БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2024.3.507rus

УДК 622.111.1:631.522/.524

Выращивание растений в тепличном комплексе ЦКП «Ливр» было поддержано бюджетным проектом ИЦиГ СО РАН № FWNR-2022-0017. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант № 21-66-00012.

 

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ СЕЛЕКЦИИ ФИОЛЕТОВОЗЕРНОЙ ПШЕНИЦЫ НА ОСНОВЕ СОРТОВ C АНТОЦИАНОВОЙ ОКРАСКОЙ КОЛЕОПТИЛЯ И СТЕБЛЯ

Е.И. ГОРДЕЕВА1, В.П. ШАМАНИН2, Е.К. ХЛЕСТКИНА1, 3, О.Ю. ШОЕВА1

Природные антоцианы, которые накапливаются в вегетативных и генеративных органах растений, выполняя защитные функции при биотических и абиотических стрессах, представляют интерес для производства функциональных продуктов питания с лечебно-профилактическими свойствами. Получение форм зерновых культур с повышенным содержанием антоцианов — одно из быстро развивающихся направлений в современной селекции. Образование антоцианов в перикарпе зерновки мягкой пшеницы контролируется совместно генами Pp-1 и Pp3. В отличие от уникального доминантного аллеля Pp3, унаследованного мягкой пшеницей от эндемичного вида Triticum aethiopicum Jakubz., доминантные аллели генов Рр-1 широко распространены среди сортов пшеницы и, помимо окраски зерновки, контролируют биосинтез антоцианов в колеоптиле и стебле. Следовательно, лимитирующим фактором накопления антоцианового пигмента как в вегетативных органах, так и в перикарпе зерновки пшеницы является доминантный аллель гена Рр-D1. Цель исследования заключалась в создании фиолетовозерных гибридов с доминантными аллелями гена Рр-D1, привнесенными из разных сортов, и в сравнительном изучении влияния этих новых аллелей на биосинтез антоцианов в вегетативных и генеративных тканях растений (в колеоптилях и в перикарпе зерновок). Для доказательства наличия у сортов с антоциановой окраской колеоптилей доминантных аллелей гена Pp-D1, необходимых для создания фиолетовозерных гибридов пшеницы, мы провели скрещивания сортов Сибирская 21, Терция, Эритроспермум 4-16, имеющих данный признак окраски колеоптилей, с почти-изогенными линиями С29Рр3P и С29Рр3PF, созданными ранее на основе сорта Саратовская 29, не имеющими антоциановой окраски зерновки, но несущими доминантные аллели гена Pp3. Отбор проводился с использованием внутригенного ДНК-маркера Pp3-diagnostic и сцепленных с геном Pp-D1 SSR-маркеров Xgwm0044 и Xgwm0111. Прошедшие отбор фиолетовозерные гибридные растения с доминантными аллелями целевых генов в гомозиготном состоянии характеризовались наличием антоциановых пигментов в колеоптиле и в зерновке, содержание которых при выращивании в теплице варьировало в пределах соответственно 35,4-69,0 и 34,1- 84,2 мкг/г и не отличалось от показателя у контрольных фиолетовозерных линий фС29Р и фС29PF, несущих оба гена Pp. Коэффициент корреляции между суммарным содержанием антоцианов в зерне и в колеоптиле составил rs = 0,83 (p = 0,0003). Новые фиолетовозерные гибриды с наибольшим содержанием антоцианов в зерновках, полученные в комбинациях скрещивания Терция × 29Рр3P и Эритроспермум 4-16 × С29Рр3P, были протестированы в полевых условиях по признакам урожайности и содержанию антоцианов в зерновках. Обе линии не отличались от сорта Саратовская 29 по числу и массе зерен с растения и превосходили этот контрольный сорт по числу колосков в главном колосе (13,8 и 13,0 против 12,3), а линия на основе сорта Терция имела статистически достоверно большую массу 1000 зерен (41,6 против 37,5). Содержание антоцианов в зерновках у этой линии составило 244,3 мкг/г и практически не отличалось от такового у ранее полученной темно-фиолетовозерной линии фBW49880P (221,4 мкг/г), наследующей доминантный ген Pp-D1 от сорта Purple. Полученные нами темно-фиолетовозерные линии являются перспективными предсортами и донорами для дальнейшей селекции богатых антоцианами сортов мягкой пшеницы. Кроме того, имеется возможность использовать упрощенную схему моногенного наследования гена Pp3 в скрещиваниях фиолетовозерных растений пшеницы с широко распространенными сортами пшеницы с окрашенным колеоптилем и стеблем, уже содержащими в геноме доминантные аллели генов Pp-1 (Pp-B1 или Pp-D1), для получения новых гибридов и сортов с повышенным содержанием антоцианов в перикарпе зерновки. Разработанный нами полиморфный внутригенный диагностический маркер гена Pp3-diagnostic позволяет уже на ранних стадиях развития выявить гомозиготные растения поколения F2 и повышает точность отбора.

Ключевые слова: внутригенный ДНК маркер, генотипирование, маркер-ориентируемая селекция, микросателлитные маркеры, Purple pericarp.

 

 

ON PECULIARITIES OF BREEDING PURPLE-GRAINED WHEAT BASED ON VARIETIES WITH ANTHOCYANIN PIGMENTATION OF COLEOPTILES AND STEMS

E.I. Gordeeva1 , V.P. Shamanin2, E.K. Khlestkina1, 3, O.Yu. Shoeva1

Natural anthocyanins, which accumulate in the vegetative and generative organs of plants, performing protective functions during biotic and abiotic stress, are of interest for the production of functional foods with therapeutic and prophylactic properties. Obtaining forms of grain crops with a high content of anthocyanins is one of the rapidly developing areas in modern breeding. The formation of anthocyanins in the pericarp of common wheat grains is controlled complementarily by the Pp-1 and Pp3 genes. In contrast to the unique dominant allele Pp3, inherited by common wheat from the endemic species Triticum aethiopicum Jakubz., dominant alleles of the Pp-1 genes are widespread among wheat varieties and, in addition to grain color, control the biosynthesis of anthocyanins in the coleoptile and stem. Consequently, the limiting factor in the accumulation of anthocyanin pigment, both in the vegetative organs and in the pericarp of the wheat grain, is the dominant allele of the Pp-D1 gene. The purpose of the study was to create purple-grain hybrids with dominant alleles of the Pp-D1 gene introduced from different varieties and to comparatively study the effect of these new alleles on the biosynthesis of anthocyanins in vegetative and generative plant tissues: in coleoptiles and in the pericarp of grains. To prove the presence of dominant alleles of the Pp-D1 gene in varieties with anthocyanin-colored coleoptiles, which are necessary for the creation of purple-grain wheat hybrids, we crossed the varieties Sibirskaya 21, Tertcia, Erythrospermum 4-16, which have this trait of coleoptile color, with almost isogenic lines C29Pp3P and C29Pp3PF, created earlier on the background of the variety Saratovskaya 29. These lines do not have anthocyanin coloring of the grains, but carry dominant alleles of the Pp3 gene. Selection was carried out using the intragenic DNA marker Pp3-diagnostic and SSR markers Xgwm0044 and Xgwm0111 linked to the Pp-D1 gene. Selected purple-grained hybrid plants with dominant alleles of target genes in a homozygous state were characterized by the presence of anthocyanin pigments in the coleoptile and in the grain, the content of which, when grown in a greenhouse, varied within the range of 35.4-69.0 and 34.1-84.2, respectively. μg/g and did not differ from the indicator in the control purple-grain lines fS29P and fS29PF, carrying both Pp genes. The correlation coefficient between the total content of anthocyanins in the grain and in the coleoptile was rs = 0.83 (p = 0.0003). New purple-grain hybrids with the highest content of anthocyanins in grains, obtained in combinations of crossing combinations Tertcia × 29Рр3P and Erythrospermum 4-16 × С29Рр3P, were tested in field conditions for yield characteristics and anthocyanin content in grains. Both lines did not differ from the Saratovskaya 29 variety in the number and weight of grains per plant and exceeded this control variety in the number of spikelets in the main ear (13.8 and 13.0 vs. 12.3), and the line based on the Tertcia variety had a statistically significantly higher weight of 1000 grains (41.6 vs.37.5). The content of anthocyanins in the grains of this line was 244.3 μg/g and practically did not differ from that of the previously obtained dark purple-grain line pBW49880P (221.4 μg/g), which inherits the dominant Pp-D1 gene from the Purple variety. The dark purple-grain lines we obtained are promising pre-varieties and donors for further selection of anthocyanin-rich varieties of bread wheat. In addition, it is possible to use a simplified scheme of monogenic inheritance of the Pp3 gene in crosses of purple-grain wheat plants with widespread wheat varieties with a colored coleoptile and stem. These varieties already containing in the genome dominant alleles of the Pp-1 genes (Pp-B1 or Pp-D1) to obtain new hybrids and varieties with a high content of anthocyanins in the pericarp of the grain. The polymorphic intragenic diagnostic marker of the Pp3-diagnostic gene that we have developed allows us to identify homozygous plants of the F2 generation already at early stages of development and increases accuracy.

Keywords: intragenic DNA marker, genotyping, marker-assisted breeding, microsatellite markers, Purple pericarp.

 

1ФГБНУ ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН,
630090 Россия, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10,
e-mail: elgordeeva@bionet.nsc.ru ✉,  olesya_ter@bionet.nsc.ru;
2ФГБУ ВО Омский государственный
аграрный университет им. П.А. Столыпина,

644008 Россия, г. Омск, Институтская пл., 1,
e-mail: vp.shamanin@omgau.org;
3ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических
ресурсов растений им. Н.И. Вавилова,

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: khlest@bionet.nsc.ru

Поступила в редакцию
11 декабря 2023 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ