ЕФЕКТИ МУТАНТНИХ АЛЕЛІВ ГЕНІВ PPD-1 ЗА ДАТОЮ КОЛОСІННЯ В УМОВАХ ПРИРОДНОГО ТА СКОРОЧЕНОГО ДНЯ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2023.02.099Ключові слова:
озима пшениця м’яка, алель-специфічна ПЛР, фотоперіод, генотип, дата колосінняАнотація
Метою даної роботи було ідентифікувати рекомбінантно-інбредні лінії комбінації схрещування Orenburgskaya 48 // Cappelle Desprez / 2B Chinese Spring та оцінити ефекти рецесивних алелів генів Ppd-D1 і Ppd-А1, а також їхньої взаємодії з домінантним алелем гена Ppd-B1с за тривалістю періоду до колосіння (ТПК) в умовах природного та скороченого дня. Дослідження провадили на популяції з 64 рекомбінантно-інбредних ліній та двох батьківських генотипів комбінації схрещування Orenburgskaya 48 // Cappelle Desprez / 2B Chinese Spring. П’ятидобові проростки кожного генотипу піддавали яровизації на протязі 50 діб та вирощували на вегетаційному майданчику при природній і штучно скороченій до 10 годин тривалості дня. На протязі вегетації реєстрували дату колосіння індивідуальних рослин при появі верхівки головного колосу з піхви прапорцевого листа. Для ідентифікації носіїв алелів Ppd-D1c, Ppd-D1d, Ppd-A1b і Ppd-A1b_del303 застосовували відомі алель-специфічні молекулярні маркери. Показано, що мутантні рецесивні алелі генів Ppd-A1 та Ppd-D1 при попарному порівнянні істотно не впливають на час колосіння рослин озимої м’якої пшениці в умовах природного та скороченого дня. Домінантний алель Ppd-B1c незалежно від наявності тих або інших рецесивних алелів генів Ppd-D1 і Ppd-A1 сприяє прискоренню розвитку (скороченню ТПК) рослин при різній тривалості дня порівняно з такими носіями алеля Ppd-B1b. Наявність в генотипі лінії мутантного рецесивного алеля Ppd-A1b_del303 призводить до зменшення ефекту домінантного алеля Ppd-B1c щодо прискорення колосіння. Більш ефективна на скороченому дні взаємодія домінантного алеля Ppd-B1c по скороченню ТПК з генами Ppd-A1b і Ppd-D1d, а на природному фотоперіоді спостерігається з Ppd-A1b і Ppd-D1c, а найменш ефективна вона в обох варіантах досліду для комбінації алелів Ppd-A1b Ppd-B1b Ppd-D1d. Алельні відмінності трьох генів Ppd-1 визначають 52,1 % різноманіття РІЛ за ТПК в умовах природного та 59,9 % - скороченого дня, це обумовлено більшою мірою за рахунок алельних відмінностей гена Ppd-B1.
Посилання
Achilli AL., Roncallo PF., Larsen AO., et al. Population structure, allelic variation at Rht-B1 and Ppd-A1 loci and its effects on agronomic traits in Argentinian durum wheat. Sci Rep. 2022; 12: 9629. https://doi.org/ 10.1038/s41598-022-13563-w
Bakuma АО, Popovych YuA, Motsnyy II, Chebotar GO, Chebotar SV. Effects of the Ppd-D1a allele on growth rates and agronomical traits in wheat detected by the application of analogous lines. Cytology and Genetics. 2018; 52 (5): 343–352. https://doi.org/10.3103/S009545271805002X
Beales J., Turner A., Griffiths S., et al. A pseudo-response regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet. 2007; 115: 721–733. https://doi.org/10.1007/s00122-007-0603-4
Bentley A.R., Horsnell R., Werner C.P., et al. Short, natural, and extended photoperiod response in BC2F4 lines of bread wheat with different Photoperiod-1 (Ppd-1) alleles. J Exp Bot. 2013; 64(7): 1783–1793. https://doi.org/10.1093/jxb/ert038
Cane K., Eagles H.A., Laurie D.A., et al. Ppd-B1 and Ppd-D1 and their effects in southern Australian wheat. Crop and Pasture Science. 2013; 64 (2): 100-114. https://doi.org/10.1071/CP13086
Chebotar G., Bakuma A., Filimonov V., Chebotar S. Haplotypes of Ppd-D1 gene and alleles of Ppd-A1 and Ppd-B1 in ukrainian bread wheat varieties. Visnyk of the Lviv University. Series Biology. 2019; 80: 82–89. https://doi.org/10.30970/vlubs.2019.80.10
Chen F, Gao M, Zhang J, Zuo A, et al. Molecular characterization of vernalization and response genes in bread wheat from the Yellow and Huai Valley of China. BMC Plant Biol. 2013; 13: 199. https://doi.org/10.1186/1471-2229-13-199
Diaz A., Zikhali M., Turner A., et al. Copy number variation affecting the Photoperiod-B1 and Vernalization-A1 genes is associated with altered flowering time in wheat (Triticum aestivum). PLoS One. 2012; 7(3): 33-34. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033234
Fait V.I., Balashova I.A. Distribution of photoperiod-insensitive alleles Ppd-D1a, Ppd-B1a and Ppd-B1c in winter common wheat cultivars (Triticum aestivum L.) of various origin. Cytology and Genetics. 2022; 56(2): 109–117. https://doi.org/ 10.3103/S0095452722020049
Grogan S.M., Brown-Guedira G., Haley S.D., et al. Allelic variation in developmental genes and effects on winter wheat heading date in the US Great Plains. PloS One. 2016; 11(4): e0152852. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0152852
Guo Z.A., Song Y.X., Zhou R., et al. Discovery, evaluation and distribution of haplotypes of the wheat Ppd-D1 gene. New Phytol. 2010; 185: 841–851. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2009.03099.x
Kiss T., Balla K., Veisz O., et al.Allele frequencies in the VRN-A1, VRN-B1 and VRN-D1 vernalization response and PPD-B1 and PPD-D1 photoperiod sensitivity genes, and their effects on heading in a diverse set of wheat cultivars (Triticum aestivum L.). Mol Breeding. 2014; 34(2): 297–310. https://doi.org/ 10.1007/s11032-014-0034-2
Langer S.M., Longin C.F.H., Würschum T. Flowering time control in European winter wheat. Plant Sci. 2014; 5: 537-562. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00537
Ma F., Brown-Guedira G., Kang M., Baik B-K. Allelic Variations in phenology genes of Eastern U.S. soft winter and Korean winter wheat and their associations with heading date. Plants. 2022; 11(22): 3116. https://doi.org/ 10.3390/plants11223116
Mizuno N., Matsunaka H., Yanaka M., et al. Allelic variations of Vrn-1 and Ppd-1 genes in Japanese wheat varieties reveal the genotype-environment interaction for heading time. Breeding Science. 2022; 72(5): 343-354. https://doi.org/10.1270/jsbbs.22017
Nishida H., Yoshida T., Kawakami K., et al. Structural variation in the 5′ upstream region of photoperiod-insensitive alleles Ppd-A1a and Ppd-B1a identified in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) and their effect on heading time. Mol Breed. 2013; 31(1): 27-37. https://doi.org/ 10.1007/s11032-012-9765-0
Royo C., Dreisigacker S., Soriano J.M., et al. Allelic variation at the vernalization response (Vrn-1) and photoperiod sensitivity (Ppd-1) genes and their association with the development of durum wheat landraces and modern cultivars. Front. Plant Sci. 2020; 11: 838. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00838
Scarth R., Law C.N. The control of the day-length response in wheat by the genes 2 chromosomes. Z. Pflanzenzucht. 1984; 9(2): 140-150.
Shaw L.M., Turner A.S., Herry L., et al. Mutant alleles of Photoperiod-1 in wheat (Triticum aestivum L.) that confer a late flowering phenotype in long days. PLoS ONE. 2013; 8. e79459
Song Y.H., Shim J.S., Kinmonth-Schultz H.A., Takato I. Photoperiodic flowering: time measurement mechanisms in leaves. Annual Review of Plant Biology. 2015; 66: 441-464. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-043014-115555
Takenaka S., Kawahara T. Evolution and dispersal of emmer wheat (Triticum sp.) from novel haplotypes of Ppd-1 (photoperiod response) genes and their surrounding DNA sequences. Theor Appl Genet. 2012; 125 (5): 999-1014. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1890-y
Takenaka S, Kawahara T. Evolution of tetraploid wheat based on variations in 5′ UTR regions of Ppd-A1: evidence of gene flow between emmer and timopheevi wheat. Genet Resour Crop. 2013; 60(7): 2143–2155.
Whittal A., Kaviani M., Graf R., Humphreys G., Navabi A. Allelic variation of vernalization and photoperiod response genes in a diverse set of Nortn American high latitude winter wheat genotype. PLoS One. 2018; 13(8): e0203068. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203068
Wilhelm E.P., Turner A.S., Laurie D.A. Photoperiod insensitive Ppd-A1a mutations in tetraploid wheat (Triticum durum Desf.). Theor Appl Genet. 2009;118(2): 285-294. https://doi.org/10.1007/s00122-008-0898-9
Worland A.J., Börner A., Korzun V., et al. The influence of photoperiod genes on the adaptability of European winter wheats. Euphytica. 1998; 100(1); 385-394. https://doi.org/10.1023/A:1018327700985
Zhang X., Gao M., Wang S., et al. Allelic variation at the vernalization and photoperiod sensitivity loci in Chinese winter wheat cultivars (Triticum aestivum L.). Front. Plant Sci. 2015; 6: 470. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00470
Sivolap Ju.M., Kalendar' R.N., Verbickaja T.G., et al. Ispol'zovanie PCR-analiza v genetiko-selekcionnyh issledovanijah: Nauch. - metod. rukovodstvo. / Pod red. Sivolapa JuM – K.: Agrarna nauka, 1998. 156 s.
Stelmakh A.F., Fait V.I., Pohrebniuk O.O. Stvorennia naboriv rekombinantno-inbrednykh linii u ozymoi m’iakoi pshenytsi. - Zbirnyk naukovykh prats SHI – NTsNS. 2009; 14 (54): 9–18. [In Ukrainian]
Fait V., Balashova I. Diversity of Ppd-1 genotypes of spring and winter bread wheat (Triticum aestivum L.) of Ukraine. Visnyk of the Lviv University. Series Biology. 2022; 87: 32–44. https://doi.org/ 10.30970/vlubs.2022.87.03 [In Ukrainian]
Fayt V.I., Pogrebnyuk E.A., Balashova I.A., Stelmakh A.F. Identification and effects of alleles of Ppd-B1 gene on agronomically valuable traits in recombinant-inbred lines of wheat. Phiziol. Rast. genet. 2017; 49: 36–46. https://doi.org/10.15407/frg2017.01.036
