ПОЛНОГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАЦИЙ ПРИЗНАКОВ КАЧЕСТВА ЗЕРНА КОЛЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ, ВЫРАЩЕННОЙ В КЫЗЫЛОРДИНСКОЙ ОБЛАСТИ
DOI:
https://doi.org/10.26577/eb.2021.v87.i2.04Аннотация
Ячмень – это культура, которая в сравнении с другими культурными растениями, обладает лучшей устойчивостью к неблагоприятным условиям среды. Тем не менее, высокая температура, засуха и засоленная почва не позволяют формироваться высококачественному зерну, особенно для пивоваренной промышленности. В данной работе образцы ярового ячменя были выращены в условиях высокой засоленности Кызылординской области и проанализированы по основным признакам качества зерна, в т. ч. содержание белка, кархмала, β-глюкана, экстрактивности, натуры зерна и его твердости. На основе полученных результатов был сформирован список образцов с оптимальными показателями для пивоваренной промышленности, а также список для кормопроизводства. Полногеномный анализ выявил 20 ассоциаций маркер-признак сгруппированных в 7 локусов количественных признаков (ЛКП). Три ЛКП показали плейотропный эффект в отношении содержания в зерне белка, крахмала, β-глюкана и экстрактивности, два ЛКП были обнаружены для содержания белка, крахмала и экстрактивности. Для твердозерности и натуры зерна было идентифицировано по 1 ЛКП. Найденные плейотропные ЛКП находились в непосредственной близости к известным генам цветения ячменя. Все ЛКП, обнаруженные в ходе данной работы, а также перспективные образцы ячменя, могут быть потенциально интегрированы в процесс селекции ячменя в стрессовых условиях Кызылординской области.
Библиографические ссылки
Online statistical platform Statista. URL: https://www.statista.com/statistics/272760/barley-harvest-forecast/ (accessed: 01.03.2021).
Agency for Strategic planning and reforms of the Republic of Kazakhstan Bureau of National statistics. URL: https://stat.gov.kz/ (accessed: 25.02.2021).
Gosudarstvennyj reestr selekcionnyh dostizhenij, rekomenduemyh k ispol'zovaniyu v Respublike Kazahstan. URL: http://adilet.zan.kz/rus/docs/V090005759_ (accessed: 27.02.2021).
GOST 5060-86. YAchmen' pivovarennyj. Tekhnicheskie usloviya. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-5060-86 (accessed: 28.02.2021).
GOST R 53900-2010. YAchmen' kormovoj. Tekhnicheskie usloviya. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-53900-2010 (accessed: 28.02.2021).
Matthies I.E., Malosetti M., Röder M.S., van Eeuwijk F. Genome-Wide Association Mapping for Kernel and Malting Quality Traits Using Historical European Barley Records // PLoS ONE. – 2014. – Vol. 9(11). – P. e110046.
Tokhetova L.A., Abzhalelov B.B., Kuzhamberdieva S.Z., Bekova M.K., Demesinova A.A. Results of ecological test of sorts of a spring barley are in rice crop rotation of Kyzylorda area // International Journal of Experimental Education. – 2016. – Vol. 5-1. – P. 91-96.
Zhu J., Fan Y., Shabala S., Li C., Lv C., Guo B., Xu R., Zhou M. Understanding Mechanisms of Salinity Tolerance in Barley by Proteomic and Biochemical Analysis of Near-Isogenic Lines // Int J Mol Sci. – 2020. – Vol. 21(4). – P. 1516.
Turuspekov Y., Sariev B., Chudinov V., Sereda G., Tokhetova L., Ortaev A., et al. Genotype×environment interaction patterns for grain yield of spring barley in different regions of Kazakhstan // Russian Journal of Genetics. – 2013. – Vol.49(2). – P. 196-205.
Tohetova L. A. SHermagambetov K., Tautenov I. A., Bajzhanova B. K., Demesinova A. A., Bekova M. K., TOO «Kazahskij NII risovodstva im. I. ZHahaeva», Kyzylordinskij gosudarstvennyj universitet im. Korkyt Ata. Iskhodnyj material dlya selekcii yachmenya kormovogo napravleniya: istochniki i donory vysokogo soderzhaniya belka // Іzdenіster, nətizheler – Issledovaniya, rezul'taty. – 2016. – №3(71). – C. 225-231.
Tohetova L. A. Bekova M. K., Bajtanatova A. K., Demesinova A. A. Izuchenie mirovoj kollekcii yarovogo yachmenya v usloviyah kazahstanskogo Priaral'ya // Metody i tekhnologii v selekcii rastenij i rastenievodstve. – 2018. – S. 54-58.
Karlihanov T. K., SHayanbekova B. R., Balmahanov A. A., Tanirbergenov D. M. Tekhnologiya vyrashchivaniya kul'tury yachmenya v usloviyah kazahstanskogo Priaral'ya // Nauka i Mir. – 2015. – T. 2. – №. 3. – S. 126-127.
Pérez-de-Castro A.M., Vilanova S., Cañizares J., Pascual L., Blanca J.M., Díez M.J., Prohens J., Picó B. Application of genomic tools in plant breeding // Curr Genomics. – 2012. – Vol. 13(3). – P. 179-195.
Basile S. M. L., Ramírez I. A., Crescente J. M., Conde M. B., Demichelis M., Abbate P., Rogers W. J., Pontaroli A. C., Helguera M., Vanzetti L. S. Haplotype block analysis of an Argentinean hexaploid wheat collection and GWAS for yield components and adaptation // BMC plant biology. – 2019. – Vol. 19(1). – P. 1-16.
Pantaliao G. F., Narciso M., Guimarães C., Castro A., Colombari J. M., Breseghello F., Rodrigues L., Vianello R. P., Borba T. O., Brondani C. Genome wide association study (GWAS) for grain yield in rice cultivated under water deficit // Genetica. – 2016. – Vol. 144(6). – P. 651-664.
Yang Y., Chai Y., Zhang X., Lu S., Zhao Z., Wei D., Chen L., Hu Y. G. Multi-locus GWAS of quality traits in bread wheat: mining more candidate genes and possible regulatory network // Frontiers in plant science. – 2020. – Vol. 11. – P. 1091.
Zargar S. M., Raatz B., Sonah H., Bhat J. A., Dar Z. A., Agrawal G. K., Rakwal R. Recent advances in molecular marker techniques: insight into QTL mapping, GWAS and genomic selection in plants // Journal of crop science and biotechnology. – 2015. – Vol. 18(5). – P. 293-308.
Genievskaya Y., Almerekova S., Sariev B., Chudinov V., Tokhetova L., Sereda G., Ortaev A., Tsygankov V., Blake T., Chao S., Sato K., Abugalieva S., Turuspekov Y. Marker-trait associations in two-rowed spring barley accessions from Kazakhstan and the USA // PLOS ONE. – 2018. – Vol. 13 (10). – P. e0205421
Almerekova S., Sariev B., Abugalieva A., Chudinov V., Sereda G., Tokhetova L., Ortaev A., Tsygankov V., Blake T., Chao S., Genievskaya Y., Abugalieva S., Turuspekov Y. Association mapping for agronomic traits in six-rowed spring barley from the USA harvested in Kazakhstan // PLOS ONE. – 2019. – V. 14(8). – P. e0221064.
Turuspekov Y., Baibulatova A., Yermekbayev K., Tokhetova L., Chudinov V., Sereda G., Ganal M.W, Griffiths S., Abugalieva S. GWAS for plant growth stages and yield components in spring wheat (Triticum aestivum L.) harvested in three regions of Kazakhstan // BMC Plant Biology. – 2017. – Vol. 17 (S1). R. 51-61.
Zatybekov A., Abugalieva S., Didorenko S., Gerasimova Y., Sidorik I., Anuarbek Sh., Turuspekov Y. GWAS of agronomic traits in soybean collection included in breeding pool in Kazakhstan // BMC Plant Biology. – 2017. – Vol.17 (S1). – R. 64-70.
Genievskaya Y., Turuspekov Y., Rsaliyev A., Abugalieva S. Genome-wide association mapping for resistance to leaf, stem, and yellow rusts of common wheat under field conditions of South Kazakhstan // PeerJ. – 2020. – Vol. 8. – P. e9820.
Turuspekov Y., Ormanbekova D., Rsaliev A., Abugalieva S. Genome-wide association study on stem rust resistance in Kazakh spring barley lines // BMC Plant Biology. – 2016. – Vol. 16. – P. 13-21.
ZatybekovA., Abugalieva S., Didorenko S., Rsaliyev A., Turuspekov Y. GWAS of soybean breeding collection for resistance to fungal diseases in condition of South-East and South Kazakhstan // Vavilov Journal of Genetics and Breeding (Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii). – 2018. – Vol. 22(5). – P. 536-543.
Sáez-Plaza P., Michałowski T., Navas M. J., Asuero A. G., Wybraniec S. An overview of the Kjeldahl method of nitrogen determination. Part I. Early history, chemistry of the procedure, and titrimetric finish // Critical Reviews in Analytical Chemistry. – 2013. – Vol. 43(4). – P. 178-223.
Williams P., El Haramein F.J., Nakkoul H., Rihawi S. Crop Quality Evaluation Methods and Guidelines. – Aleppo:ICARDA, 1988. – 145 pp.
Savin V.N., Abugaliev I.A., Abugalieva A.I. Analiticheskie issledovaniya v rastenievodstve // Doklady RASKHN. – 1998. – №2. – S.13-15.
GOST 10840-64 Zerno. Metody opredeleniya natury. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200023848 (accessed: 25.02.2021).
GOST 12136-77 Zerno. Metod opredeleniya ekstraktivnosti yachmenya. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200024315 (accessed: 25.02.2020).
Close T.J., Bhat P.R., Lonardi S., Wu Y., Rostoks N., Ramsay L. Development and implementation of high-throughput SNP genotyping in barley // BMC genomics. – 2009. – Vol. 10(1). – P. 582.
Earl D. A. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method // Conservation genetics resources. – 2012. – Vol. 4(2). – P. 359-361.
Bradbury P.J., Zhang Z., Kroon D.E., Casstevens T.M., Ramdoss Y., Buckler E.S. TASSEL: Software for association mapping of complex traits in diverse samples // Bioinformatics. – 2007. – Vol. 23. – P. 2633–2635.
R Core Team R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – 2013. URL http://www.R-project.org/.
The Triticeae Toolbox (T3). Barley. URL: https://triticeaetoolbox.org/barley/ (accessed 26.02.2021).
Voorrips R.E. MapChart: Software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs // The Journal of Heredity. – 2002. – Vol. 93 (1). – P. 77-78.
Wang J., Zhang G., Chen J., Wu F. The changes of β-glucan content and β-glucanase activity in barley before and after malting and their relationships to malt qualities // Food Chemistry. – 2004. – Vol. 86(2). – P. 223-228.
Psota V., Vejražka K., Faměra O., Hrčka M. Relationship between grain hardness and malting quality of barley (Hordeum vulgare L.) // Journal of the Institute of Brewing. – 2007. – Vol. 113(1). – P. 80-86.
Titova E. M., Vnukova M. A. Produktivnost' i kachestvo sortov pivovarennogo yachmenya // Vestnik OrelGAU. – 2008. – №3.
Zyuba S. N. Usloviya vyrashchivaniya i kormovaya produktivnost' yarovogo yachmenya // Zemledelie. – 2012. – №. 4.
Torikov V. E., Mel'nikova O. V., Klimenkov F. I. Ocenka prigodnosti sortov yarovogo yachmenya na pivovarennye celi // Vestnik FGOU VPO Bryanskaya GSKHA. – 2007. – №6.
Cockram J., Thiel T., Steuernagel B., Stein N., Taudien S., Bailey P.C., O'Sullivan D.M. Genome dynamics explain the evolution of flowering time CCT domain gene families in the Poaceae // PloS one. – 2012. – Vol. 7. – P. e45307.
Zakhrabekova S., Gough S.P., Braumann I., Müller A.H., Lundqvist J., Ahmann K., Dockter C., Matyszczak I., Kurowska M., Druka A., Waugh R., Graner A., Stein N., Steuernagel B., Lundqvist U., Hansson M. Induced mutations in circadian clock regulator Mat-a facilitated short-season adaptation and range extension in cultivated barley // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2012. – Vol. 109(11). – P. 4326-4331.
Nair S.K., Wang N., Turuspekov Y., Pourkheirandish M., Sinsuwongwat S., Chen G., Sameri M., Tagiri A., Honda I., Watanabe Y., Kanamori H., Wicker T., Stein N., Nagamura Y., Matsumoto T., Komatsuda T. Cleistogamous flowering in barley arises from the suppression of microRNA-guided HvAP2 mRNA cleavage // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2010. – Vol. 107. – P. 490-495.
Alqudah A.M., Sharma R., Pasam R.K., Graner A., Kilian B., Schnurbusch T. Genetic dissection of photoperiod response based on GWAS of pre-anthesis phase duration in spring barley // PLoS One. – 2014. – Vol. 9(11). – P. e113120.
