высоты растения с учетом данных кариотипирования и генотипирования показал важность целенаправленного подбора наиболее эффективных для региона возделывания сочетаний аллелей генов короткостебельности. Проведенные исследования позволили предположить, что отбор по уровню перезимовки может способствовать закреплению в селекционном материале аллеля Rht8b, ассоциированного, по-видимому, с лучшей зимостойкостью в условиях Беларуси.

озимая мягкая пшеница Triticum aestivum L., кариотип, транслокации, гены короткостебельности, С-бэндинг, ДНК-маркеры

1. Avoiding lodging in irrigated spring wheat. I. Stem and root structural requirements / F. J. Pinera-Chavez [et al.] // Field Crops Research. – 2016. – Vol. 196. – P. 325–336. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.06.009

2. Catalogue of gene symbols for wheat: 2017 supplement / R. McIntosh [et al.] [Electronic resource]. – Mode of access: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/ macgene/supplement2017.pdf. – Date of access: 18.05.2020.

3. ‘Green Revolution’ Genes Encode Mutant Gibberellin Response Modulators / J. R. Peng [et al.] // Nature. – 1999. – Vol. 400, N 6741. – P. 256–261. https://doi.org/10.1038/22307

4. Identity of the Rht-11 and Rht-B1e Reduced Plant Height Genes / M. G. Divashuk [et al.] // Russ. J. Genet. – 2012. – Vol. 48, N 7. – P. 761–763. https://doi.org/10.1134/s1022795412050055

5. Molecular Characterization of Rht1 Dwarfing Genes in Hexaploid Wheat / S. Pearce [et al.] // Plant Physiology. – 2011. – Vol. 157, N 4. – P. 1820–1831. https://doi.org/10.1104/pp.111.183657

6. Genetic analysis of the dwarfing gene Rht8 in wheat. Part I. Molecular mapping of Rht8 on the short arm of chromosome 2D of bread wheat (Triticum aestivum L.) / V. Korzun [et al.] // Theor. Appl. Genet. – 1998. – Vol. 96, N 8. – P. 1104–1109. https://doi.org/10.1007/s001220050845

7. Novel natural allelic variations at the Rht-1 loci in wheat / A. Li [et al.] // J. Integr. Plant Biol. – 2013. – Vol. 55, N 11. – P. 1026–1037. https://doi.org/10.1111/jipb.12103

8. Evans, L. T. Feeding the ten billion: plants and population growth / L. T. Evans. – Cambridge, 1998. – P. 133–150.

9. Occurrence of Three Dwarfing Rht Genes in German Winter Wheat Varieties / C. Knopf [et al.] // Cereal Res. Commun. – 2008. – Vol. 36, N 4. – P. 553–560. https://doi.org/10.1556/crc.36.2008.4.4

10. Чеботарь, С. В. Аллельная характеристика генов короткостебельности в генетическом пуле сортов озимой мягкой пшеницы Украины / С. В. Чеботарь // Генетичнi ресурси рослин. – 2008. – № 6. – С. 96–103.

11. Worland, A. J. Allelic variation at the dwarfing gene Rht8 locus and its significance in international breeding programmes / A. J. Worland, E. J. Sayers, V. Korzun // Euphytica. – 2001. – Vol. 119, N 1–2. – P. 157–161. https://doi. org/10.1023/a:1017582122775

12. Intraspecific karyotype divergence in Triticum araraticum (Poaceae) / E. D. Badaeva [et al.] // Plant. Syst. Evol. – 1994. – Vol. 192, N 1–2. – P. 117–145. https://doi.org/10.1007/bf00985912

13. Distribution of the Rht-B1b, Rht-D1 and Rht8 reduced height genes in autumn-sown Chinese wheats detected by molecular markers / X. Zhang [et al.] // Euphytica. – 2006. – Vol. 152, N 1. – P. 109–116. https://doi.org/10.1007/s10681-006-9184-6

14. Chromosomal rearrangements in wheat: their types and distribution / E. D. Badaeva [et al.] // Genome. – 2007. – Vol. 50, N 10. – P. 907–926. https://doi.org/10.1139/g07-072

15. Эффекты аллелей гена Rht8 по агрономическим признакам у озимой мягкой пшеницы в условиях степи юга Украины / В. И. Файт [и др.] // Цитология и генетика. – 2007. – Т. 41, № 2. – С. 30–36.