Использование генов VRN для создания форм тритикале с разной продолжительностью вегетационного периода (обзор)

Автор: Емцева М.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Обзоры

Статья в выпуске: 1 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

Тритикале (× Triticosecale Wittmack) - новая сельскохозяйственная культура, объединяющая в себе ценные свойства пшеницы и ржи. К преимуществам тритикале относятся способность произрастать на бедных, кислых, подтопляемых почвах, более высокое, чем у пшеницы, содержание белка в зерне, устойчивость ко многим грибным заболеваниям. Недостатки тритикале - щуплость зерна, склонность к прорастанию зерна на корню, полеганию, некоторая токсичность зерна вследствие содержания алкилрезорцинолов, а также более длительный по сравнению с родительскими формами вегетационный период. Из всех групп генов наибольшее влияние на продолжительность вегетационного периода злаковых культур оказывают Vrn (response to vernalization, реакция на яровизацию). Яровые растения имеют один или несколько доминантных генов Vrn , у озимых все гены vrn рецессивные. Мягкая пшеница может иметь гены Vrn-A1 , Vrn-B1 , Vrn-D1 , расположенные соответственно в хромосомах 5AL, 5BL, 5DL (A.J. Worland, 1996), ген Vrn-D4 в околоцентромерном районе хромосомы 5D (N...

Еще

Гексаплоидная и октаплоидная тритикале, яровой мутант, пшеница, продолжительность вегетационного периода, гены vrn

Короткий адрес: https://sciup.org/142223785

IDR: 142223785   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.3rus

Список литературы Использование генов VRN для создания форм тритикале с разной продолжительностью вегетационного периода (обзор)

  • Ma X.-F., Gustafson J.P. Allopolyploidization-accommodated genomic sequence changes in triticale. Annals of Botany, 2008, 101(6): 825-832 ( ). DOI: 10.1093/aob/mcm331
  • Kalinka A., Achrem M. Reorganization of wheat and rye genomes in octoploid triticale (×Triticosecale). Planta, 2018, 247(4): 807-829 ( ). DOI: 10.1007/s00425-017-2827-0
  • Степочкин П.И. Создание и изучение серии по генам VRN форм тритикале. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2009, 11(203): 26-32.
  • Дубовец Н.И., Сычева Е.А., Соловей Л.А., Штык Т.И., Бондаревич Е.Б. Создание и молекулярно-цитогенетическое маркирование вторичных хромосомно-замещенных форм гексаплоидных тритикале (×Triticosecale Wittm.). Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя бiялагiчных навук, 2013, 4: 35-44.
  • Сечняк Л.К., Сулима Ю.Г. Тритикале. М., 1984.
  • Limin A.E., Dvorak J., Fowler D.B. Cold hardiness in hexaploid Triticale. Canadian Journal of Plant Science, 1985, 65(3): 487-490 ( ).
  • DOI: 10.4141/cjps85-070
  • Махалин М.А. Межродовая гибридизация зерновых колосовых культур. М., 1992.
  • Степочкин П.И. Формообразовательные процессы в популяциях тритикале. Новосибирск, 2008.
  • Khotyljova L.V., Kaminskaya L.N., Koren L.V. Influence of genetic systems of VRN- and PPD genes on the ecological adaptation of wheat and Triticale. Biologija, 2002, 4: 45-48.
  • Liu W., Maurer H.P., Li G., Tucker M.R., Gowda M., Weissmann E.A., Hahn V., Würschum T. Genetic architecture of winter hardiness and frost tolerance in Triticale. PLoS ONE, 2014, 9(6): e99848 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0099848
  • Горянина Т.А. Технологические и хлебопекарные свойства зерна сортов тритикале в сравнении с озимой пшеницей и озимой рожью. Достижения науки и техники АПК, 2011, 12: 30-32.
  • Крупин П.Ю., Дивашук М.Г., Хомякова О.В., Дьячук Т.И., Карлов Г.И. Молекулярно-цитогенетическая характеристика первичных тритикале, межамфидиплоидного гибрида и перспективных линий селекции НИИСХ Юго-Востока. Известия ТСХА, 2009, 3: 74-80.
  • Адонина И.Г., Орловская О.А., Терещенко О.Ю., Корень Л.В., Хотылева Л.В., Шумный В.К., Салина Е.А. Формирование хозяйственно ценных признаков у линий гексаплоидных тритикале с интрогрессиями от видов эгилопсов в зависимости от геномного состава. Генетика, 2011, 47(4): 516-526.
  • Засорина Э.В., Горчин С.А., Голикова И.А. Перспективы возделывания тритикале в Центральном Черноземье. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2013, 6: 66-68.
  • Хомякова О.В. Особенности мейоза в материнских клетках пыльцы первичных тритикале и DH-линий. Аграрный вестник Юго-Востока, 2010, 1(4): 18-21.
  • Силкова О.Г., Логинова Д.Б., Иванова (Кабаненко) Ю.Н., Бондаревич Е.Б., Соловей Л.А., Штык Т.И., Дубовец Н.И. Интрогрессия хроматина ржи в геном мягкой пшеницы: цитогенетические аспекты. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2014, 18(4/1): 630-642.
  • Сокол Н.В., Донченко Л.В., Храмова Н.С., Ковтуненко В.Я., Грищенко С.А. Хлебопекарные свойства муки из зерна тритикале и перспектива ее использования. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2006, 1(290): 38-39.
  • Баженов М.С., Дивашук М.Г., Пыльнев В.В., Карлов Г.И., Рубец В.С. Изучение образцов озимой тритикале на наличие хромосомных замещений и их связь с устойчивостью к прорастанию на корню. Известия ТСХА, 2011, 2: 20-26.
  • Худенко М.А. Сравнительная характеристика образцов яровой тритикале коллекции ВИР в условиях Красноярской лесостепи. Канд. дис. Красноярск, 2014.
  • Куркиев К.У. Наследование высоты растения у гексаплоидных форм тритикале с R/D-замещением. Генетика, 2008, 44(9): 1238-1245.
  • Шишкина А.А., Дедкова О.С. Исследование хромосомного состава некоторых форм яровой тритикале. Мат. Межд. науч. школы-конференции молодых ученых "Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях". Звенигород, 2008: 78.
  • Каминская Л.Н., Корень Л.В., Леонова И.Н., Адонина И.Г., Хотылева Л.В., Салина Е.А. Создание линий тритикале, маркированных Vrn-генами, и их молекулярно-генетический анализ. Вестник ВОГиС, 2005, 9(4): 481-489.
  • Petr J., Hradecká D.H. Peculiarities of the growth and development of triticale in comparison with wheat and rye. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, 2005, 41 (Special Issue): 213.
  • Alheit K.V., Maurer H.P., Reif J.C., Tucker M.R., Hahn V., Weissmann E.A., Würschum T. Genome-wide evaluation of genetic diversity and linkage disequilibrium in winter and spring triticale (× Triticosecale Wittmack). BMC Genomics, 2012, 13(1): 235 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2164-13-235
  • Майстренко О.И. Использование цитогенетических методов в исследовании онтогенеза мягкой пшеницы. В сб.: Онтогенетика высших растений. Кишинев, 1992: 98-114.
  • Worland A.J. The influence of flowering time genes on environmental adaptability in European wheats. Euphytica, 1996, 89(1): 49-57 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00015718
  • Yoshida T., Nishida H., Zhu J., Nitcher R., Distelfeld A., Akashi Y., Kato K., Dubcovsky J. Vrn-D4 is a vernalization gene located on the centromeric region of chromosome 5D in hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics, 2010, 120(3): 543-552 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-009-1174-3
  • Kippes N., Zhu J., Chen A., Vanzetti L., Lukaszewski A., Nishida H., Kato K., Dvorak J., Dubcovsky J. Fine mapping and epistatic interactions of the vernalization gene VRN-D4 in hexaploid wheat. Molecular Genetics and Genomics, 2014, 289(1): 47-62 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00438-013-0788-y
  • Yan L., Fu D., Li C., Blechl A., Tranquilli G., Bonafede M., Sanchez A., Valarik M., Dubcovsky J. The wheat and barley vernalization gene Vrn-3 is an orthologue of FT. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, 103(51): 19581-19586 ( ).
  • DOI: 10.1073/pnas.0607142103
  • Plaschke J., Börner A., Xie D.X., Koebner R.M.D., Schlegel R., Gale M.D. RFLP mapping of genes affecting plant height and growth habit in rye. Theoretical and Applied Genetics, 1993, 85(8): 1049-1054 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00215046
  • Pugsley A.T. Additional genes inhibiting winter habit in wheat. Euphytica, 1972, 21(3): 547-552 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00039355
  • Файт В.И., Губич Е.Ю., Зеленина Г.А. Различия сортов двуручек мягкой пшеницы по генам Vrn-1 типа развития. Plant Varieties Studying and Protection, 2018, 14(2): 160-169 ( ).
  • DOI: 10.21498/2518-1017.14.2.2018.134762
  • Филобок В.А., Гуенкова Е.А., Беспалова Л.А., Кошкин В.А., Потокина Е.К. Создание адаптированного генофонда альтернативного образа жизни мягкой пшеницы. Зерновое хозяйство России, 2016, 1: 38-42.
  • Zhang X.K., Xiao Y.G., Zhang Y., Xia X.C., Dubcovsky J., He Z.H. Allelic variation at the vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1 and Vrn-B3 in Chinese wheat cultivars and their association with growth habit. Crop Science, 2008, 48(2): 458-470 ( ).
  • DOI: 10.2135/cropsci2007.06.0355
  • Sun Q.-M., Zhou R.-H., Gao L.-F., Zhao G.-Y., Jia J.-Z. The characterization and geographical distribution of the genes responsible for vernalization requirement in Chinese bread wheat. Journal of Integrative Plant Biology, 2009, 51(4): 423-432 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1744-7909.2009.00812.x
  • Zhang J., Wang Y., Wu S., Yang J., Liu H., Zhou Y. A single nucleotide polymorphism at the Vrn-D1 promoter region in common wheat is associated with vernalization response. Theoretical and Applied Genetics, 2012, 125(8): 1697-1704 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-012-1946-z
  • Ригин Б.В., Звейнек С.Н., Булавка Н.В. Генотипы образцов яровой мягкой пшеницы по генам, контролирующим тип развития. Аграрный научный журнал, 1985, 427: 38.
  • Bespalova L.A., Koshkin V.A., Potokina E.K., Filobok V.A., Matvienko I.I., Mitrofanova O.P., Guenkova E.A. Photoperiod sensitivity and molecular marking of genes Ppd and Vrn in connection with breeding alternative-habit wheat varieties. Russian Agricultural Sciences, 2010, 36(6): 389-392 ( ).
  • DOI: 10.3103/S1068367410060017
  • Wang L., Niu J.S., Li Q.Y., Qin Z., Ni Y.J., Xu H.X. Allelic variance at the vernalization gene locus Vrn-D1 in a group of sister wheat (Triticum aestivum) lines and its effects on development. The Journal of Agricultural Science, 2015, 153(4): 588-601 ( ).
  • DOI: 10.1017/S0021859614000409
  • Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. Новосибирск, 2002.
  • Košner J., Pánková K. Chromosome substitutions with dominant loci Vrn-1 and their effect on developmental stages of wheat. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, 2004, 40(2): 37-44.
  • Yan L., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN-1 promoter region in polyploid wheat. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 109(8): 1677-1686 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4
  • Fu D., Szücs P., Yan L., Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J., Hayes P.M., Dubcovsky J. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Molecular Genetics and Genomics, 2005, 273(1): 54-65 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4
  • Golovnina K.A., Kondratenko E.Ya., Blinov A.G., Goncharov N.P. Molecular characterization of vernalization loci VRN1 in wild and cultivated wheats. BMC Plant Biology, 2010, 10(1): 168 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2229-10-168
  • Dubcovsky J., Loukoianov A., Fu D., Valarik M., Sanchez A., Yan L. Effect of photoperiod on the regulation of wheat vernalization genes VRN1 and VRN2. Plant Molecular Biology, 2006, 60(4): 469-480 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11103-005-4814-2
  • Muterko A., Kalendar R., Salina E. Novel alleles of the VERNALIZATION1 genes in wheat are associated with modulation of DNA curvature and flexibility in the promoter region. BMC Plant Biology, 2016, 16(Suppl.): Article number 9 ( ).
  • DOI: 10.1186/s12870-015-0691-2
  • Мутерко А.Ф., Салина Е.А. Анализ полиморфизма экзона-4 гена VERNALIZATION-A1 у видов полиплоидной пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2017, 21(3): 323-333 ( ).
  • DOI: 10.18699/VJ16.19-o
  • Santra D.K., Santra M., Allan R.E., Campbell K.G., Kidwell K.K. Genetic and molecular characterization of vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1, and Vrn-D1 in spring wheat germplasm from the Pacific Northwest region of the U.S.A. Plant Breeding, 2009, 128(6): 576-584 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1439-0523.2009.01681.x
  • Shcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Molecular Breeding, 2012, 29(3): 675-685 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11032-011-9581-y
  • Milec Z., Tomková L., Sumíková T., Pánková K. A new multiplex PCR test for the determination of Vrn-B1 alleles in bread wheat (Triticum aestivum L.). Molecular Breeding, 2012, 30(1): 317-323 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11032-011-9621-7
  • Chu C.-G., Tan C.T., Yu G.-T, Zhong S., Xu S.S., Yan L. A novel retrotransposon inserted in the dominant Vrn-B1 allele confers spring growth habit in tetraploid wheat (Triticum turgidum L.). G3: Genes, Genomes, Genetics, 2011, 1(7): 637-645 ( ).
  • DOI: 10.1534/g3.111.001131
  • Zhang X., Gao M., Wang S., Chen F., Cui D. Allelic variation at the vernalization and photoperiod sensitivity loci in Chinese winter wheat cultivars (Triticum aestivum L.). Front. Plant Sci., 2015, 6: 470 ( ).
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00470
  • Takumi S., Koyama K., Fujiwara K., Kobayashi F. Identification of a large deletion in the first intron of the Vrn-D1 locus, associated with loss of vernalization requirement in wild wheat progenitor Aegilops tauschii Coss. Genes & Genetic Systems, 2011, 86(3): 183-195 ( ).
  • DOI: 10.1266/ggs.86.183
  • Muterko A., Balashova I., Cockram J., Kalendar R., Sivolap Y. The new wheat vernalization response allele Vrn-D1s is caused by DNA transposon insertion in the first intron. Plant Mol. Biol. Rep., 2015, 33(2): 294-303 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11105-014-0750-0
  • Мутерко А.Ф. Анализ полиморфизма генов VRN и PPD у тетраплоидных и гексаплоидных видов рода Triticum L. Автореф. канд. дис. Новосибирск, 2017.
  • Kippes N., Debernardi J.M., Vasquez-Gross H.A., Akpinar B.A., Budak H., Kato K., Chao S., Akhunov E., Dubcovsky J. Identification of the VERNALIZATION 4 gene reveals the origin of spring growth habit in ancient wheats from South Asia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(39): E5401-E5410 ( ).
  • DOI: 10.1073/pnas.1514883112
  • Chen F., Gao M., Zhang J., Zuo A., Shang X., Cui D. Molecular characterization of vernalization and response genes in bread wheat from the Yellow and Huai Valley of China. BMC Plant Biology, 2013, 13: 199 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2229-13-199
  • Nowak M., Leśniowska-Nowak J., Zapalska M., Banaszak Z., Kondracka K., Dudziak K., Kowalczyk K. Analysis of VRN1 gene in triticale and common wheat genetic background. Scientia Agricola, 2014, 71(5): 345-355 ( ).
  • DOI: 10.1590/0103-9016-2013-0254
  • Зайцева О.И., Лемеш В.А. Аллельный состав генов VRN-A1, VRN-B1, VRN-B3 у линий удвоенных гаплоидов гексаплоидной тритикале. Генетика, 2015, 51(7): 766-774 ( ).
  • DOI: 10.7868/S0016675815070140
  • Shcherban A.B., Emtseva M.V., Efremova T.T. Molecular genetical characterization of vernalization genes Vrn-A1, Vrn-B1 and Vrn-D1 in spring wheat germplasm from Russia and adjacent regions. Cereal Research Communications, 2012, 40(3): 351-361 ( ).
  • DOI: 10.1556/CRC.40.2012.3.4
  • Shcherban A.B., Börner A., Salina E.A. Effect of VRN-1 and PPD-D1 genes on heading time in European bread wheat cultivars. Plant Breeding, 2015, 134(1): 49-55 ( ).
  • DOI: 10.1111/pbr.12223
  • Milec Z., Sumíková T., Tomková L., Pánková K. Distribution of different Vrn-B1 alleles in hexaploid spring wheat germplasm. Euphytica, 2013, 192(3): 371-378 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10681-013-0863-9
  • Лихенко И.Е., Стасюк А.И., Щербань А.Б., Зырянова А.Ф., Лихенко Н.И., Салина Е.А. Изучение аллельного состава генов VRN-1 и PPD-1 у раннеспелых и среднеранних сортов яровой мягкой пшеницы Сибири. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2014, 18(4/1): 691-703.
  • Diaz A., Zikhali M., Turner A.S., Isaac P., Laurie D.A. Copy number variation affecting the Photoperiod-B1 and Vernalization-A1 genes is associated with altered flowering time in wheat (Triticum aestivum). PLoS ONE, 2012, 7(3): e33234 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0033234
  • Stelmakh A.F. Genetic effects of Vrn genes on heading date and agronomic traits in bread wheat. Euphytica, 1993, 65(1): 53-60 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00022199
  • Iqbal M., Navabi A., Yang R.-C., Salmon D.F., Spaner D. The effect of vernalization genes on earliness and related agronomic traits of spring wheat in northern growing regions. Crop Science, 2007, 47(3): 1031-1039 ( ).
  • DOI: 10.2135/cropsci2006.09.0618
  • Ukalska J., Kociuba W. Phenotypical diversity of winter triticale genotypes collected in the Polish gene bank between 1982 and 2008 with regard to major quantitative traits. Field Crops Research, 2013, 149: 203-212 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.fcr.2013.05.010
  • Воронин А.Н., Стельмах А.Ф. Этапы органогенеза у почти изогенных по локусам Vrn1-3 линий мягкой пшеницы. Научно-технический бюллетень ВСГИ, 1985, 55: 19-23.
  • Тищенко В.Н., Чекалин Н.М., Панченко И.А., Усова З.В. Продолжительность вегетационного и межфазных периодов и их корреляции с урожайностью в зависимости от условий года и генотипа озимой мягкой пшеницы. Режим доступа: http://agromage.com/stat_id.php?id=409. Дата обращения: 7.10.2019.
  • Würschum T., Liu W., Alheit K.V., Tucker M.R., Gowda M., Weissmann E.A., Hahn V., Maurer H.P. Adult plant development in triticale (× Triticosecale Wittmack) is controlled by dynamic genetic patterns of regulation. G3: Genes, Genomes, Genetics, 2014, 4(9): 1585-1591 ( ).
  • DOI: 10.1534/g3.114.012989
  • Жмурко В.В., Авксентьева О.А., Зубрич А.И., Юхно Ю.Ю., Петренко В.А., Попова Ю.В., Самойлов А.М., Хань Бин. Эффекты генов фотопериодической чувствительности (PPD и EE) и потребности в яровизации (VRN) на физиолого-биохимические процессы у растений. Buletinul Academiei de Ştiinţe a Moldovei, 2011, 3(315): 72-79.
  • Жмурко В.В., Авксентьева О.А., Хань Бин. Фотопериодическая регуляция темпов развития и содержания различных форм азота у изогенных по генам VRN линий пшеницы. Физиология растений и генетика, 2013, 45(5): 408-416.
  • Корень Л.В., Хотылева Л.В. Влияние экспрессии генов типа развития у разных по геномному составу линий тритикале на формирование продуктивности. Вестник фонда фундаментальных исследований, 2010, 4(54): 116-124.
  • Stepochkin P.I. Study and utilization of spontaneous spring mutations of wheat, rye and triticale in Siberia. Proc. 14th Int. EWAC Conf. /A. Börner, J.W. Snape (eds.). Istanbul, Turkey, 2007: 148-154.
  • Степочкин П.И., Артемова Г.В. О факторах, влияющих на возникновение яровых растений в популяциях озимой пшеницы, ржи и тритикале. Вестник ВОГиС, 2008, 12(4): 710-716.
  • Oliver S.N., Finnegan E.J., Dennis E.S., Peacock W.J., Trevaskis B. Vernalization-induced flowering in cereals is associated with changes in histone methylation at the VERNALIZATION1 gene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, 106(20): 8386-8391 ( ).
  • DOI: 10.1073/pnas.0903566106
  • Li X., Liu Y. The conversion of spring wheat into winter wheat and vice versa: false claim or Lamarckian inheritance? Journal of Biosciences, 2010, 35(2): 321-325 ( ).
  • DOI: 10.1007/s12038-010-0035-1
  • Loukoianov A., Yan L., Blechl A., Sanchez A., Dubcovsky J. Regulation of VRN-1 vernalization genes in normal and transgenic polyploid wheat. Plant Physiology, 2005, 138(4): 2364-2373 ( ).
  • DOI: 10.1104/pp.105.064287
  • Медведев А.М., Пома Н.Г., Осипов В.В., Жихарев С.Д. О направлениях и методах повышения морфогенетического разнообразия и селекционной ценности тритикале. Зернобобовые и крупяные культуры, 2017, 3(23): 50-58.
  • Поползухина Н.А., Поползухин П.В., Якунина Н.А., Супонин М.С. Использование мутационной и аллоцитоплазматической изменчивости в селекции яровой мягкой пшеницы на адаптивность. Мат. Межд. конгр. "Биотехнология: состояние и перспективы развития". М., 2017, т. 2: 97-100.
  • Кротова Л.А. Получение скороспелых форм яровой мягкой пшеницы с помощью химических мутагенов. Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2010, 2(64): 28-31.
  • Leonova I.N., Dobrovolskaya O.B., Kaminskaya L.N., Adonina I.G., Koren L.V., Khotyljova L.V., Salina E.A. Molecular analysis of the triticale lines with different Vrn gene systems using microsatellite markers and hybridization in situ. Russian Journal of Genetics, 2005, 41(9): 1014-1020 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11177-005-0193-7
Еще
Статья обзорная