en   uk  
ISSN 2308-7099
Фізіологія рослин і генетика
 
 
Фізіологія рослин і генетика 2023, том 55, № 2, 142-149, doi: https://doi.org/10.15407/frg2023.02.142

Iдентифiкацiя мутацiй генiв lpa у зернiвках ячменю за допомогою молекулярних маркерiв

Катрiй В.Б.1, Великожон Л.Г.1,2, Сливка Л.В.1, Рибалка О.I.1,3, Моргун Б.В.1,2

  1. Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України  03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17
  2. Iнститут клітинної біології та генетичної інженерії Національної академії наук України 03143 Київ, вул. Академіка Заболотного, 148
  3. Селекційно-генетичний інститут—Національний центр насіннєзнавства та сортовивчення Національної академії аграрних наук України 65036 Одеса, Овідіопольська дорога, 3

Фосфор, який міститься у зерні злаків, на 65—85 % представлений у формі фітинової кислоти та її солей. Наявність мутацій у генах lpa спричинює зниження вмісту міо-інозитол-1,2,3,4,5,6-гексакісфосфатів у насінні, що сприяє засвоєнню організмом людини мінеральних елементів (фосфору, заліза, цинку та ін.). З огляду на це важливою є ідентифікація у селекційних лініях ячменю (Hordeum vulgare L.) мутацій lpa, які впливають на рівень накопичення фітатів у зерні. Для досягнення поставленої мети ми використали методики виділення ДНК (ЦТАБ метод), електрофорез ДНК у агарозному гелі, полімеразну ланцюгову реакцію (ПЛР). Відпрацьовані маркерні системи для ідентифікації мутантів lpa1-1 та lpa2-1 дають змогу ефективно аналізувати селекційний матеріал. Загалом серед проаналізованих нами 82 селекційних ліній було ідентифіковано 30 зразків з мутаціями lpa1-1 та 36— з lpa2-1. Застосована методика визначення алелів lpa1-1 та lpa2-1, які впливають на вміст фітатів у зерні ячменю, уможливлює ефективний аналіз селекційних ліній цієї культури, які будуть згодом залучені до створення досконаліших сортів.

Ключові слова: Hordeum vulgare L., ячмінь, lpa-мутації, фітинова кислота, фосфати, маркер-допоміжна селекція

Фізіологія рослин і генетика
2023, том 55, № 2, 142-149

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Arumuganathan, K. & Earle, E.D. (1991). Nuclear DNA content of some important plant species. Plant Mol. Biol., 9, pp. 208-218. https://doi.org/10.1007/BF02672069

2. Derdanier, C., Dwyer, J. & Herber, D. (2013). Handbook of nutrition and food (3rd ed.). CRC Press, p. 199. ISBN 978-1-4665-0572-8.

3. Raboy, V. (2001). Seeds for a better future: 'low phytate', grains help to overcome malnutrition and reduce pollution. Trends Plant Sci., 6, pр. 458-462. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(01)02104-5

4. Dorsch., J.A, Cook, A., Young, K.A, Anderson, J.M., Bauman, A.T., Volkmann, C.J., Murthy P.P.N. & Raboy, V. (2003). Seed phosphorus and inositol phosphate phenotype of barley low phytic acid genotypes. Phytochemistry, 62, рр. 691-706. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(02)00610-6

5. Oliver, R.E., Yang, C., Hu, G., Raboy, V. & Zhang, M. (2009). Identification of PCR-based DNA markers flanking three low phytic acid mutant loci in barley. J. Plant Breed. Crop Sci., 1, рр. 87-93. https://doi.org/10.5897/JPBCS.9000081xxx1

6. Larson, S.R., Young, K.A., Coo, K.A., Blake, T.K. & Raboy, V. (1998). Linkage mapping of two mutations that reduce phytic acid content of barley grain. Theor. Appl. Genet., 97, рр. 141-146. https://doi.org/10.1007/s001220050878

7. Kim, S.I., Andaya, C.B., Goyal, S.S. & Tai, T.H. (2008). The rice OsLpa1 gene encodes a novel protein involved in phytic acid metabolism. Theor. Appl. Genet. 117, рр. 769-779. https://doi.org/10.1007/s00122-008-0818-z

8. Liu, Q.L., Xu, X.H., Ren, X.L., Fu, H.W., Wu, D.X. & Shu, Q.Y. (2007). Generation and characterization of low phytic acid germplasm in rice (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet., 114, рр. 803-814. https://doi.org/10.1007/s00122-006-0478-9

9. Zhao, H.J., Liu, Q.L., Fu, H.W., Xu, X.H., Wu, D.X. & Shu, Q.Y. (2008). Effect of non-lethal low phytic acid mutations on grain yield and seed viability in rice. Field Crops Res., 108, рр. 206-211, https://doi.org/10.1016/j.fcr.2008.05.006

10. Guttieri, M., Bowen, D., Dorsch, J.A., Raboy, V. & Souza, E. (2003). Identification and characterization of a low phytic acid wheat. Crop Sci., 44, рр. 418-424. https://doi.org/10.2135/cropsci2004.4180

11. Shi, J.R., Wang, H.Y., Wu, Y.S., Hazebroek, J., Meeley, R.B. & Ertl, D.S. (2003). The maize low-phytic acid mutant 1pa2 is caused by mutation in an inositol phosphate kinase gene. Plant Physiol., 131, рр. 507-515. https://doi.org/10.1104/pp.014258

12. Shi, J.R., Wang H.Y., Hazebroek, J., Ertl, D.S. & Harp, T. (2005). The maize low-phytic acid 3 encodes a myo-inositol kinase that plays a role in phytic acid biosynthesis in developing seeds. Plant J., 42, рр. 708-719. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2005.02412.x

13. Shi, J.R., Wang, H.Y., Schellin, K., Li, B.L., Faller, M., Stoop, J.M., Meeley, R.B., Ertl, D.S., Ranch, J.P. & Glassman, K. (2007). Embryo-specific silencing of a transporter reduces phytic acid content of maize and soybean seeds. Nat Biotechnol., 25, рр. 930-937. https://doi.org/10.1038/nbt1322

14. Hitz, W.D., Carlson, T.J., Kerr, P.S. & Sebastian, S.A. (2002). Biochemical and molecular characterization of a mutation that confers a decreased raffinosaccharide and phytic acid phenotype on soybean seeds. Plant Physiol., 128, рр. 650-660. https://doi.org/10.1104/pp.010585

15. Yuan, F.J., Zhao, H.J., Ren, X.L., Zhu, S.L., Fu, X.J. & Shu, Q.Y. (2007). Generation and characterization of two novel low phytate mutations in soybean (Glycine max (L.) Merr.). Theor. Appl. Genet., 115, рр. 945-957. https://doi.org/10.1007/s00122-007-0621-2

16. Campion, B., Sparvoli, F., Doria, E., Tagliabue, G., Galasso, I., Fileppi, M., Bollini, R. & Nielsen, E. (2009). Isolation and characterisation of an lpa (low phytic acid) mutant in common bean (Phaseolus vulgaris L.). Theor. Appl. Genet., 118., рр. 1211-1221. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2008.01569.x

17. Brody, J.R. & Kern, S.E. (2004). History and principles of conductive media for standard DNA electrophoresis. Anal. Biochem., 333, рр. 1-13. https://doi.org/10.1016/j.ab.2004.05.054

18. Soma, M. (2006). Extraction and purification of DNA. Session 4. In: Training Course on the Analysis of Food Samples for the Presence of Genetically Modified Organisms. User Manual. Edited by Querci M., Jermini M., Van den Eede G. European Commission, DJ joint Research Centre, Institute for Health and Consumer Protection: Luxembourg. р. 229.

19. Godwin, I.D., Aitken, E.A.B. & Smith, L.W. (1997). Application of inter simple sequence repeat (ISSR) markers to plant genetics. Electrophoresis. 18, No. 9, pр. 1524-1528. https://doi.org/10.1002/elps.1150180906

20. Raboy, V. (2002). Progress in breeding low phytate crops. J. Nutr., 132, pp. 503-505. https://doi.org/10.1093/jn/132.3.503S

21. Raboy, V., Young, K., Dorsch, J. & Cook, A. (2001). Genetics and breeding of seed phosphorus and phytic acid. J. Plant Physiol., 158, pp. 489-497. https://doi.org/10.1078/0176-1617-00361

22. Rybalka, O.I., Schwartau, V.V., Polishchuk, S.S. & Morgun, B.V. (2019). Reduction of phytate content as a means of barley biofortification on grain mineral composition. Fiziol. rast. genet., 51, No. 2, pp. 95-113. https://doi.org/10.15407/frg2019.02.095

23. Bregitzer, Ph., Hu, G., Marshall, J. & Raboy, V. (2017). Registration of "Sawtooth" lowphytate, hulless, spring barley. J. Plant Reg., 11, рр. 81-84. https://doi.org/10.3198/jpr2016.09.0049crc