Апробация STS-маркера к гену Nud1 для отбора голозерных гибридов ячменя

Актуальность. Голозерный ячмень является перспективной продовольственной культурой. Для увеличения его производства необходима активная селекционная работа по созданию высокопродуктивных сортов. Целью представленной работы является апробация STS-маркера к гену Nud1, контролирующему пленчатость, для отбора голозерных гибридов ячменя. Материалы и методы. Генотипирование 112 гибридов популяции F₂, полученной с помощью скрещивания голозерного черноколосого сорта ‘Jet’ и пленчатого белоколосого сорта ‘Эльф’, проводили с помощью праймеров wF2 и kR1, либо tR2, в режиме обычной ПЦР, которая позволила амплифицировать фрагменты рецессивного, либо доминантного аллелей гена Nud1, соответственно, а также в режиме мультиплексной ПЦР, позволяющей одновременно амплифицировать фрагменты и доминантного, и рецессивного аллелей гена Nud1. Данные генотипирования сопоставляли с фенотипами гибридов. Результаты и обсуждение. Показана возможность использования мультиплексной ПЦР с набором праймеров wF2, kR1, tR2 для выявления доминантных и рецессивных аллелей гена Nud1 в гибридном материале. Однако, если наблюдаемая частота гибридов гомозиготных по рецессивному аллелю nud1 почти полностью соответствовала их ожидаемой частоте при моногенном типе наследования, то явное преобладание гомозигот по доминантному аллелю Nud1 и недостаток гетерозигот по сравнению с ожидаемыми частотами гибридов этих групп указывает на ошибочную идентификацию части гетерозигот как доминантных гомозигот, что нужно учитывать при отборе пленчатых форм с помощью генотипирования. Заключение. STS-маркер, амплифицируемый с помощью праймеров wF2, kR1, tR2, возможно использовать для отбора рецесcивных гомозигот nud1nud1 из гибридных популяций, однако для более надежной идентификации гетерозигот и гомозигот по доминантному аллелю гена Nud1 необходим дополнительный анализ.

1. Бехтольд Н.П. Изучение исходного материала ярового ячменя для селекции на устойчивость к головневым заболеваниям в лесостепи Приобья: дис. … канд биол. наук. Барнаул: АГАУ; 2017.

2. Gerasimova S.V., Hertig C., Korotkova A.M. Kolosovskaya E.V., Otto I., Hiekel S., Kochetov A.V., Khlestkina E.K., Kumlehn J. Conversion of hulled into naked barley by Cas endonuclease-mediated knockout of the NUD gene. BMC Plant Biology. 2020;20 Suppl 1:255. DOI: 10.1186/s12870-020-02454-9

3. Грязнов А.А. Голозерные сорта ячменя в кормлении птицы. Животноводство и ветеринарная медицина. 2015;2(17):7-11.

4. Jayakodi M., Padmarasu S., Haberer G., Bonthala V.S., Gundlach H., Monat C, Lux T., Kamal N., Lang D., Himmelbach A., Ens J., Zhang X.-Q., Angessa T.T., Zhou G., Tan C., Hill C., Wang P., Schreiber M., Boston L.B., Plott C., Jenkins J., Guo Y., Fiebig A., Budak H., Xu D., Zhang J., Wang C., Grimwood J., Schmutz J., Guo G., Zhang G., Mochida K., Hirayama T., Sato K., Chalmers K.J., Langridge P., Waugh R., Pozniak C.J., Scholz U., Mayer K.F.X., Spannag M., Li C., Mascher M., Stein N. The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding. Nature. 2020;588:284-289. DOI: 10.1038/s41586-020-2947-8

5. Lukina K.A., Kovaleva O.N., Loskutov I.G. Naked barley: taxonomy, breeding, and prospects of utilization. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(6):524-536. DOI: 10.18699/VJGB-22-64

6. Madakemohekar A.H., Talekar N.S., Kamboj A.D., Thakur G. Scope of hulless barley (Hordeum vulgare L.) as a nutritious and medicinal food: a review. Acta Scientific Agriculture. 2018;2(12):11-13.

7. Meints B., Hayes P.M. Breeding naked barley for food, feed, and malt. In: I. Goldman (ed.). Plant Breeding Reviews. Vol. 43. Hoboken (New Jersey, USA): Wiley; 2020. p.95-119. DOI: 10.1002/9781119616801.ch4

8. Полонский В.И., Сумина А.В. Содержание β-глюканов в зерне как перспективный признак при селекции ячменя на пищевое использование (обзор иностранной литературы). Сельскохозяйственная биология. 2013;5:30-43.

9. Pomortsev A.A., Tereshchenko N.A., Ofitserov M.V., Pukhalskiy V.A. Localization of loose smut resistance genes, Run6, Run8, and Run12 on barley chromosomes. In: S. Logue (ed.). Barley genetics VIII: proceedings of the 8th International Barley Genetics Symposium; 2000 October 22-27; Adelaide Convention Centre, Adelaide, South Australia. L. Malcolm (comp.). Glen Osmond, South Australia: Adelaide University; 2000. Vol. 2. p.163-165. Available from: https://catalogue.nla.gov.au/catalog/2374225 [accessed Nov. 11, 2023].

10. Plaschke J., Ganal M.W., Röder M.S. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theoretical and Applied Genetics. 1995;91:1001-1007.

11. Taketa S., Amano S., Tsujino Y., Sato T., Saisho D., Kakeda K., Nomura M., Suzuki T., Matsumoto T., Sato K., Kanamori H., Kawasaki S., Takeda K. Barley grain with adhering hulls is controlled by an ERF family transcription factor gene regulating a lipid biosynthesis pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008;105:4062-4067. DOI: 10.1073/pnas.0711034105

12. Тетянников Н.В., Боме Н.А. Источники ценных признаков для селекции голозерного ячменя. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):49-55. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-49-55

13. Wabila C., Neumann K., Kilian B. Radchuk V., Graner A. A tiered approach to genome-wide association analysis for the adherence of hulls to the caryopsis of barley seeds reveals footprints of selection. BMC Plant Biology. 2019;19:95. DOI: 10.1186/s12870-019-1694-1

14. Yu S., Long H., Deng G., Pan Z., Liang J., Zeng X., Tang Y., Tashi N., Yu M.A Single nucleotide polymorphism of Nud converts the caryopsis type of barley (Hordeum vulgare L.). Plant Molecular Biology Reporter. 2016;34:242-248. DOI: 10.1007/s11105-015-0911-9