Активность липоксигеназы семян и агрономические параметры у замещенных линий пшеницы Чайниз Спринг (Синтетик 6Х) при оптимальном и недостаточном водообеспечении
Аннотация
Обоснование. Использование интрогрессии сегментов генома диких злаков для сохранения урожайности и функционального качества пшеницы в условиях дефицита воды является актуальной задачей в селекции. Большой интерес представляет интрогрессия генов липоксигеназы (ЛОГ), участвующей в определении качества клейковины и устойчивости пшеницы к засухе.
Цель. Изучение влияния интрогрессии хромосом диких злаков на активность ЛОГ семян и ее сопряженность с агрономическими параметрами пшеницы в условиях разного водообеспечения.
Материалы и методы. Объектами исследования были линии пшеницы Чайниз Спринг (ЧС) с замещением гомологичных хромосом от гексаплоида Синтетик 6х (Син6х), содержащего субгеномы от Triticum dicoccoides (AABB) и Aegilops tauschii (DD). Активность ЛОГ и 9 агрономических показателей были изучены в условиях оптимального водного режима и имитации почвенной засухи.
Результаты. В условиях засухи активность ЛОГ положительно коррелировала со скоростью агрегации белков, массой зерна в колосе и крупностью зерна. Замещение хромосом 4D и 5D, несущих известные гены семенной ЛОГ, способствовало увеличению скорости агрегации клейковинных белков и сохранению высокого уровня содержания клейковины. При этом в контроле продуктивность колоса снижалась, а под влиянием засухи увеличивалась. Наиболее выражен этот эффект был у линии ЧС(Син6х 5D) с высокой активностью ЛОГ. Линия ЧС(Син6х 4D) с низкой активностью ЛОГ в меньшей мере снижала продуктивность колоса при оптимальном водоснабжении и показала устойчивость параметров продуктивности колоса в условиях засухи.
Заключение. Интрогрессия хромосомы 4D от Ae. tauschii может быть полезна для создания генотипов пшеницы, сочетающих в себе высокое качество клейковины и устойчивость к засухе без существенного отрицательного действия на продуктивность зерна.
Информация о спонсорстве. Исследование выполнено в рамках Госзадания ГБС РАН, № проекта 0277-2025-0006.
EDN: DUQQLH
Скачивания
Литература
Журбицкий, З. И. (1968). Теория и практика вегетационного метода. Москва: Наука, 260 с.
Пермякова, М. Д., Пермяков, А. В., Осипова, С. В., & Пшеничникова, Т. А. (2012). Липоксигеназы листьев пшеницы, выращенной в условиях разного водообеспечения. Прикладная биохимия и микробиология, 48(1), 1−6. https://doi.org/10.1134/S0003683812010139. EDN: https://elibrary.ru/PDGRKD
Ali, N., & Akmal, M. (2022). Wheat growth, yield, and quality under water deficit and reduced nitrogen supply: A review. Gesunde Pflanzen, 74, 371–383. https://doi.org/10.1007/s10343-021-00615-w. EDN: https://elibrary.ru/MVJCNB
Arakawa, T., & Yonezawa, D. (1975). Compositional difference of wheat flour glutens in relation to their aggregation behaviors. Agricultural and Biological Chemistry, 39(11), 2123–2128.
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Analytical Biochemistry, 72, 248–254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999
Burgarella, C., Barnaud, A., Kane, N. A., Jankowski, F., Scarcelli, N., Billot, C., Vigouroux, Y., & Berthouly Salazar, C. (2019). Adaptive introgression: An untapped evolutionary mechanism for crop adaptation. Frontiers in Plant Science, 10:4. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00004. EDN: https://elibrary.ru/NWESCT
Burow, G. B., Gardner, H. W., & Keller, N. P. (2000). A peanut seed lipoxygenase responsive to Aspergillus colonization. Plant Molecular Biology, 42(5), 689–701. https://doi.org/10.1023/a. EDN: https://elibrary.ru/AGMSDZ
Dave, A., Hernández, M. L., He, Z., Andriotis, V. M. E., Vaistij, F. E., Larson, T. R., & Graham, I. A. (2011). 12 Oxo phytodienoic acid accumulation during seed development represses seed germination in Arabidopsis. The Plant Cell, 23(2), 583–599. https://doi.org/10.1105/tpc.110.081489
De Ollas, C., & Dodd, I. C. (2016). Physiological impacts of ABA JA interactions under water limitation. Plant Molecular Biology, 91(6), 641–650. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0503-6. EDN: https://elibrary.ru/WUQSPD
Feng, B., Dong, Z., Xu, Z., An, X., Qin, H., Wu, N., Wang, D., & Wang, T. (2010). Molecular analysis of lipoxygenase (LOX) genes in common wheat and phylogenetic investigation of LOX proteins from model and crop plants. Journal of Cereal Science, 52, 387–394. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2010.06.019
Filip, E., Woronko, K., Stępień, E., & Czarniecka, N. (2023). An overview of factors affecting the functional quality of common wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Molecular Sciences, 24(8):7524. https://doi.org/10.3390/ijms24087524. EDN: https://elibrary.ru/YKTETY
Gao, Y., An, K., Guo, W., Chen, Y., Zhang, R., Zhang, X., Chang, S., Rossi, V., Jin, F., Cao, X., Xin, M., Peng, H., Hu, Z., Guo, W., Du, J., Ni, Z., Sun, Q., & Yao, Y. (2021). The endosperm specific transcription factor TaNAC019 regulates glutenin and starch accumulation and its elite allele improves wheat grain quality. The Plant Cell, 33(3), 603–622. https://doi.org/10.1093/plcell/koaa040. EDN: https://elibrary.ru/OZFOCP
Jia, J., Zhao, S., Kong, X., Li, Y., Zhao, G., He, W., Appels, R., Pfeifer, M., Tao, Y., Zhang, X., Jing, R., Zhang, C., Ma, Y., Gao, L., Gao, C., Spannagl, M., Mayer, K. F. X., Li, D., Pan, S., Zheng, F., Hu, Q., Xia, X., Li, J., Liang, Q., Chen, J., Wicker, T., Gou, C., Kuang, H., He, G., Luo, Y., Keller, B., Xia, Q., Lu, P., Wang, J., Zou, H., Zhang, R., Xu, J., Gao, J., Middleton, C., Quan, Z., Liu, G., Wang, J., International Wheat Genome Sequencing Consortium, Yang, H., Liu, X., He, Z., Mao, L., & Wang, J. (2013). Aegilops tauschii draft genome sequence reveals a gene repertoire for wheat adaptation. Nature, 496(7443), 91–95. https://doi.org/10.1038/nature12028
Leng, G., & Hall, J. (2019). Crop yield sensitivity of global major agricultural countries to droughts and the projected changes in the future. Science of the Total Environment, 654, 811–821. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.434. EDN: https://elibrary.ru/NZEZJT
Nicholson, P., Rezannor, H. N., & Worland, A. J. (1993). Chromosomal location of resistance to Septoria nodorum in a synthetic hexaploid wheat determined by the study of chromosomal substitution lines in ‘Chinese Spring’ wheat. Plant Breeding, 110(3), 177–184. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.1993.tb00575.x
McFadden, E. S., & Sears, E. R. (1946). The origin of Triticum spelta and its free threshing hexaploid relatives. Journal of Heredity, 37(3), 81–89. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jhered.a105590. EDN: https://elibrary.ru/IRNIRV
Osipova, S. V., Permyakova, M. D., & Permyakov, A. V. (2012). The role of non prolamine proteins and LMW redox agents in protein folding and polymerization in wheat grains and the influence on baking quality parameters. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(49), 12 065–12 073. https://doi.org/10.1021/jf303513m. EDN: https://elibrary.ru/RGIJXL
Savchenko, T., Kolla, V. A., Wang, C.-Q., Nasafi, Z., Hicks, D. R., Phadungchob, B., Chehab, W. E., Brandizzi, F., Froehlich, J., & Dehesh, K. (2014). Functional convergence of oxylipin and abscisic acid pathways controls stomatal closure in response to drought. Plant Physiology, 164(3), 1151–1160. https://doi.org/10.1104/pp.113.234310. EDN: https://elibrary.ru/UEEXAV
Viswanath, K. K., Varakumar, P., Pamuru, R. R., Basha, S. J., Mehta, S., & Rao, A. D. (2020). Plant lipoxygenases and their role in plant physiology. Journal of Plant Biology, 63, 83–95. https://doi.org/10.1007/s12374-020-09241-x. EDN: https://elibrary.ru/EQGTDB
Wasternack, C., & Feussner, I. (2018). The oxylipin pathways: Biochemistry and function. Annual Review of Plant Biology, 69, 363–386. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042817-040440. EDN: https://elibrary.ru/XVGTHV
Zimmerman, D. C., & Vick, B. A. (1970). Hydroperoxide isomerase: A new enzyme of lipid metabolism. Plant Physiology, 46(3), 445–453. https://doi.org/10.1104/pp.46.3.445
References
Zhurbitsky, Z. I. (1968). Theory and practice of the vegetation method. Moscow: Nauka, 260 p.
Permyakova, M. D., Permyakov, A. V., Osipova, S. V., & Pshenichnikova, T. A. (2012). Lipoxygenases of wheat leaves grown under different water supply conditions. Applied Biochemistry and Microbiology, 48(1), 1–6. https://doi.org/10.1134/S0003683812010139. EDN: https://elibrary.ru/PDGRKD
Ali, N., & Akmal, M. (2022). Wheat growth, yield, and quality under water deficit and reduced nitrogen supply: A review. Gesunde Pflanzen, 74, 371–383. https://doi.org/10.1007/s10343-021-00615-w. EDN: https://elibrary.ru/MVJCNB
Arakawa, T., & Yonezawa, D. (1975). Compositional difference of wheat flour glutens in relation to their aggregation behaviors. Agricultural and Biological Chemistry, 39(11), 2123–2128.
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Analytical Biochemistry, 72, 248–254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999
Burgarella, C., Barnaud, A., Kane, N. A., Jankowski, F., Scarcelli, N., Billot, C., Vigouroux, Y., & Berthouly Salazar, C. (2019). Adaptive introgression: An untapped evolutionary mechanism for crop adaptation. Frontiers in Plant Science, 10:4. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00004. EDN: https://elibrary.ru/NWESCT
Burow, G. B., Gardner, H. W., & Keller, N. P. (2000). A peanut seed lipoxygenase responsive to Aspergillus colonization. Plant Molecular Biology, 42(5), 689–701. https://doi.org/10.1023/a. EDN: https://elibrary.ru/AGMSDZ
Dave, A., Hernández, M. L., He, Z., Andriotis, V. M. E., Vaistij, F. E., Larson, T. R., & Graham, I. A. (2011). 12 Oxo phytodienoic acid accumulation during seed development represses seed germination in Arabidopsis. The Plant Cell, 23(2), 583–599. https://doi.org/10.1105/tpc.110.081489
De Ollas, C., & Dodd, I. C. (2016). Physiological impacts of ABA JA interactions under water limitation. Plant Molecular Biology, 91(6), 641–650. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0503-6. EDN: https://elibrary.ru/WUQSPD
Feng, B., Dong, Z., Xu, Z., An, X., Qin, H., Wu, N., Wang, D., & Wang, T. (2010). Molecular analysis of lipoxygenase (LOX) genes in common wheat and phylogenetic investigation of LOX proteins from model and crop plants. Journal of Cereal Science, 52, 387–394. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2010.06.019
Filip, E., Woronko, K., Stępień, E., & Czarniecka, N. (2023). An overview of factors affecting the functional quality of common wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Molecular Sciences, 24(8):7524. https://doi.org/10.3390/ijms24087524. EDN: https://elibrary.ru/YKTETY
Gao, Y., An, K., Guo, W., Chen, Y., Zhang, R., Zhang, X., Chang, S., Rossi, V., Jin, F., Cao, X., Xin, M., Peng, H., Hu, Z., Guo, W., Du, J., Ni, Z., Sun, Q., & Yao, Y. (2021). The endosperm specific transcription factor TaNAC019 regulates glutenin and starch accumulation and its elite allele improves wheat grain quality. The Plant Cell, 33(3), 603–622. https://doi.org/10.1093/plcell/koaa040. EDN: https://elibrary.ru/OZFOCP
Jia, J., Zhao, S., Kong, X., Li, Y., Zhao, G., He, W., Appels, R., Pfeifer, M., Tao, Y., Zhang, X., Jing, R., Zhang, C., Ma, Y., Gao, L., Gao, C., Spannagl, M., Mayer, K. F. X., Li, D., Pan, S., Zheng, F., Hu, Q., Xia, X., Li, J., Liang, Q., Chen, J., Wicker, T., Gou, C., Kuang, H., He, G., Luo, Y., Keller, B., Xia, Q., Lu, P., Wang, J., Zou, H., Zhang, R., Xu, J., Gao, J., Middleton, C., Quan, Z., Liu, G., Wang, J., International Wheat Genome Sequencing Consortium, Yang, H., Liu, X., He, Z., Mao, L., & Wang, J. (2013). Aegilops tauschii draft genome sequence reveals a gene repertoire for wheat adaptation. Nature, 496(7443), 91–95. https://doi.org/10.1038/nature12028
Leng, G., & Hall, J. (2019). Crop yield sensitivity of global major agricultural countries to droughts and the projected changes in the future. Science of the Total Environment, 654, 811–821. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.434. EDN: https://elibrary.ru/NZEZJT
Nicholson, P., Rezannor, H. N., & Worland, A. J. (1993). Chromosomal location of resistance to Septoria nodorum in a synthetic hexaploid wheat determined by the study of chromosomal substitution lines in ‘Chinese Spring’ wheat. Plant Breeding, 110(3), 177–184. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.1993.tb00575.x
McFadden, E. S., & Sears, E. R. (1946). The origin of Triticum spelta and its free threshing hexaploid relatives. Journal of Heredity, 37(3), 81–89. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jhered.a105590. EDN: https://elibrary.ru/IRNIRV
Osipova, S. V., Permyakova, M. D., & Permyakov, A. V. (2012). The role of non prolamine proteins and LMW redox agents in protein folding and polymerization in wheat grains and the influence on baking quality parameters. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(49), 12 065–12 073. https://doi.org/10.1021/jf303513m. EDN: https://elibrary.ru/RGIJXL
Savchenko, T., Kolla, V. A., Wang, C.-Q., Nasafi, Z., Hicks, D. R., Phadungchob, B., Chehab, W. E., Brandizzi, F., Froehlich, J., & Dehesh, K. (2014). Functional convergence of oxylipin and abscisic acid pathways controls stomatal closure in response to drought. Plant Physiology, 164(3), 1151–1160. https://doi.org/10.1104/pp.113.234310. EDN: https://elibrary.ru/UEEXAV
Viswanath, K. K., Varakumar, P., Pamuru, R. R., Basha, S. J., Mehta, S., & Rao, A. D. (2020). Plant lipoxygenases and their role in plant physiology. Journal of Plant Biology, 63, 83–95. https://doi.org/10.1007/s12374-020-09241-x. EDN: https://elibrary.ru/EQGTDB
Wasternack, C., & Feussner, I. (2018). The oxylipin pathways: Biochemistry and function. Annual Review of Plant Biology, 69, 363–386. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042817-040440. EDN: https://elibrary.ru/XVGTHV
Zimmerman, D. C., & Vick, B. A. (1970). Hydroperoxide isomerase: A new enzyme of lipid metabolism. Plant Physiology, 46(3), 445–453. https://doi.org/10.1104/pp.46.3.445
Copyright (c) 2025 Marina D. Permyakova, Alexey V. Permyakov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
