Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-624XThe Russian Academy of Sciences26188610.31857/S0015330324020072OBFMEGЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleБиохимическая, генетическая и цифровая оценка зерна сортов озимой мягкой пшеницы с различным индексом прорастанияБиохимическая, генетическая и цифровая оценка зерна сортов озимой мягкой пшеницы с различным индексом прорастанияФедяеваА. В.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruАфонниковаС. Д.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruАфонниковД. А.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruСмирноваО. Г.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruДееваВ. Н.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruПрянишниковА. И.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruСалинаЕ. А.
Russian Federation
fedyaeva.anna@mail.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение науки “Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наукКурчатовский геномный центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукНовосибирский национальный исследовательский государственный университетФедеральное государственное бюджетное учреждение науки “Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”Курчатовский геномный центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукОбщество с ограниченной ответственностью “Научно-производственное объединение «Бетагран Семена»”Департамент селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур, Акционерное общество “Щелково Агрохим”150320247122052151608202416082024Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.rcsi.science/0015-3303/article/view/261886

Устойчивость к прорастанию зерна на корню (ПЗНК) является хозяйственно важным признаком, который влияет на качество зерна и урожайность пшеницы. Данная устойчивость зависит как от факторов окружающей среды, так и от генотипических и фенотипических особенностей сортов пшеницы. Известно, что краснозерные сорта пшеницы являются более устойчивыми к ПЗНК, чем белозерные. Однако в настоящее время не существует подходов, позволяющих однозначно различать краснозерные сорта пшеницы по степени устойчивости к ПЗНК. Целью настоящей работы являлось сравнение различных подходов для эффективной дифференцировки сортов озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по устойчивости к ПЗНК. У 164 сортов озимой мягкой пшеницы, среди которых 156 были краснозерными, были определены индекс прорастания (ИП), активность α-амилазы (ААА), проведена цифровая и генетическая оценка уровня красной окраски зерновки. Исследования проводили на стадиях молочно-восковой спелости (М/ВС) и полного созревания (ПС) зерна. Исходя из динамики изменения ИП на стадиях М/ВС и ПС зерна установлено, что наиболее целесообразно проводить оценку ИП на стадии М/ВС зерна. Анализ ААА был проведен с использованием метода Церальфа и определения числа падения (ЧП). Показано повышение уровня ААА в процессе созревания зерна у изученных сортов. Была выявлена отрицательная корреляционная связь между ИП и ЧП, ЧП и ААА. Использование цветовой модели Lab для оценки окраски оболочки зерна позволило выделить 3 типа окраски зерна. Изучены аллельные варианты гена Tamyb10, контролирующего красную окраску зерна. Анализ цифровой оценки окраски зерна и аллельного состава генов Tamyb10 не выявил дополнительного к ИП и ЧП критерия, который можно было бы использовать для разделения краснозерных сортов пшеницы по устойчивости к ПЗНК. В то же время показано, что наиболее многочисленная группа из изученных сортов, имеет от двух и более доминантных генов, контролирующих красную окраску зерна. В целом, сравнение краснозерных сортов по всем трем параметрам позволило выделить группу сортов, наиболее устойчивых к ПЗНК. В эту группу вошли 73 краснозерных сорта мягкой пшеницы из 156 изученных, при этом белозерных сортов, устойчивых к ПЗНК, выявлено не было.

Triticum aestivumα-амилазаген Tamyb10индекс прорастанияозимая мягкая пшеницаокраска зернапрорастание зерначисло паденияФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукFederal Research Center Institute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesFWNR-2022-0017Российский научный фондRussian Science Foundation21-76-30003Tai L., Wang H.J., Xu X.J., Sun W.H., Ju L., Liu W.T., Li W.Q., Sun J., Chen K.M. Pre‐harvest sprouting in cereals: genetic and biochemical mechanisms // J. Exp. Bot. 2021. V. 72. P. 2857. https://doi org/10.1093/jxb/erab024Ali A., Cao J., Jiang H., Chang C., Zhang H.P., Sheikh S.W., Shah L., Ma C. Unraveling molecular and genetic studies of wheat (Triticum aestivum L.) resistance against factors causing pre-harvest sprouting // Agronomy. 2019. V. 9. P. 117. https://doi.org/10.3390/agronomy9030117Sohn S.I., Pandian S., Kumar T.S., Zoclanclounon Y.A.B., Muthuramalingam P., Shilpha J., Satish L., Ramesh M. Seed dormancy and pre-harvest sprouting in rice – an updated overview // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. 11804. https://doi.org/10.3390/ijms222111804Kashiwakura Y., Kobayashi D., Jikumaru Y., Takebayashi Y., Nambara E., Seo M., Kamiya Y., Kushiro T., Kawakami N. Highly sprouting-tolerant wheat grain exhibits extreme dormancy and cold imbibition-resistant accumulation of abscisic acid // Plant Cell Physiol. 2016. V. 57. P. 715. https://doi.org/10.1093/pcp/pcw051Mieog C.J., Janecek S., Ral J.P. New insight in cereal starch degradation: identification and structural characterization of four α-amylases in bread wheat // Amylase. 2017. V. 1. P. 35. https://doi.org/10.1515/amylase-2017-0004Laethauwer S.D., Riek J.D., Stals I., Reheul D., Haesaert G. α-Amylase gene expression during kernel development in relation to pre-harvest sprouting in wheat and triticale // Acta Physiol. Plant. 2013. V. 35. P. 2927. https://doi.org/10.1007/s11738-013-1323-9Vetch J.M., Stougaard R.N., Martin J.M., Giroux M.J. Review: revealing the genetic mechanisms of pre-harvest sprouting in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) // Plant Sci. 2019. V. 281. P. 180. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.01.004Mares D.J., Mrva K. Wheat grain preharvest sprouting and late maturity alpha-amylase // Planta. 2014. V. 240. P. 1167. https://doi.org/10.1007/s00425-014-2172-5Kottearachchi N.S., Uchino N., Kato K., Miura H. Increased grain dormancy in white-grained wheat by introgression of preharvest sprouting tolerance QTLs // Euphytica. 2006. V. 152. P. 421. https://doi.org/10.1007/s10681-006-9231-3Федяева А.В., Салина Е.А., Шумный В.К. Факторы, влияющие на прорастание зерна на корню у мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), и методы их оценки // Генетика. 2023. Т. 59. С. 5. https://doi. org/10.31857/S0016675823010058Хлесткина Е.К. Гены, детерминирующие окраску различных органов пшеницы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т. 16. С. 202.Groos C., Gay G., Perretant M.R., Gervais L., Bernard M., Dedryver F., Charmet G. Study of the relationship between pre-harvest sprouting and grain color by quantitative trait loci analysis in a whitexred grain bread-wheat cross // Theor. Appl. Genet. 2002. V. 104. P. 39. https://doi.org/10.1007/s001220200004Kumar M., Kumar S., Sandhu K.S., Kumar N., Saripalli G., Prakash R., Nambardar A., Sharma H., Gautam T., Balyan H.S., Gupta P.K. GWAS and genomic prediction for pre-harvest sprouting tolerance involving sprouting score and two other related traits in spring wheat // Mol. Breed. 2023. V. 43. Р. 14. https://doi.org/10.1007/s11032-023-01357-5Komyshev E., Genaev M., Afonnikov D. Evaluation of the SeedCounter, a mobile application for grain phenotyping // Front. Plant Sci. 2017. V. 7. Р. 1990. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01990Afonnikov D.A., Komyshev E.G., Efimov V.M., Genaev M.A., Koval V.S., Gierke P.U., Börner A. Relationship between the characteristics of bread wheat grains, storage time and germination // Plants. 2022. V. 11. P. 35. https://doi.org/10.3390/plants11010035Крупнов В.А., Крупнова О.В. Подходы по улучшению качества зерна пшеницы: селекция на число падения // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015. V. 19. P. 604. https://doi.org/10.18699/VJ15.07Shcherban A.B., Kuvaeva D.D., Mitrofanova O.P., Khverenets S.E., Pryanishnikov A.I., Salina E.A. Targeting the B1 gene and analysis of its polymorphism associated with awned/awnless trait in Russian germplasm collections of common wheat // Plants. 2021. V. 10. P. 2285. https://doi.org/10.3390/plants10112285Walker-Simmons M. Enhancement of ABA responsiveness in wheat embryos by high temperature // Plant Cell Environ. 1988. V. 11. P. 769.McCleary B.V., McNally M., Monaghan D., Mugford D.C. Measurement of α-amylase activity in white wheat flour, milled malt, and microbial enzyme preparations, using the Ceralpha assay: collaborative study // J. AOAC Int. 2002. V. 85. P. 1096.Бундина О.И., Герасина А.Ю. Введение новых межгосударственных стандартов на зерно, продукты его переработки и методы определения качества // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2019. С. 63.Сколотнева Е.С., Леонова И.Н., Букатич Е.Ю., Салина Е.А. Методические подходы к идентификации эффективных генов, определяющих устойчивость пшеницы к комплексу грибных заболеваний // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. Т. 21. С. 862. https://doi.org/10.18699/VJ17.307Himi E., Maekawa M., Miura H., Noda K. Development of PCR markers for Tamyb10 related to R-1, red grain color gene in wheat // Theor. Appl. Genet. 2011. V. 122. P. 1561. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1555-2Xu S., Chen M., Feng T., Zhan L., Zhou L., Yu G. Use ggbreak to effectively utilize plotting space to deal with large datasetts and outliers // Front. Genet. 2021. V. 12. P. 774846. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.774846Derkx A.P., Mares D.J. Late-maturity α-amylase expression in wheat is influenced by genotype, temperature and stage of grain development // Planta. 2020. V. 251. P. 51. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03341-1Эррера В.Э. Эталоник – автоматическая система определения истинного значения числа падения // Хлебопродукты. 2018. № 10. С. 20.Wang Y., Wang X.L., Meng J.Y., Zhang Y.J., He Z.H., Yang Y. Characterization of Tamyb10 allelic variants and development of STS marker for pre-harvest sprouting resistance in Chinese bread wheat // Mol. Breed. 2016. V. 36. P. 148. https://doi.org/10.1007/s11032-016-0573-9Gao X., Hu C.H., Li H.Z. Yao Y.J., Meng M., Dong J., Zhao W.C., Chen Q.J., Li X.Y. Factors affecting pre-harvest sprouting resistance in wheat (Triticum aestivum L.): a review // J. Anim. Plant Sci. 2013. V. 23. P. 556.Mares D., Himi E. The role of TaMYB10-A1 of wheat (Triticum aestivum L.) in determining grain coat colour and dormancy phenotype // Euphytica. 2021. V. 217. P. 89. https://doi.org/10.1007/s10681-021-02826-8Nyachiro J.M., Clarke F.R., DePauw R.M., Knox R.E., Armstrong K.C. Temperature effects on seed germination and expression of seed dormancy in wheat // Euphytica. 2002. V. 126. P. 123.Fišerová H., Hartman I., Prokeš J. The effect of weather and the term of malting on malt quality // Plant Soil Environ. 2015. V. 61. P. 393. https://doi.org/10.17221/174/2015-PSERasul G., Humphreys G.D., Wu J., Brule-Babel A., Fofana B., Glover K.D. Evaluation of preharvest sprouting traits in a collection of spring wheat germplasm using genotype and genotype ´ environment interaction model // Plant Breed. 2012. V. 131. P. 244. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2011.01931.xYu N., Laurenz R., Siler L., Ng P.K.W., Souza E., Lewis J.M. Evaluation of α-amylase activity and falling number around maturity for soft white and soft red wheat varieties in Michigan // Cereal Res. Commun. 2015. V. 43. P. 672. https://doi org/10.1556/0806.43. 2015.026Simsek S., Ohm J.B., Lu H., Rugg M., Berzonsky W., Alamri M.S., Mergoum M. Effect of pre-harvest sprouting on physicochemical properties of starch in wheat // Foods. 2014. V. 3. P. 194. https://doi org/10.3390/foods3020194Kondhare K.R., Farrell A.D., Kettlewell P.S., Hedden P., Monaghan J.M. Pre-maturity α-amylase in wheat: the role of abscisic acid and gibberellins // J. Cereal Sci. 2015. V. 63. P. 95. https://doi org/10.1016/j.jcs.2015.03.004Kiszonas A.M., Engle D.A., Pierantoni L.A., Morris C.F. Relationships between falling number, alpha-amylase activity, milling, cookie, and sponge cake quality of soft white wheat // Cereal Chem. 2018. V. 95. P. 373. https://doi.org/10.1002/cche.10041Кузьмич М.А., Сандухадзе Б.И., Мамедов Р.З., Давыдова Н.В., Кузьмич Л.С. Устойчивость к прорастанию в колосе зерновых культур селекции ФИЦ “Немчиновка” // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд / Под ред. Ю.И. Никитченко, К.Б. Гурьева, С.Л. Белецкого, Т.Б. Гусева, Д.Ю. Пономарева, А.Н. Рогова. Москва: Галлея-Принт, 2019. С. 93.Сухоруков А.Ф., Сухоруков А.А., Шаболкина Е.Н., Пронович Л.В. Селекционное улучшение озимой пшеницы по признаку “число падения” // Зерновое хозяйство России. 2017. С. 40.Оразаева И.В. Оценка сортов озимой мягкой пшеницы различных экотипов в условиях Юго-Западной части ЦЧР // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2018. С. 135.Крупнова О.В., Свистунов Ю.С. Устойчивость к предуборочному прорастанию и число падения у озимой мягкой пшеницы в Поволжье // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2014. № 5. С. 3.Wu J.M., Carver B.F. Sprout damage and preharvest sprout resistance in hard white winter wheat // Crop Sci. 1999. V. 39. P. 441.