Biopolym. Cell. 2021; 37(5):379-388.
Геномика, транскриптомика и протеомика
Генетическое разнообразие по GLI-B1 локусу в украинских сортах и линиях пшеницы мягкой
1Попович Ю. А., 2Благодарова Е. М., 1, 2Чеботарь С. В.
  1. Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова
    ул. Дворянская, 2, Одесса, Украина, 65082
  2. Селекционно-генетический институт - Национальный центр семеноведения и сортоизучения НААНУ
    Овидиопольская дор., 3, Одесса, Украина, 65036

Abstract

Цель. Исследовать полиморфизм по Gli-B1 локусу в современных украинских сортах пшеницы мягкой, проанализировать частоты встречаемости аллелей и сравнить полученные данные с «кор-коллекцией сортов пшеницы» предоставленной Др. E. Метаковским. Методы. Восемьдесят один сорт и линия пшеницы мягкой из разных селекционно-генетических центров и институтов Украины анализировали с помощью аллель-специфических праймеров разработанных Zhang et al. [2003]. Продукты ПЦР фракционировали в полиакриламидном геле и окрашивали с использованием нитрата серебра. Аллельные варианты глиадинов анализировали з помощью электрофореза в кислом полиакриламидном геле (кПААГ). Результаты. Было выявлено девять аллельных вариантов глиадинов и шесть аллелей Gli-B1 локуса методом ПЦР. У 52 % украинских сортов пшеницы в исследуемой выборке был выявлен Gli-B1b аллельный вариант глиадинов, который характеризовался Gli-B1.1 аллелем при ПЦР тестировании (фрагмент амплификации 369 п.н.). 1RS.1BL транслокация, что несет гены устойчивости, также часто встречалась в исследованных сортах пшеницы. В статье обсуждается соответствие между аллельными вариантами глиадинов и аллелями Gli-B1 локуса, выявленными с помощью ПЦР. Выводы. ДНК-полиморфизм выявленный по Gli-B1 локусу в исследуемых сортах пшеницы, логично соотносится с полиморфизмом аллельных вариантов глиадинов, но ПЦР-анализ с использованными в работе праймерами, не позволил дифференцировать аллели соответствующие Gli-B1c, Gli-B1g та Gli-B1e аллельным вариантам глиадинових белков. Наиболее рапостраненными аллелями в исследованой выборке украинских сортов пшеницы является аллель Gli-B1.1, который детектируется фрагментом амплификации 369 п.н., и 1RS.1BL транслокация, при наличии которой фрагментов амплификации с праймерами к Gli-B1 не выявляется, что соответствует аллельным вариантам глиадинов Gli-B1b и Gli-B1l, соответственно.
Keywords: Triticum aestivum L., Gli-B1, глиадины, полиморфизм, ПЦР-анализ

References

[1] Urade R, Sato N, Sugiyama M. Gliadins from wheat grain: an overview, from primary structure to nanostructures of aggregates. Biophys Rev. 2018; 10:435-43.
[2] Gianibelli MC, Larroque OR, MacRitchie F, Wrigley CW. Biochemical, genetic, and molecular characterization of wheat glutenin and its component subunits. Cereal Chem. 2001; 78(6):635-46.
[3] Wieser H. Chemistry of gluten proteins. Food Microbiol. 2007; 24(2):115-9.
[4] Vriezinga SL, Schweizer JJ, Koning F, Mearin ML. Coeliac disease and glutenrelated disorders in childhood. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2015; 12:527-36.
[5] Catassi C, Fasano A. Coeliac disease: The debate on coeliac disease screening - are we there yet? Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2014; 11:457-8.
[6] Wang DW, Li D, Wang J, Zhao Y, Wang Zh, Yue GLX, Huanju Q, Zhang K, Dong L, Wang D. Genome-wide analysis of complex wheat gliadins, the dominant carriers of celiac disease epitopes. Sci Rep. 2017; 7:44609.
[7] Jouanin A, Schaart JG, Boyd LA, et al. Outlook for coeliac disease patients: towards bread wheat with hypoimmunogenic gluten by gene editing of α- and γ-gliadin gene families. BMC Plant Biol. 2019; 19: 333.
[8] Li D, Jin H, Zhang K, Wang Zh, Wang F, Zhao Y, Huo N, Liu X, Gu Y, Wang D, Dong L. Analysis of the Gli-D2 locus identifies a genetic target for simultaneously improving the breadmaking and health-related traits of com-mon wheat. Plant J. 2018; 95(3):414-426.
[9] Wrigley CW, Shepherd KW. Electrofocusing of grain proteins from wheat genotypes. Ann NY Acad Sci. 1973; 209(1):154-62.
[10] Anderson OD, Dong L, Huo N, Gu, YQ. A new class of wheat gliadin genes and proteins. PLoS One. 2012; 7:e52139
[11] Payne PI, Holt LM, Lawrence GJ, Law CN. The genetics of gliadin and glutenin, the major storage proteins of the wheat endosperm. Plant Food Hum Nutr. 1982; 31:229-41.
[12] Hafeez AN, Arora S, Ghosh S, Gilbert D, Bowden R L, Wulff BH. Creation and judicious application of a wheat resistance genes atlas. Mol Plant. 2021; 14(7):1053-70.
[13] Huang L, Brooks SA, Li W, Fellers JP, Trick HN, Gill BS. Map-based cloning of leaf rust resistance gene Lr21 from the large and polyploid genome of bread wheat. Genetics. 2003; 164(2): 655-64.
[14] Anderson OD, Greene FC. The α-gliadin gene family. II DNA and protein sequence variation, subfamily structure, and origins of pseudogenes. Theor Appl Genet. 1997; 95: 59-65.
[15] Okita TW, Cheesbrough V, Reeves CD. Evolution and heterogeneity of the α-/β-type and γ-type gliadin DNA sequences. J Biol Chem. 1985; 260(13):8203-13.
[16] Hsia CC, Anderson OD. Isolation and characterization of wheat gliadin genes. Theor Appl Genet. 2001; 103: 37-44.
[17] Sozinov AA, Poperelya FA. Genetic classification of prolamins and its use for plant breeding. Ann Technol Agric. 1980; 29(2):229-45.
[18] Metakovsky E, Melnik VA, Rodriguez-Quijano M, Upelniek VP, Carrillo JM. A catalog of glidin alleles: Poly-morphism of 20th-century common wheat germplasm. Crop J. 2018; 6(6):629-41.
[19] Sozinov AA, Poperelya FA. Prolamin polymorphism and breeding. Visn sel-khozh nayki. 1979; 10:21-34.
[20] Huo N, Zhang S, Zhu T, Dong L, Wang Y, Mohr T, Hu T, Liu Z, Dvorak J, Luo MC, Wang D, Lee JY, Altenbach S, Gu YQ. Gene duplication and evolution dynamics in the homeologous regions harboring multiple prolamin and resistance gene families in hexaploid wheat. Front Plant Sci. 2018; 9:673.
[21] Zhang, Gianibelli M, Rampling ML, Gale KR. Identification of SNPs and development of allele-specific PCR markers for γ-gliadin alleles in Triticum aestivum. Theor Appl Genet. 2003; 107: 130-8.
[22] Devos KM, Bryan GJ, Collins AJ, Stephenson P, Gale MD. Application of two microsatellite sequences in wheat storage proteins as molecular markers. Theor Appl Genet. 1995; 90:247-52.
[23] Polischuk AM, Chebotar SV, Blagodarova OM, Коzub NА, Sоzinov IА, Sivolap YuМ. Analysis of varieties and near-isogenic lines of bread wheat by PCR with allele-specific primers to Gli-1 and Glu-3 loci. Cytol Genet. 2010; 44:345-53.
[24] Popovych Y, Chebotar S, Melnik V, Rodriguez-Quijano M, Pascual L, Rogers WJ, Metakovsky E. Congruity of the polymorphisms in the expressed and noncoding parts of the Gli-B1 locus in common wheat. Agronomy. 2020; 10(10):1510.
[25] Copus MM. About the natural gene geography of gliadin alleles in winter bread wheat. Selektsya & semenovodstvo. 1994; 5:9-14.
[26] Poperelya FA. Gliadin polymorphism and its association with grain quality, productivity and adaptation properties of winter bread wheat varieties. Breeding, seed production and intensive technology of wheat cultivation. Мoscow: Agropromizdat. 1989:138-50.
[27] Doyle JJ, Doyle JL. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. 1990; 12:13-15.
[28] Promega Technical Manual. Gene Print. STR Systems. Printed in USA. Revised. 1999; 7:52.
[29] Kozub NA, Sozinov IA, Sobko TA, Kolyuchii VT, Kuptsov SV, Sozinov AA. Variation at storage protein loci in winter common wheat cultivars of the central forest-steppe of Ukraine. Cytol Genet. 2009; 43:55-62.
[30] Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc Natl Acad Sci USA. 1973; 70(12): 3321-3.
[31] Kozub NO, Sozinov IO, Chaika VM, Sozinova OI, Janse LA, Blume YaB. Changes in allele frequencies at storage protein loci of winter common wheat under climate change. Cytol Genet. 2020; 54:305-17.
[32] Blagodarova OM, Lytvynenko MA, Golub YeA. Gene geography of alleles at gliadin- and glutenin-coding loci of Ukrainian winter common wheat varieties and their association with agronomical traits. Coll Sci Pap Inst Breed Genet. 2004; 46(6):124-38.
[33] Kozub NA, Sozinov IA, Karelov AV, Blume YaB, Sozinov AA. Diversity of Ukrainian winter common wheat varieties with respect to storage protein loci and molecular markers for disease resistance genes. Cytol Genet. 2017; 51:117-129.