bioselБиотехнология и селекция растенийPlant Biotechnology and Breeding2658-62662658-6258VIR10.30901/2658-6266-2023-4-o5biosel-208Research ArticleРАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИDEVELOPMENT OF MODERN BREEDING METHODSЛинии льна гибридного происхождения, гомозиготные по генам хлорофильной окраски и других морфологических признаков, в генетической коллекции ВИРFlax lines of hybrid origin homozygous for genes of chlorophyll coloration and other morphological traits in the VIR flax genetic collectionhttps://orcid.org/0000-0002-8328-9684ПороховиноваЕ. А.PorokhovinovaE. A.

Елизавета Александровна Пороховинова, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Отдел генетических ресурсов масличных и прядильных культур, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Elizaveta A. Porokhovinova, Dr. Sci (Biology), Leading Researcher, Department of Oil and Fiber Crop Genetic Resources, VIR

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg, 190000 Russia

e.porohovinova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2487-5912ДубовскаяА. Г.DubovskayaA. G.

Александра Григорьевна Дубовская, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, Отдел генетических ресурсов масличных и прядильных культур,  ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Alexandra G. Dubovskaya, Cand. Sci (Agriculture), Senior Researcher, Department of Oil and Fiber Crop Genetic Resources, VIR

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg, 190000 Russia

a.dubovskaya@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources202301032024642839Copyright © Пороховинова Е.А., Дубовская А.Г., 20232023Пороховинова Е.А., Дубовская А.Г.Porokhovinova E.A., Dubovskaya A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://biosel.elpub.ru/jour/article/view/208

В связи с изменением климата и индустриализацией сельского хозяйства возрастает роль генетических коллекций. В работе охарактеризована 41 линия льна генетической коллекции ВИР, мутантная по хлорофильной окраске – 5 родительских, созданных на основе мировой коллекции ВИР, и 36 рекомбинантных. 

Создано 36 рекомбинантных линий, гомозиготных по двум и более генам морфологических признаков, а именно с хлорофильной недостаточностью и различиями по антоциановой окраске, форме стебля и наличию ресничек у перегородок коробочек. Антоциановая окраска и другие морфологические признаки контролировались одним или более из 22 выявленных нами генов. Четыре из рекомбинантных линий были также гомозиготными по двум-трем независимым генам хлорофильной окраски.

Установлено, что гены хлорофильной окраски и 22 гена, контролирующих другие морфологические признаки, имеют независимое действие.

Гены ygp1 и ygp2 не оказывают значительного влияния на большинство хозяйственно ценных признаков, кроме раннего зацветания и могут использоваться для маркирования сортов.

Гены s1, YSED1, ysed2 и rs1, определяющие жёлтосемянность необходимы для создания сортов льна пищевого назначения, что делает полученные на их основе 11 линий востребованными для целей селекции.

У льна не известны продукты ни одного из генов хлорофильной окраски, поэтому созданная генетическая коллекция будет востребована для решения этой проблемы.

Due to climate change and the industrialization of agriculture, the role of genetic collections is increasing. The paper characterizes 41 flax lines with mutations regarding chlorophyll coloration from the VIR genetic collection: 5 parental lines created on the basis of the VIR global flax collection, and 36 recombinant ones.

Among the 36 created recombinant lines, homozygous for two or more genes of morphological traits, there are those with chlorophyll deficiency and differences in anthocyanin color, stem shape and ciliation of the septa of the boll. Anthocyanin coloration and other morphological features were controlled by one or two of the 22 genes identified by us. Four of the recombinant lines were also homozygous for two or three independent chlorophyll coloration genes.

It was established that the genes of chlorophyll coloration and 22 genes controlling other morphological features act independently.

The ygp1 and ygp2 genes do not have a significant effect on most economically valuable traits, except for early flowering, and can be used for labeling varieties.

The genes s1, YSED1, ysed2 and rs1, which determine the yellow seed color, are necessary for the creation of flax varieties for food purposes, which makes the 11 lines based on these genes in demand for breeding purposes.

In flax, the molecular genetic function of none of the chlorophyll coloration genes is known, so the created genetic collection will be in demand to solve this problem.

лен-долгунецлен-масличныйLinum usitatissimum L.генетическая коллекциягены хлорофильной окраскихлоропластные генымножественно маркированные линииflax linseedLinum usitatissimumgenetic collectionchlorophyll coloration geneschloroplast genesmultiple marked linesработа выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту FGEM-2022-0005 «Коллекция масличных и прядильных культур ВИР: поддержание, изучение, расширение генетического разнообразия».The research was performed within the framework of the State Task according to the theme plan of VIR, Project No. FGEM-2022-0005 “The collection of oil and fiber crops at VIR: maintenance, study, and genetic diversity expansion”.ReferencesBelcher S., Williams-Carrier R., Stiffler N., Barkan A. Large-scale genetic analysis of chloroplast biogenesis in maize. Biochimica et Biophysica Acta. 2015;1847(9):1004-1016. DOI: 10.1016/j.bbabio.2015.02.014Belcher S., Williams-Carrier R., Stiffler N., Barkan A. Large-scale genetic analysis of chloroplast biogenesis in maize. Biochimica et Biophysica Acta. 2015;1847(9):1004-1016. DOI: 10.1016/j.bbabio.2015.02.014Егоров С.В., Порхунцова О.А. Оценка генотипов льна масличного по критериям внутренней структуры на основе молекулярных маркеров семян. Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2019;(1):70-75.Egorov S.V., Porkhuntsova O.A. Evaluation of oilseed flax genotypes according to internal structure criteria based on molecular markers of seeds (Otsenka genotipov l'na maslichnogo po kriteriyam vnutrenney struktury na osnove molekulyarnykh markerov semyan). Bulletin of the Belarussian State Agricultural Academy. 2019;(1):70-75. [in Russian]FAOSTAT domains: “crops processed”, element: “Area harvested” crops: linseed, flax. Available from: http://www.fao.org/faostat/ru/#data/QC [accessed Oct. 10, 2023].FAOSTAT domains: “crops processed”, element: “Area harvested” crops: linseed, flax. Available from: http://www.fao.org/faostat/ru/#data/QC [accessed Oct. 10, 2023].Гриб С.И., Богдан В.З. Оптимизация методологии и результаты селекции льна-долгунца в Беларуси. Таврический вестник аграрной науки. 2023;1(33):6-18. DOI: 10.5281/zenodo.7896477Grib S.I., Bogdan V.Z. Optimization of the methodology and results of flax breeding in Belarus. Taurida Herald of the Agrarian Sciences. 2023;1(33):6-18. [in Russian]. DOI: 10.5281/zenodo.7896477Калам Ю., Орав Т. Хлорофильная мутация. Таллин: Валгус; 1974.Kalam Yu., Orav T. Chlorophyll mutation (Khlorofilnaya mutatsiya)). Tallinn: Valgus; 1974 [in Russian]Keijzer P., Metz P.L.J. Breeding of flax for fibre production in Western Europe. In: H.S. Shekhar Sharma, C.F. van Sumere (eds.). The Biology and Processing of Flax. Belfast: M Publications; 1992. p.33-66.Keijzer P., Metz P.L.J. Breeding of flax for fibre production in Western Europe. In: H.S. Shekhar Sharma, C.F. van Sumere (eds.). The Biology and Processing of Flax. Belfast: M Publications; 1992. p.33-66.Хлесткина Е.К. Генетические ресурсы России: от коллекций к биоресурсным центрам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):9-30. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-9-30Khlestkina E.K. Genetic resources in Russia: from collections to bioresource centers. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2022;183(1):9-30. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-9-30Королев К.П., Боме Н.А., Колоколова Н.Н. Фенотипическая изменчивость образцов Linum usitatissimum L. в условиях Северного Зауралья. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(1):102-117. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-1-102-117Korolev K.P., Bome N.A., Kolokolova N.N. Phenotypic variability of Linum usitatissimum L. accessions under the conditions of the Northern Trans-Urals. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2023;184(1):102-117. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-1-102-117Кутузова С.Н., Гаврилюк И.П., Эгги Э.Э. Перспективы использования белковых маркеров в уточнении систематики и эволюции рода Linum L. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1999;156:29-39.Kutuzova S.N., Gavrilyuk I.P., Eggi E.E. Perspectives of protein markers used to specify the sistematics and evolution of the genus Linum L. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 1999;156:29-39. [in Russian]Кутузова С.Н., Пороховинова Е.А., Пендинен Г.И. Происхождение и эволюция Linum usitatissimum L. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2015;176(4):436-455. DOI: 10.30901/2227-8834-2015-4-436-455Kutuzova S.N., Porokhovinova E.A., Pendinen G.I. Origin and evolution of Linum usitatissimum L. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2015;176(4):436-455. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2015-4-436-455Li Y., Wu B., Gao Y., Wu L., Zhao X., Wu L., Zhou H., Tang J. Combination of organic and inorganic fertilizers to counteract climate change effects on cultivation of oilseed flax (Linum usitatissimum L.) using the APSIM model in arid and semiarid environments. Agronomy 2023;13:2995. DOI: 10.3390/agronomy13122995Li Y., Wu B., Gao Y., Wu L., Zhao X., Wu L., Zhou H., Tang J. Combination of organic and inorganic fertilizers to counteract climate change effects on cultivation of oilseed flax (Linum usitatissimum L.) using the APSIM model in arid and semiarid environments. Agronomy 2023;13:2995. DOI: 10.3390/agronomy13122995Лисицын Е.М., Чуракова С.А., Баталова Г.А. Генотипическая вариабельность функционирования фотосистемы II листьев пленчатого и голозерного овса. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(3):17-26. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-3-17-26Lisitsyn E.M., Churakova S.A., Batalova G.A. Genotypic variability in the functioning of photosystem II in leaves of covered and naked oats. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2022;183(3):17-26. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-3-17-26Lopes A.S., Pacheco T.G., Santos K.G., Vieira L.N., Guerra M.P., Nodari R.O., Souza E.M., Pedrosa F.O., Rogalski M. The Linum usitatissimum L. plastome reveals atypical structural evolution, new editing sites, and the phylogenetic position of Linaceae within Malpighiales. Plant Cell Reports. 2018;37(2):307-328. DOI: 10.1007/s00299-017-2231-zLopes A.S., Pacheco T.G., Santos K.G., Vieira L.N., Guerra M.P., Nodari R.O., Souza E.M., Pedrosa F.O., Rogalski M. The Linum usitatissimum L. plastome reveals atypical structural evolution, new editing sites, and the phylogenetic position of Linaceae within Malpighiales. Plant Cell Reports. 2018;37(2):307-328. DOI: 10.1007/s00299-017-2231-zЛях В.А., Мищенко Л.Ю., Полякова И.А. Генетическая коллекция вида Linum usitatissimum L. Запорожье: ИМК УААН; 2003.Lyakh V.A., Mishchenko L.Yu., Polyakova I.A. Genetic collection of the species Linum usitatissimum L. Zaporozhye: IOC UAAS; 2003. [in Russian]Митрофанова О.П. Единая генетическая коллекция Triticum aestivum (Принципы создания). В кн.: Генетические коллекции растений. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН; 1993. Вып. 1. С.39-51.Mitrofanova O.P. Unified genetic collection of Triticum aestivum (Principles of creation) (Yedinaya geneticheskaya kollektsiya Triticum aestivum (Printsipy sozdaniya)). In: Genetic collections of plants. Novosibirsk: IC&G SB RAS; 1993. Iss. 1. p.39-51. [in Russian]Moyse J., Lecomte S., Marcou S., Mongelard G., Gutierrez L., Höfte M. Overview and management of the most common eukaryotic diseases of flax (Linum usitatissimum). Plants. 2023;12(15):2811. DOI: 10.3390/plants12152811Moyse J., Lecomte S., Marcou S., Mongelard G., Gutierrez L., Höfte M. Overview and management of the most common eukaryotic diseases of flax (Linum usitatissimum). Plants. 2023;12(15):2811. DOI: 10.3390/plants12152811Neumann K., Schulthess A.W., Bassi F.M., Dhanagond S., Khlestkina E., Börner A., Graner A., Kilian B. Genomic approaches to using diversity for the adaptation of modern varieties of wheat and barley to climate change. In: K. Ghamkhar, W. Williams, A.H.G. Brown (eds.) Plant Genetic Resources for the 21st Century The OMICS Era. Ontario: Apple Academic Press; 2023. p.47-78.Neumann K., Schulthess A.W., Bassi F.M., Dhanagond S., Khlestkina E., Börner A., Graner A., Kilian B. Genomic approaches to using diversity for the adaptation of modern varieties of wheat and barley to climate change. In: K. Ghamkhar, W. Williams, A.H.G. Brown (eds.) Plant Genetic Resources for the 21st Century The OMICS Era. Ontario: Apple Academic Press; 2023. p.47-78.Полякова И.А. Мутация viridis индуцированная у льна масличного. Вiснiк Запоризького нацiонального унiверситету. 2008;(2):163-165.Polyakova I.A. Mutation of viridis type, induced to oilseed flax. Bulletin of Zaporizhzhia National University. 2008;(2):163-165. [in Russian]Полякова И.А. Наследование хлорофильной мутации xanthoviridis у льна масличного. Науково-технічний бюлетень Інституту олійних культур УААН. 2009;14:52-55.Polyakova I.A. Inheritance of chlorophyll mutation of xanthoviridis in oilseed flax. Scientific and Technical Bulletin of the Institute of oilseeds of the UAAS. 2009;14:52-55. [in Russian]Пороховинова Е.А. Генетический контроль морфологических признаков льна. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;167:159-184.Porokhovinova E.A. Genetic control of morphological characters of flax. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2011;167:159-184. [in Russian]Пороховинова Е.А. Генетическая коллекция льна (Linum usitatissimum L.): создание, анализ и перспективы использования: дис. ... д-ра биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2019.Porokhovinova E.A. Genetic collection of flax (Linum usitatissimum L.): creation, analysis and prospects of use (Geneticheskaya kollektsiya l'na (Linum usitatissimum L.): sozdaniye, analiz i perspektivy ispol'zovaniya) [dissertation] St. Petersburg: VIR; 2019. [in Russian]Пороховинова Е.А., Брач Н.Б., Слободкина А.А., Павлов А.В. Линии льна мутантные по хлорофильной окраске в генетической коллекции ВИР. Биотехнология и селекция растений. [в печати] 2023. DOI: 10.30901/2658-6266-2023-oPorokhovinova E.A., Brutch N.B., Slobodkina A.A., Pavlov A.V. Flax lines mutant for chlorophyll coloration in the genetic collection of VIR. Plant Biotechnology and Breeding. [preprint] 2023. [in Russian]. DOI: 10.30901/2658-6266-2023-oШестаков С.В. Молекулярная генетика фотосинтеза. Соросовский образовательный журнал. 1998;(8):22-27.Shestakov S.V. Molecular genetics of photosynthesis. Soros Educational Journal. 1998;(8):22-27. [in Russian]Смирнов В.Г. Значение генетических коллекций для фундаментальных исследований. В кн.: Идентифицированный генофонд растений и селекция / под ред. Б.В. Ригина, Е.И. Гаевской. Санкт-Петербург: ВИР; 2005. С.783-806.Smirnov V.G. Importance of genetic collections for fundamental research (Znachenie geneticheskikh kollektsiy dlya fundamental’nykh issledovaniy). In: B.V. Rigin, E.I. Gayevskaya (eds.) Identifitsirovannyy genofond rasteniy i selektsiya = Identified plant genepool. St. Petersburg: VIR; 2005. p.783-806. [in Russian]Sudarshan G.P, Kulkarni M., Akhov L., Ashe P., Shaterian H., Cloutier S., Rowland G., Wei Y., Selvaraj G. QTL mapping and molecular characterization of the classical D locus controlling seed and flower color in Linum usitatissimum (flax). Scientific Reports. 2017;7(1):15751. DOI: 10.1038/s41598-017-11565-7Sudarshan G.P, Kulkarni M., Akhov L., Ashe P., Shaterian H., Cloutier S., Rowland G., Wei Y., Selvaraj G. QTL mapping and molecular characterization of the classical D locus controlling seed and flower color in Linum usitatissimum (flax). Scientific Reports. 2017;7(1):15751. DOI: 10.1038/s41598-017-11565-7Вайло В.В., Лях В.О. Вплив летальноi хлорофiльноi мутацii типу “albina” на ознаки проросткiв льону олiйного та ii успадкувания. Актуальні питання біології, екології та хімії. 2014;7(1):111-116.Vaylo V., Lyakh V. Influence of lethal chlorophyll mutation of “albina” type on seedling characters in oil flax and its inheritance. Current Issues of Biology, Ecology and Chemistry. 2014;7(1):111-116. [in Ukrainian]Wang Z., Hobson N., Galindo L., Zhu S., Shi D., McDill J., Yang L., Hawkins S., Neutelings G., Datla R., Lambert G., Galbraith D.W., Grassa C.J., Geraldes A., Cronk Q.C., Cullis C., Dash P.K., Kumar P.A., Cloutier S., Sharpe A.G., Wong G.K.-S., Wang J., Deyholos M.K. The genome of flax (Linum usitatissimum) assembled de novo from short shotgun sequence reads. The Plant Journal. 2012;72(3):461-473.Wang Z., Hobson N., Galindo L., Zhu S., Shi D., McDill J., Yang L., Hawkins S., Neutelings G., Datla R., Lambert G., Galbraith D.W., Grassa C.J., Geraldes A., Cronk Q.C., Cullis C., Dash P.K., Kumar P.A., Cloutier S., Sharpe A.G., Wong G.K.-S., Wang J., Deyholos M.K. The genome of flax (Linum usitatissimum) assembled de novo from short shotgun sequence reads. The Plant Journal. 2012;72(3):461-473.Zare S., Mirlohi A., Sabzalian M.R., Saeidi G., Koçak M.Z., Hano C. Water stress and seed color interacting to impact seed and oil yield, protein, mucilage, and secoisolariciresinol diglucoside content in cultivated flax (Linum usitatissimum L.). Plants. 2023;12(8):1632. DOI: 10.3390/plants12081632Zare S., Mirlohi A., Sabzalian M.R., Saeidi G., Koçak M.Z., Hano C. Water stress and seed color interacting to impact seed and oil yield, protein, mucilage, and secoisolariciresinol diglucoside content in cultivated flax (Linum usitatissimum L.). Plants. 2023;12(8):1632. DOI: 10.3390/plants12081632

The authors declare that there are no conflicts of interest present.