Линии льна мутантные по хлорофильной окраске в генетической коллекции ВИР

Фотосинтез – один из главных биологических процессов, обеспечивающий жизнь на планете. Использование знаний о генетическом контроле биосинтеза хлорофиллов поможет повысить продуктивность льна. В работе были изучены гибриды от скрещивания пяти линий дефектных по хлорофильной окраске и пяти – с зеленой окраской растения, различающихся по другим морфологическим признакам.

Установлено наследование четырёх ядерных генов, контролирующих хлорофильную окраску растения. Независимые гены ygp1 (yellow green plant у линии гк-210) и ygp2 (у линии гк-473) – контролируют жёлто-зелёную окраску ювенильного растения (Xanthovirescens). Показано комплементарное взаимодействие этих генов, проявляющееся как жёлтая окраска ювенильного растения. Доказана аллельность ygp2 (у гк-473) и ygp2-2 (у гк-570), но не идентичность, так как мутации получены независимо. Гены zeb1 и zeb2 (оба у линии гк-281), взаимодействуя по типу некумулятивной полимерии, обуславливают повышенную светочувствительность, чередование белых и зелёных полос на листьях (Viridoalbostriata). Эти гены маскируют работу генов ygp1 и ygp2. Впервые в мире у льна установлен материнский тип наследования хлорофильной окраски растения, контролируемой хлоропластным геном ygp3 Носителем этого гена является линия гк-480. Установлено, что линия гк-570, помимо гена ygp2-2, гомозиготна по генам CSB1 (наличие ресничек на ложной перегородке коробочки) и YSED1 (доминантная жёлтосемянность), а линия гк-480, помимо гена ygp3, гомозиготна по генам CSB1 и dlb3 (светло голубой венчик). Доказана аллельность, но не равенство генов dlb3 у линий гк-480 и гк-210. Гены хлорофильной окраски ygp1 и ygp2 перспективны для маркирования сортов. Необходимо их более подробное изучение с целью возможного создания пластичных сортов, способных переносить неблагоприятные условия на ранних стадиях развития.

1. Andorf C.M., Cannon E.K., Portwood J.L., Gardiner J.M., Harper L.C., Schaeffer M.L., Braun B.L., Campbell D.A., Vinnakota A.G., Sribalusu V.V., Huerta M., Cho K.T., Wimalanathan K., Richter J.D., Mauch E.D., Rao B.S., Birkett S.M., Sen T.Z., Lawrence-Dill C.J. MaizeGDB update: new tools, data and interface for the maize model organism database. Nucleic Acids Research. 2016;44(D1):D1195-D1201. DOI: 10.1093/nar/gkv1007

2. Bačelis K.P. Chlorofilinës mutacijos linø veislëse, paveiktose cheminiais mutagenais. In: Mutageniniø faktoriø veikimas ir genetiniø metodø taikymas selekcijoje. Vilnius; 1975. p.33-34. [in Lithuanian]

3. Beard B.H., Comstock V.E. Flax genetics and gene symbolism. Crop Science. 1965;5(2):151-155. DOI: 10.2135/cropsci1965.0011183X000500020015x

4. Belcher S., Williams-Carrier R., Stiffler N., Barkan A. Large-scale genetic analysis of chloroplast biogenesis in maize. Biochimica et Biophysica Acta. 2015;1847:1004-1016. DOI: 10.1016/j.bbabio.2015.02.014

5. Brethagne-Sagnard B., Fouilloux G., Ghupeau Y. Induced albina mutations as a tool for genetic analysis and cell biology in flax (Linum usitatissimum). Journal of Experimental Botany. 1996;47(295):189-194. DOI: 10.1093/jxb/47.2.189

6. Comstock V.E., Ford J.H., Beard B.H. Association among seed and agronomic characteristics in isogenic lines of flax. Crop Science. 1963;3(2):171-172. DOI: 10.2135/cropsci1963.0011183X000300020024x

7. Даниленко Н.Г., Давыденко О.Г. Миры геномов органелл. Минск: Тэхналогiя; 2003.

8. Калам Ю., Орав Т. Хлорофильная мутация. Таллин: Валгус; 1974.

9. 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.

10. Лакин Г.Ф. Биометрия. Москва: Высшая Школа; 1990.

11. Левчук А.Н., Полякова И.А., Войтович Е.Н., Лях В.А. Особенности морфологии пластидного аппарата хлорофилльных мутантов льна масличного. Фiзiологiя та бiохiмiя культурних рослин. 2012;44(3):232-239.

12. Лисицын 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: 10.30901/2227-8834-2022-3-17-26

13. Lopes 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-z

14. Лях В.А., Мищенко Л.Ю., Полякова И.А. Генетическая коллекция вида Linum usitatissimum L. Запорожье: ИМК УААН; 2003.

15. Nôžková J., Pavelek M., Bjelková M., Brutch N., Tejklová E., Porokhovinova E., Brindza J. Descriptor list for flax (Linum usitatissimum L.). Janka Nôžková (ed.). Nitra: Slovak University of Agriculture in Nitra; 2016. DOI: 10.15414/2016.9788055214849

16. Полякова И.А. Мутация viridis индуцированная у льна масличного. Вiснiк Запоризького нацiонального унiверситету. 2008;2:163-165.

17. Полякова И.А. Наследование хлорофильной мутации xanthoviridis у льна масличного. Науково‐технічний бюлетень Інституту олійних культур УААН. 2009;14:52‐55.

18. Полякова И.А. Яранцева В.В. Левчук А.Н., Лях В.А. Фенотипическое проявление мутаций хлорофиллдефицитности на ранних этапах онтогенеза льна масличного. Актуальні питання біології, екології та хімії. 2013;5(1):49-51.

19. Пороховинова Е.А. Генетический контроль морфологических признаков льна. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;167:159-184.

20. Пороховинова Е.А. Генетическая коллекция льна (Linum usitatissimum L.): создание, анализ и перспективы использования: дис. ... д-ра биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2019.

21. Пороховинова Е.А., Павлов А.В., Кутузова С.Н., Брач Н.Б. Генетическая коллекция льна ВИР для теоретических исследований и селекции. В кн.: Генофонд и селекция растений: тезисы докладов II международной конференции, посвященной 80-летию СибНИИРС; 29-31 марта 2016 г.; Новосибирск, Россия. Новосибирск: СибНИИРС – филиал ИЦиГ СО РАН; 2016. С.54. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_30047216_57792947.pdf [дата обращения: 24.06.2023].

22. Porokhovinova E.A. Pavlov A.V., Kutuzova S.N., Brutch N.B. Interaction of genes controlling some morphological features of flax (Linum usitatissimum L.). Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1383-1397. DOI: 10.1134/S1022795419110103

23. Rose R.J. Sustaining Life: Maintaining chloroplasts and mitochondria and their genomes in plants. Yale Journal of Biology and Medicine. 2019;92(3):499-510.

24. Sakamoto W., Miyagishima S.Y. Jarvis P. Chloroplast biogenesis: control of plastid development, protein import, division and inheritance. The Arabidopsis Book. 2008;6:e0110. DOI: 10.1199/tab.0110

25. Шестаков С.В. Молекулярная генетика фотосинтеза. Соросовский образовательный журнал. 1998;8:22-27.

26. Stern D.B., Hanson M.R., Barkan A. Genetics and genomics of chloroplast biogenesis: maize as a model system. Trends in Plant Science. 2004;9(6):293-301. DOI: 10.1016/j.tplants.2004.04.001

27. Тихомирова М.М. Генетический анализ. Ленинград: Издательство Ленинградского университета; 1990.

28. Вайло 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.

29. Яранцева В.В., Лях В.А. Морфология хлоропластов и пигментный состав листьев разного возраста хлорофилльных мутантов льна. Физиология растений и генетика. 2015;47(3):236-243.