Исследование редких видов пшениц как доноров для селекции на содержание антоцианов в зерне

Мягкая пшеница (Triticum aestivum L.), накапливающая антоцианы в зерне, - перспективное сырье для производства продукции для функционального питания. При создании богатых антоцианами сортов зерновых культур актуален выбор подходящих доноров. В настоящей работе впервые с помощью комплексного анализа паттернов антоциановой пигментации вегетативных органов и зерна у редких видов пшениц из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) были выявлены доноры доминантных аллелей генов Ba , Pp-1 и Pp3 , контролирующих синтез антоцианов, а также проведена оценка их устойчивости к грибным болезням. Целью работы было исследование редких видов пшеницы на наличие антоциановой окраски зерна и вегетативных органов, выявление доноров доминантных аллелей генов Ba , Pp-1 и Pp3 , а также оценка потенциальных доноров на устойчивость к грибным болезням. Проявления антоциановой окраски зерна и вегетативных органов исследовали у 16 редких видов пшеницы из коллекции ВИР: однозернянок T. urartu Thum. ex Gandil (n = 68), T. boeoticum Boiss. (n = 99), T. monococcum L. (n = 113); полб T. dicoccoides (Körn. ex Aschers. et Graebn.) Schweinf. (n = 256), T. dicoccum (Schrank) Schuebl. (n = 502), T. araraticum Jakubz. (n = 42), T. timopheevii Zhuk. (n = 45); голозерных тетраплоидов T. aethiopicum Jakubz. (n = 246), T. persicum Vav. (n = 140), T. polonicum L. (n = 61), T. turanicum Jakubz. (n = 38), T. turgidum L. (n = 421); спельт T. spelta L. (n = 231), T. macha Dekapr. et Menabde (n = 37); голозерных гексаплоидов T. compactum Host. (n = 616), T. sphaerococcum Perciv. ( n = 54). Всего было проанализировано 2969 образцов. Наличие антоциановой окраски колеоптиля оценивали у 5-7-суточных проростков, полученных на чашках Петри в условиях комнатной температуры и естественного освещения. Окраску листового влагалища, узла соломины и ушек листовой пластинки оценивали на Дагестанской опытной станции ВИР (41,98° N, 48,33° E) в 2019-2021 годах. Цвет листового влагалища определяли в межфазный период выход в трубку-колошение, окраску влагалищ оценивали у трех нижних листьев, цвет ушек и стеблевых узлов отмечали в фазу колошения, просматривая минимум 10 растений. Для генотипирования из изучаемой коллекции пшеницы были отобраны 65 образцов, среди которых 22 образца T. boeoticum (17 образцов с голубой и 5 - с красной окраской зерна), 3 образца T. durum (с фиолетовой, белой и красной окраской зерна), 8 образцов T. spelta (2 образца с голубой, 3 - с белой и 3 - с красной окраской зерна) и 32 образца T. aethiopicum (23 образца с фиолетовой, 1 - с белой и 8 - с красной окраской зерна). ДНК выделяли из молодых листьев пяти растений каждого образца. Выделенную ДНК анализировали с помощью ПЦР с использованием внутригенных маркеров Pp3-diagnostic и ThMyc4E-specific, разработанных для генов биосинтеза антоцианов соответственно Pp3 и Ba1. Фенологические наблюдения и оценку устойчивости образцов к грибным болезням на естественном инфекционном фоне проводили на Дагестанской опытной станции ВИР в 2017-2018 годах. Устойчивость оценивали по 9-балльной шкале. В коллекции были выявлены 13 и 2 голубозерных образца соответственно T. boeoticum и T. spelta , несущие доминантные аллели генов Ba , контролирующих синтез антоцианов в алейроновом слое зерновки, и 22 фиолетовозерных образца T. aethiopicum , несущие доминантные аллели гена Pp3 , контролирующего совместно с генами Pp-1 синтез антоцианов в перикарпе зерновки. Присутствие доминантных аллелей генов Ba и Pp3 в геноме у выявленных образцов было подтверждено с помощью генотипирования ДНК молекулярными маркерами. Все образцы T. timopheevii и большинство образцов T. turanicum были белозерными, что указывает на наличие мутаций в генах, контролирующих синтез проантоцианидинов. Анализ окраски вегетативных органов показал, что разные виды пшеницы характеризуются различными паттернами пигментации, что подразумевает вовлечение в формирование окраски различных частей растения, помимо известных генов Pp-1 , контролирующих окраску вегетативных органов, дополнительных генов. У большинства проанализированных видов окраска колеоптиля зачастую проявлялась совместно с окраской листовых влагалищ и ушек, за исключением T. timopheevii и T. araraticum , у которых при наличии окраски колеоптиля и ушек отсутствовала окраска листовых влагалищ. Окраска узлов стебля зачастую не зависела от наличия антоцианового пигмента на других вегетативных органах и, по-видимому, наследуется независимо. Выявленные образцы с антоциановой пигментацией служат перспективными донорами для селекции с целью получения продукции, предназначенной для рациона функционального питания, а неокрашенные образцы представляют интерес в качестве идентифицированного генофонда для сравнительных генетических исследований молекулярно-генетических механизмов формирования признаков окраски у разных видов пшеницы.