Линии льна гибридного происхождения, гомозиготные по генам хлорофильной окраски и других морфологических признаков, в генетической коллекции ВИР

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.

1. Belcher 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.2015.02.014

2. Егоров 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.

3. FAOSTAT domains: “crops processed”, element: “Area harvested” crops: linseed, flax. Available from: http://www.fao.org/faostat/ru/#data/QC [accessed Oct. 10, 2023].

4. 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.7896477

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

6. 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.

7. Хлесткина Е.К. Генетические ресурсы России: от коллекций к биоресурсным центрам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):9-30. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-9-30

8. Королев 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: 10.30901/2227-8834-2023-1-102-117

9. Кутузова 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.

10. 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: 10.30901/2227-8834-2015-4-436-455

11. Li 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/agronomy13122995

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. 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.

16. 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/plants12152811

17. 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.

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

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

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

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

22. 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-o

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

24. 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.

25. 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/s41598-017-11565-7

26. 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.

27. 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.

28. 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/plants12081632