Маркер-асоційована селекція за геном β-каротингідроксилази у кукурудзи
Анотація
Мета. Оцінка алельного стану маркера crtRB1-3'TE гена β-каротингідроксилази та маркер-асоційована селекція за цим маркером у вітчизняному селекційному матеріалі кукурудзи. Методи. Польовий, полімеразна ланцюгова реакція. Результати. Проведено аналіз алельного стану гена β-каротингідроксилази за маркером crtRB1-3'TE у популяціях кукурудзи (ДК23хF2)F2 та (ДК23хF2)F3MAS, отриманих після першого та другого самозапилення гібрида ДК23хF2. Встановлено, що батьківські інбредні лінії ДK23 і F2 містять алелі маркера crtRB1-3'TE відповідно 296 п.н. (несприятливий) і 543 п.н. (сприятливий). Три варіанти генотипів були присутні з різною частотою в популяції (ДК23хF2)F2 – гомозиготні за алелем 296 п.н., гомозиготні за алелем 543 п.н. та гетерозиготні, з обома алелями – 296 п.н. та 543 п.н. Для подальшого культивування та самозапилення серед (ДК23хF2)F2 були відібрані тільки рослини з алелем 543 п.н. Усі протестовані рослини в популяції (ДК23хF2)F3MAS були гомозиготні за алелем 543 п.н. Висновки. Маркер-асоційована селекція протягом двох поколінь за геном β-каротингідроксилази, задіяному в накопиченні β-каротину, дозволила відібрати гомозиготні рослини кукурудзи за сприятливим алелем маркера crtRB1-3'TE.
Ключові слова: Zea mays L., молекулярно-генетичні маркери, каротиноїди, селекційні популяції, алель.
Посилання
Kontseptsiia Derzhavnoi Naukovo-Tekhnichnoi Prohramy. Biofortyfikatsiia ta funktsional'ni produkty na osnovi roslynnoi syrovyny na 2012–2016 roky. Kyiv, 2011. [in Ukrainian] Accessed from: http://www.nas.gov.ua/legaltexts/DocPublic/P-110608-189-1.pdf
West K.P.Jr. Vitamin A deficiency disorders in children and women. Food Nutr. Bull. 2003. Vol. 24, P. 78–90. doi: 10.1177/15648265030244S204.
Safawo T.J., Senthil N., Raveendran M., Vellaikumar S., Ganesan K.N., Nallathambi G., Saranya S., Shobhana V.G., Abirami B., Gowri V. Exploitation of natural variability in maize for β-carotene content using HPLC and gene specific markers. Electronic Journal of Plant Breeding. 2010. Vol. 1, No. 4. P. 548–555.
Pixley K.V., Palacios-Rojas N., Babu R., Mutale R., Surles R., Simpungwe E. Biofortification of maize with provitamin A carotenoids. Carotenoids and Human Health, Nutrition and Health, ed. Tanumihardjo S. A., editor. (New York, NY: Humana Press). 2013. P. 271–292. doi: 10.1007/978-1-62703-203-2_17.
Sagare D.B., Shetti P., Surender M., Reddy S.S., Pradeep T., Anuradha G. Maize: potential crop for provitamin A biofortification. Maydica. 2018. Vol. 63. P. 1–11.
Smolikova G.N., Medvedev S.S. Karotinoidy semian: sintez, raznoobrazie i funktsii. Fiziologiia rasteniy. 2015. Vol. 62, No. 1. Р. 3–16. [in Russian]
Cazzonelli Ch.I. Carotenoids in nature: insights from plants and beyond. Functional Plant Biology. 2011. Vol. 38. P. 833–847. doi: 10.1071/FP11192.
Alós E., Rodrigo M.J., Zacarias L. Manipulation of carotenoid content in plants to improve human health. Subcell Biochem. 2016. Vol. 79. P. 311–343. doi: 10.1007/978-3-319-39126-7_12.
Giuliano G. Provitamin A biofortification of crop plants: a gold rush with many miners. Current Opinion in biotechnology. 2017. Vol. 44. P. 169–180. doi: 10.1016/j.copbio.2017.02.001.
Muthusamy V., Hossain F., Thirunavukkarasu N., Choudhary M., Saha S., Bhat J., Prasanna B., Gupta H. Development of β-Carotene Rich Maize Hybrids through Marker-Assisted Introgression of β-carotene hydroxylase Allele. PLoS ONE. 2014. Vol. 9, No.12. P. 113583. doi: 10.1371/journal.pone.0113583.
Muthusamy V., Hossain F., Thirunavukkarasu N., Saha S., Gupta H. Sh. Allelic variations for lycopene-ε-cyclase and β-carotene hydro×ylase genes in maize inbreds and their utilization in β-carotene enrichment programme. Cogent Food & Agriculture. 2015. Vol. 1. P. 1033141. doi: 10.1080/23311932.2015.1033141.
Díaz-Gómez J., Ramos A. J., Zhu C., Martin-Belloso O., Soliva-Fortuny R. Influence of cooking conditions on carotenoid content and stability in porridges prepared from high-carotenoid maize. Plant Foods Hum. Nutr. 2017. Vol. 72, No. 2. P. 113–119. doi: 10.1007/s11130-017-0604-7.
Zunjare R.U., Hossain F., Muthusamy V., Baveja A., Chauhan H. S., Bhat J. S. Development of biofortified maize hybrids through marker-assisted stacking of β-carotene hydroxylase, lycopene-ε-cyclase and opaque2 genes. Front. Plant Sci. 2018. Vol. 9. P. 178. doi: 10.3389/fpls.2018.00178.
Aluru M., Xu, Y., Guo R., Wang Zh., Li Sh., White W., Wang K., Rodermel S. Generation of transgenic maize with enhanced provitamin A content. Journal of Experimental Botany. 2008. Vol. 59, No. 13. P. 3551–3562. doi: 10.1093/jxb/ern212.
Naqvi Sh., Zhu Ch., Farre G., Ramessar K., Bassie L., Breitenbach J., Conesa D.P., Ros G., Sandmann G., Capell T., Christou P. Transgenic multivitamin corn through biofortification of endosperm with three vitamins representing three distinct metabolic pathways. PNAS. 2009. Vol.106, No. 19. P. 7762–7767. doi: 10.1073/pnas.0901412106.
Harjes C., Rocheford T., Bai L., Brutnell T., Kandianis C., Sowinski S., Stapleton A., Vallabhaneni R., Williams M., Wurtzel E., Yan J., Buckler E. Natural Genetic Variation in Lycopene Epsilon Cyclase Tapped for Maize Biofortification. Science. 2008. Vol. 319 (5861). P. 330–333. doi: 10.1126/science.1150255
Yan J., Kandianis C., Harjes C., Bai L., Kim E., Yang X., Skinner D., Fu Z., Mitchell S., Li Q., Fernandez M., Zaharieva M., Babu R., Fu Y., Palacios N., Li J., DellaPenna D., Brutnell T., Buckler E., Warburton M. and Rocheford T. Rare genetic variation at Zea mays crtRB1 increases β-carotene in maize grain. Nature Genetics. 2010. Vol. 42, No. 4. P. 322–327. doi: 10.1038/ng.551
Chandran S., Pukalenthy B., Adhimoolam K., Manickam D., Sampathrajan V., Chocklingam V. Marker-Assisted Selection to Pyramid the Opaque-2 (O2) and β-Carotene (crtRB1) Genes in Maize. Frontiers In Genetics. 2019. Vol. 10. doi: 10.3389/fgene.2019.00859.
Burt A., Grainger C., Smid M., Shelp B., Lee E. Allele Mining of Exotic Maize Germplasm to Enhance Macular Carotenoids. Crop Science. 2011. Vol. 51, No. 3. P. 991–1004. doi: 10.2135/cropsci2010.06.0335
Babu R., Rojas N.P., Gao S., Yan J., Pixley K. Validation of the effects of molecular marker polymorphisms in LcyE and CrtRB1 on provitamin A concentrations for 26 tropical maize populations. Theor Appl Genet. 2013. Vol. 126. P. 389–399. doi: 10.1007/s00122-012-1987-3.
Sagare D.B., Redoly S.S., Shetti P., Surender M. Enhancing provitamin A of maize using functional gene markers. Int. J. of Advanced Biotechnology and Research (IJBR). 2015. Vol. 6 (1). P. 86–95.
Sagare D., Shetti P., Surender M., Reddy S. Marker-assisted backcross breeding for enhancing β-carotene of QPM inbreds. Molecular Breeding. 2019. Vol. 39, No. 2. doi: 10.1007/s11032-019-0939-x.
Sivolap Iu.M., Kozhukhova N.E., Kalendar' R.N. Variabelnost i spetsifichnost genomov selskokhoziaystvennykh rasteniy. Odessa: Astroprint, 2011. 336 p. [in Russian]
Lebid Ie.M., Tsykov V.S., Pashchenko Yu.M., Shevchenko M.S., Kyrpa M.Ya., Pashchenko N.O. ta in. Metodyka provedennia poliovykh doslidiv z kukurudzoiu. Dnipropetrovsk: Instytut zernovoho hospodarstva UAAN, 2008. 27 p. [in Ukrainian]
