Мягкая пшеница Triticum aestivum L. является аллополиплоидом (2n = 6x = 42). Ее геном включает в себя геномы трех предковых видов, что позволяет хорошо переносить анеуплоидию ввиду наличия нескольких копий одних и тех же генов, находящихся в гомеологичных хромосомах. Это свойство было продемонстрировано на созданных на основе ряда сортов мягкой пшеницы анеуплоидных линиях. Отсутствие хромосомы 3В у мягкой пшеницы ведет к аномалиям мейотического деления, в том числе к снижению числа хиазм и асинапсису. Замещение хромосомы 3В мягкой пшеницы гомеологичной хромосомой 3R ржи Secale cereale L. приводит к нарушению хиазмообразования и асинапсису, нарушению компактизации хромосом, асинхронному поведению хромосом во втором делении мейоза и нарушениям в динамике микротрубочкового цитоскелета. Вероятно, в хромосоме 3R ржи, в отличие от гомеологичной хромосомы 3B мягкой пшеницы, отсутствуют гены, играющие ключевую роль в контроле нормального протекания мейоза у мягкой пшеницы. Цель данной работы - сравнительный анализ мейотических генов в хромосомах 3B и 3R мягкой пшеницы и диплоидной ржи соответственно. В результате проведенного анализа баз данных обнаружено, что в хромосоме 3R отсутствуют три мейотических гена: TraesCS3B02G308600 (ASK1/ASK2), TraesCS3B02G048300 (FANCM), TraesCS3B02G458900 (EMS1). При этом лишь для гена TraesCS3B02G308600 (ASK1/ASK2) показано отсутствие гомеологов в геноме мягкой пшеницы. На основе известных мейотических генов (mei-гены) мягкой пшеницы были построены и проанализированы генные сети. Гены TraesCS3B02G048300 (FANCM), TraesCS3B02G458900 (EMS1) располагались вне построенных генных сетей, тогда как ген TraesCS3B02G308600 (ASK1/ASK2) вместе с основными описанными генами мейоза формировал сеть из 22 генов. На основании полученных результатов сделано предположение, что отсутствие гена TraesCS3B02G308600 (ASK1/ASK2) у пшенично-ржаной замещенной линии 3R(3B) по большей части определяет характер аномалий мейотического процесса у пшенично-ржаной замещенной линии 3R(3B) Саратовская 29/рожь Онохойская.
Идентификаторы и классификаторы
В прошлом веке на основе мягкой пшеницы получены анеуплоидные линии, в которых отсутствовали пара гомологичных хромосом (нуллисомные линии) (Sears, 1954), пара плеч хромосом (дителосомные линии) (Sears E. R., Sears L. M. S., 1979) или часть хромосомы (делеционные линии) (Endo, Gill, 1996). Известно, что линии, в которых отсутствует хромосома 3В, демонстрируют асинапсис (Sears, 1944), а дителосомные линии по длинному плечу хромосомы 3В (2n = 6x = 42) – сниженное число хиазм (Naranjo, 2015). Вероятно, хромосома 3В несет гены мейотической рекомбинации. Хромосомы 3А и 3D не способны компенсировать отсутствие хромосомы 3В. В работе, посвященной поиску генов, находящихся в хромосоме 3В и приводящих к снижению хиазмообразования, показано наличие в хромосоме 3В по крайней мере 16 генов-кандидатов (Darrier et al., 2022). Отсутствие любого из них может приводить к асинапсису. Среди этих генов можно выделить ZIP4 (TaZIP4-B2) – один из основных мейотических генов (Darrier et al., 2022). Отсутствие этого гена является причиной асинапсиса у мутантов ph1b мягкой пшеницы (Martín et al., 2017). Ген TaZIP4-B2 отвечает за осуществление гомологичного и ограничения гомеологичного кроссинговера.
Список литературы
1. Журавлева А.А., Силкова О.Г. Дисомное замещение хромосом 3R(3B) приводит к комплексу аномалий в мейозе мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(4):365-376. DOI: 10.18699/vjgb-24-42 EDN: RHXZLW
Zhuravleva А.А., Silkova О.G. Disomic chromosome 3R(3B) substitution causes a complex of meiotic abnormalities in bread wheat Triticum aestivum L. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov J Genet Breed. 2024;28(4):365-376. DOI: 10.18699/vjgb-24-42
2. Силкова О.Г., Добровольская О.Б., Дубовец Н.И., Адонина И.Г., Кравцова Л.А., Родер М.С., Салина Е.А., Щапова А.И., Шумный В.К. Создание пшенично-ржаных замещенных линий с идентификацией хромосомного состава кариотипов методами С-бэндинга, GISH и SSR-маркеров. Генетика. 2006;42(6):793-802. EDN: HTOBJJ
Silkova O.G., Dobrovolskaya O.B., Dubovets N.I., Adonina I.G., Kravtsova L.A., Roeder M.S., Salina E.A., Shchapova A.I., Shumny V.K. Production of wheat-rye substitution lines and identification of chromosome composition of karyotypes using C-banding, GISH, and SSR markers. Russ J Genet. 2006;42(6):645-653. DOI: 10.1134/S1022795406060093 EDN: LJROWL
3. Симановский С.А., Богданов Ю.Ф. Генетический контроль мейоза у растений. Генетика. 2018;54(4):397-411. DOI: 10.7868/S0016675818040021 EDN: YWMRRE
Simanovsky S.A., Bogdanov Yu.F. Genetic control of meiosis in plants. Russ J Genet. 2018;54(4):389-402. DOI: 10.1134/S1022795418030122 EDN: XXSJNJ
4. Bai C., Sen P., Hofmann K., Ma L., Goebl M., Harper J.W., Elledge S.J. SKP1 connects cell cycle regulators to the ubiquitin proteolysis machinery through a novel motif, the F-box. Cell. 1996;86(2):263-274. DOI: 10.1016/S0092-8674(00)80098-7
5. Chalupska D., Lee H.Y., Faris J.D., Evrard A., Chalhoub B., Haselkorn R., Gornicki P. Acc homoeoloci and the evolution of wheat genomes. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(28):9691-9696. DOI: 10.1073/pnas.0803981105
6. Darrier B., Colas I., Rimbert H., Choulet F., Bazile J., Sortais A., Jenczewski E., Sourdille P. location and identification on chromosome 3B of bread wheat of genes affecting chiasma number. Plants. 2022;11(17):2281. DOI: 10.3390/plants11172281 EDN: POXIKX
7. Devos K.M., Atkinson M.D., Chinoy C.N., Liu C.J., Gale M.D. RFLP-based genetic map of the homoeologous group 3 chromosomes of wheat and rye. Theor Appl Genet. 1992;83(8):931-939. DOI: 10.1007/BF00232953 EDN: CNNZOG
8. Dong Z., Ma C., Tian X., Zhu C., Wang G., Lv Y., Friebe B., Li H., Liu W. Genome-wide impacts of alien chromatin introgression on wheat gene transcriptions. Sci Rep. 2020;10(1):4801. DOI: 10.1038/s41598-020-61888-1 EDN: EPNNWG
9. Endo T.R., Gill B.S. The deletion stocks of common wheat. J Hered. 1996;87(4):295-307. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jhered.a023003 EDN: IROUZZ
10. Feldman R.M.R., Correll C.C., Kaplan K.B., Deshaies R.J. A complex of Cdc4p, Skp1p, and Cdc53p/Cullin catalyzes ubiquitination of the phosphorylated CDK inhibitor Sic1p. Cell. 1997;91(2):221-230. DOI: 10.1016/S0092-8674(00)80404-3
11. Gray W.M., del Pozo J.C., Walker L., Hobbie L., Risseeuw E., Banks T., Crosby W.L., Yang M., Ma H., Estelle M. Identification of an SCF ubiquitinligase complex required for auxin response in Arabidopsis thaliana. Genes Dev. 1999;13(13):1678-1691. DOI: 10.1101/gad.13.13.1678
12. Kerzendorfer C., Vignard J., Pedrosa-Harand A., Siwiec T., Akimcheva S., Jolivet S., Sablowski R., Armstrong S., Schweizer D., Mercier R., Schlögelhofer P. The Arabidopsis thaliana MND1 homologue plays a key role in meiotic homologous pairing, synapsis and recombination. J Cell Sci. 2006;119(12):2486-2496. DOI: 10.1242/jcs.02967
13. Lee Y.H., Larter E.N., Evans L.E. Meiotic behavior of wheat-rye addition and substitution lines. Crop Sci. 1970;10(2):144-145. DOI: 10.2135/cropsci1970.0011183X001000020006x
14. Li Y., Li Y., Zou X., Jiang S., Cao M., Chen F., Yin Y., Xiao W., Liu S., Guo X. Bioinformatic identification and expression analyses of the MAPK-MAP4K gene family reveal a putative functional MAP4K10-MAP3K7/8-MAP2K1/11-MAPK3/6 cascade in wheat (Triticum aestivum L.). Plants. 2024;13(7):941. DOI: 10.3390/plants13070941
15. Marcussen T., Sandve S.R., Heier L., Spannagl M., Pfeifer M.; International Wheat Genome Sequencing Consortium; Jakobsen K.S., Wulff B.B., Steuernagel B., Mayer K.F., Olsen O.A. Ancient hybridizations among the ancestral genomes of bread wheat. Science. 2014;345(6194):1250092. DOI: 10.1126/science.1250092
16. Martín A.C., Rey M.-D., Shaw P., Moore G. Dual effect of the wheat Ph1 locus on chromosome synapsis and crossover. Chromosoma. 2017;126(6):669-680. DOI: 10.1007/s00412-017-0630-0 EDN: YFCHRD
17. Naranjo T. Forcing the shift of the crossover site to proximal regions in wheat chromosomes. Theor Appl Genet. 2015;128(9):1855-1863. DOI: 10.1007/s00122-015-2552-7 EDN: DDRZOX
18. Nayak S., Santiago F.E., Jin H., Lin D., Schedl T., Kipreos E.T. The Caenorhabditis elegans Skp1-related gene family. Curr Biol. 2002;12(4):277-287. DOI: 10.1016/S0960-9822(02)00682-6
19. Seal A.G., Bennett M.D. Preferential C-banding of wheat or rye chromosomes. Theor Appl Genet. 1982;63(3):227-233. DOI: 10.1007/BF00304000 EDN: VBGQPJ
20. Sears E.R. Cytogenetic studies with polyploid species of wheat. II. Additional chromosomal aberrations in Triticum vulgare. Genetics. 1944;29(3):232-246. DOI: 10.1093/genetics/29.3.232
21. Sears E.R. The aneuploids of common wheat. In: Research Bulletin No. 572. Agricultural Experiment Station, University of Missouri, Columbia, 1954;1-58.
22. Sears E.R., Sears L.M.S. The telocentric chromosomes of common wheat. In: Proceedings of the 5th International Wheat Genetics Symposium, New Delhi, 23-28 February, 1978. New Delhi: Indian Agricultural Research Institute, 1979;389-407.
23. Skowyra D., Koepp D.M., Kamura T., Conrad M.N., Conaway R.C., Conaway J.W., Elledge S.J., Harper J.W. Reconstitution of G1 cyclin ubiquitination with complexes containing SCFGrr1 and Rbx1. Science. 1999;284(5414):662-665. DOI: 10.1126/science.284.5414.662 EDN: DARUOP
24. Tsvetkov L.M., Yeh K.-H., Lee S.-J., Sun H., Zhang H. p27Kip1 ubiquitination and degradation is regulated by the SCFSkp2 complex through phosp horylated Thr187 in p27. Curr Biol. 1999;9(12):661-664. DOI: 10.1016/S0960-9822(99)80290-5
25. Vavrdová T., Šamajová O., Křenek P., Ovečka M., Floková P., Šnaurová R., Šamaj J., Komis G. Multicolour three dimensional structured illumination microscopy of immunolabeled plant microtubules and associated proteins. Plant Methods. 2019;15(1):22. DOI: 10.1186/s13007-019-0406-z EDN: LYLSAG
26. Wang Y., Yang M. The ARABIDOPSIS SKP1-LIKE1 (ASK1) protein acts predominately from leptotene to pachytene and represses homologous recombination in male meiosis. Planta. 2006;223(3):613-617. DOI: 10.1007/s00425-005-0154-3 EDN: TUUSOO
27. Wang Y., Wu H., Liang G., Yang M. Defects in nucleolar migration and synapsis in male prophaseI in the ask11 mutant of Arabidopsis. Sex Plant Reprod. 2004;16(6):273-282. DOI: 10.1007/s00497-004-0206-z
28. Yang M., Ma H. Male meiotic spindle lengths in normal and mutant Arabidopsis cells. Plant Physiol. 2001;126(2):622-630. DOI: 10.1104/pp.126.2.622
29. Yang M., Hu Y., Lodhi M., McCombie W.R., Ma H. The Arabidopsis SKP1LIKE1 gene is essential for male meiosis and may control homologue separation. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96(20):11416-11421. DOI: 10.1073/pnas.96.20.11416
Выпуск
Другие статьи выпуска
В настоящее время особый интерес представляет установление влияния удвоения числа хромосом на селекци-онно значимые признаки в процессе селекции. В 2018-2021 гг. проведены полевые и лабораторные исследования с целью сравнительной оценки по хозяйственно ценным признакам и свойствам исходных диплоидных сортов ржи и полученных на их основе тетраплоидных аналогов в условиях Западной Сибири. Материалом для исследования послужили две пары аналогов: диплоидные сорта Короткостебельная 69 и Чулпан и их тетраплоидные формы Тетра короткая и Влада. Cравнительный анализ показал сходство признаков по высоте и зимостойкости растений при переходе с диплоидного на тетраплоидный уровень, так как наследование этих признаков носит полигенный характер, что благоприятно влияет на устойчивость растений к стрессу. У тетраплоидных аналогов отмечено достоверное увеличение урожайности на 17.2-23.5 % и крупности зерна в 1.2-1.5 раза. Следовательно, удвоение числа хромосом приводит к выраженности изменчивости признака урожайности и массы 1000 зе-рен. Кроме того, наблюдалось повышение массы зерна с колоса на 0.07-0.72 г и массы зерна с растения на 1.08-1.83 г, что в конечном итоге повысило урожайность по сравнению с исходными диплоидными формами. Установлено нежелательное влия-ние удвоения числа хромосом на такие признаки, как озерненность, продуктивная кустистость, натура зерна, число падения и вегетационный период. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что полиплоидизация у ржи по-вышает эффективность использования в сельскохозяйственном производстве тетраплоидных сортов озимой ржи в условиях Западной Сибири благодаря высоким показателям зимостойкости, устойчивости к полеганию, урожайности и крупности зерна.
Повышение содержания антиоксидантов в зерне пшеницы является актуальной общемировой тенденцией наряду с увеличением урожайности. С использованием ДНК-маркеров к генам биосинтеза антоцианов были выделены три гибридные линии с черной окраской зерна и шесть - с фиолетовой и светло-фиолетовой в потомстве от скрещивания образца к-44126 Triticum petropavlovskyi и линии сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 - С29чз4. Все изученные линии, независимо от окраски зерна, имели более крупную зерновку относительно С29чз4, достигающую 53-59 мг у линий со светло-фиолетовым зерном. При этом Л1 и Л2 с черным зерном, а также Л7, Л8 и Л9 со светло-фиолетовым, несмотря на снижение числа колосков и зерен в колосе, демонстрировали увеличение массы зерен с колоса и растения в 1.3-2.1 раза по сравнению с С29чз4, а Л2 имела максимальное число зерен с растения, на 44 % превышающее показатель С29чз4. Наиболее высоким содержанием антоцианов характеризовались чернозерные Л1 и Л2, а Л7 со светло-фиолетовой окраской зерна не уступала линиям с фиолетовой окраской по содержанию антоцианов и фенольных соединений, а также по показателям антиоксидантной активности, но отличалась более высокой продуктивностью.
Цель работы - оценка адаптивного потенциала сортов ячменя, созданных в селекционных учреждениях Сибири, по урожайности в северной лесостепи Новосибирского Приобья. Исследования проводились в 2014-2023 гг. в севообороте Сибирского научно-исследовательского института растениеводства и селекции - филиала ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Материалом исследования были 52 сорта ячменя, включенные в Госреестр РФ (районированные) по Западно-Сибирскому (10) и Восточно-Сибир скому (11) регионам. Сорта оценены по показателям: общая адаптивность к условиям внешней среды, устойчивость к экстремаль ным факторам по годам, стабильность формирования урожайности в контрастных условиях. Адаптивность сортов определяли по методике Л. А. Животкова с коллегами, устойчивость сортов к стрессовым условиям - по формулам в изложении А. А. Гончаренко, размах урожайности - по методике В. А. Зыкина с коллегами. Высокую общую адаптивность к условиям внешней среды показали сорта по группам спелости: раннеспелые - Червонец, Танай и Симон (100-102 %); среднеранние - Саша, Абалак, Колчан, Талан, Золотник, Омский 88, Омский 86 (107-117 %); среднеспелые - Салаир, Ворсинский, Ворсинский 2, Омский 85 (117-122 %). Наиболее высокий потенциал урожайности за 10 лет показали сорта: Омский 85 (1070 г/м2), Ворсинский 2, Саша (1025 г/м2), Салаир (1017 г/м2) и Нарымчанин (1016 г/м2). Устойчивость к стрессу (наименьшая разница между максимальной и минимальной урожайностями) имели сорта: раннеспелые - Заларинец, Червонец, Айхал, Алтан-Булаг (-371…-437 г/м2); среднеранние - Омский 88, Золотник, Паллидум 394 и Омский 80 (-237…-387 г/м2); среднеспелые - Красноярский 1, Омский 87, Ворсинский, Енисей, Обской и Никита (-434…-563 г/м2). Компенсаторной способностью (наибольшей средней урожайностью в контрастных условиях) характеризуются: раннеспелые - Танай, Червонец, Симон и Казьминский (550-591 г/м2); среднеранние - Колчан, Саша, Омский 90, Ворсинский, Абалак, Талан и Омский 86 (650-720 г/м2); среднеспелые - Омский 95, Салаир, Омский 85, Ворсинский и Омский 90 (682-707 г/м2). Стабильную урожайность в контрастных условиях продемонстрировали: раннеспелые - Червонец, Танай, Заларинец; среднеранние - Паллидум 394, Абалак, Колчан, Омский 80, Талан; среднеспелые - Омский 95, Красноярский 1, Ворсинский и Омский 87. Данные сорта рекомендуются для широкого использования в селекционном процессе.
Человек подвергается воздействию различных химических соединений на протяжении жизни, однако профессиональная специализация обуславливает наиболее опасное воздействие на организм. Важной проблемой является понимание влияния промышленной среды на геномную стабильность у работников. Известно, что контакт с угольной пылью и продуктами сжигания угля (особенно интенсивный в производственных условиях) способен негативно воздействовать на генетический аппарат человека. Тем не менее многие аспекты такого воздействия остаются малоизученными. В частности, пока мало известны эпигенетические эффекты действия производственных факторов и их взаимосвязь с накоплением геномных нарушений. Были обследованы 455 работников угольных теплоэлектростанций г. Кемерово и 448 жителей той же местности, не занятых на производстве. Генетические нарушения оценивались с помощью микроядерного теста с блоком цитокинеза в лимфоцитах крови. В анализ были включены такие показатели, как микроядра, нуклеоплазменные мосты и протрузии. Оценку статуса метилирования промоторных зон генов TP53, BRCA1 и ERCC2 проводили при помощи метил-специфической полимеразной цепной реакции. В результате исследования обнаружено повышение частоты встречаемости цитогенетических повреждений в клетках крови у работников угольных теплоэлектростанций, в отличие от группы сравнения. При изучении распределения степени метилирования промоторных областей генов TP53, BRCA1 и ERCC2 установлена наибольшая частота случаев гиперметилирования промоторов всех изученных генов у работников, в отличие от группы сравнения, что говорит о влиянии производственной среды угольных теплоэлектростанций. Выявлено увеличение частоты встречаемости микроядер, мостов и протрузий у рабочих с гиперметилированными промоторами генов TP53, BRCA1 и ERCC2. Наиболее выраженное изменение профиля метилирования наблюдалось у рабочих, возраст которых был более 50 лет, с производственным стажем выше 25 лет. Полученные данные свидетельствуют о наличии генетических и эпигенетических эффектов действия факторов производственной среды угольных теплоэлектростанций на геномную стабильность работников.
Издательство
- Издательство
- НИИТПМ
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1, Метро "Золотая нива", Автобус "Молодежная, Кошурникова"
- Юр. адрес
- 630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 10
- ФИО
- Рагино Юлия Игоревна (Руководитель)
- Контактный телефон
- +7 (383) 3730981
- Сайт
- https://iimed.ru/