zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2024-91-2-43-48zhros-2642Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙPLANT BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPSИдентификация генов качества зерна среди сортов озимой мягкой пшеницыIdentification of grain quality genes among wintercommon wheat varietieshttps://orcid.org/0000-0003-3574-2875ПотоцкаяИ. В.PototskayaI. V.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кафедра агрономии, селекции и семеноводства

644008; Институтская пл., д. 1; Омск

Doctor of Agricultural Sciences, professor

department of agronomy, breeding and seed production

644008; Institutskaya Sq. 1; Omsk region; Omsk

iv.pototskaya@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0002-4282-8725ШепелевС. С.ShepelevS. S.

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией

лаборатория генетики зерновых культур

644008; Институтская пл., д. 1; Омск

Candidate of Agricultural Sciences, head of the laboratory

laboratory for grain crop genetics

644008; Institutskaya Sq. 1; Omsk region; Omsk

ss.shepelev@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0001-6797-6145ЧурсинА. С.ChursinA. S.

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией

лаборатория селекции и семеноводства полевых культур

644008; Институтская пл., д. 1; Омск

Candidate of Agricultural Sciences, head of the laboratory

laboratory for field crops’ breeding and seed production

644008; Institutskaya Sq. 1; Omsk region; Omsk

as.chursin@omgau.orghttps://orcid.org/0009-0006-8371-7243КовальчукА. М.KovalchukА. М.

аспирант

кафедра агрономии, селекции и семеноводства

644008; Институтская пл., д. 1; Омск

post-graduate

department of agronomy, breeding and seed production

644008; Institutskaya Sq. 1; Omsk region; Omsk

am.kovalchuk2032@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0003-4767-9957ШаманинВ. П.ShamaninV. P.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кафедра агрономии, селекции и семеноводства

644008; Институтская пл., д. 1; Омск

Doctor of Agricultural Sciences, professor

department of agronomy, breeding and seed production

644008; Institutskaya Sq. 1; Omsk region; Omsk

vp.shamanin@omgau.orgФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина» (ФГБОУ ВО Омский ГАУ)РоссияFSBEI HE “Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin” (FSBEI HE Omsk SAU)Russian Federation2024140520241624348Copyright © Потоцкая И.В., Шепелев С.С., Чурсин А.С., Ковальчук А.М., Шаманин В.П., 20242024Потоцкая И.В., Шепелев С.С., Чурсин А.С., Ковальчук А.М., Шаманин В.П.Pototskaya I.V., Shepelev S.S., Chursin A.S., Kovalchuk А.М., Shamanin V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zhros.online/jour/article/view/2642

   В настоящее время на рынке агропродукции представлен широкий ассортимент сортов озимой пшеницы отечественной селекции. Однако в связи с потеплением климата и усилением частоты засушливых лет актуальным является создание сортов с широкой адаптивностью, высоким потенциалом урожайности и качества зерна.

   Цель исследований – выявление новых генетических источников озимой мягкой пшеницы с комплексом благоприятных аллелей генов, контролирующих признаки качества зерна.

   В 2022–2023 гг. изучена коллекция из 26 сортов озимой мягкой пшеницы из селекционных учреждений Ростовской области и Краснодарского края с применением общепринятых селекционных методик. Проведен анализ технологических признаков качества и идентификация локусов, ассоциированных с данными признаками, с использованием KASP-маркеров, разработанных в Институте биологии и биотехнологии растений (Казахстан). Сорта селекции Федерального Ростовского АНЦ сформировали наибольшую урожайность (341 г/м2) при меньшем накоплении белка и клейковины (14,2 и 29,5 %), и напротив, сорта АНЦ «Донской» и Национального центра зерна имени П. П. Лукьяненко характеризовались более высокими показателями белка и клейковины (15,5–15,7 и 33,2–34,4 %), но меньшей урожайностью (244–276 г/м2). Сорта Донской Маяк, Конкурент, Находка, Ростовчанка 7, Дуплет и линия К 18918 отличались лучшими технологическими признаками зерна (белок >15 %, клейковина > 30 %, индекс глютена > 85 % и седиментация ≥ 53 %) и большим количеством благоприятных аллелей SNP локусов, сопряженных с этими признаками. Сорта Донна, Золушка, Донская Лира превзошли по урожайности стандарт Омская 4 (368–378 г/м2), но аллельные варианты выявленных маркеров у них ниже. Выделены сорта с максимальным числом благоприятных аллелей (10–11), сопряженных с технологическими признаками качества, рекомедуемые для улучшения сортов озимой пшеницы по качеству зерна: Донна, Золушка, Донская Лира (Федеральный Ростовский АНЦ), Донской Маяк, Конкурент, Находка, Ростовчанка 7 (АНЦ «Донской»), Дуплет, линия К 18918 (Национальный центр зерна имени П. П. Лукьяненко).

   Currently, the agricultural market offers a wide range of winter wheat varieties of domestic breeding. However, due to climate warming and the increasing frequency of arid years, it is urgent to develop varieties with wide adaptability, large productivity potential and grain quality.

   The purpose of the current study was to identify new genetic sources of winter common wheat with a complex of favorable gene alleles that control grain quality traits. In 2022–2023 there was studied the collection of 26 winter common wheat varieties from breeding institutions of the Rostov region and Krasnodar region using generally accepted breeding techniques.

   There was carried out an analysis of technological quality traits and identification of loci associated with these traits using KASP-markers developed at the Institute of Plant Biology and Biotechnology (Kazakhstan). The varieties developed by the Federal Rostov ARC generated the largest productivity (341 g/m2) with less accumulation of protein and gluten (14.2 and 29.5 %), and, on the contrary, the varieties of the ARC “Donskoy” and the National Grain Center named after P. P. Lukyanenko were characterized by higher percentage of protein and gluten (15.5–15.7 and 33.2–34.4 %), but lower productivity (244–276 g/m2). The varieties ‘Donskoy Mayak’, ‘Konkurent’, ‘Nakhodka’, ‘Rostovchanka 7’, ‘Duplet’ and the line ‘K 18918’ were distinguished by the best technological traits of grain (protein >15 %, gluten > 30 %, gluten index > 85 % and sedimentation ≥ 53 %) and many favorable alleles of SNP loci associated with these features. The varieties ‘Donna’, ‘Zolushka’, ‘Donskaya Lira’ exceeded the standard ‘Omskaya 4’ (368–378 g/m2) in productivity, but their allelic variants of the identified markers were lower. There have been identified the varieties ‘Donna’, ‘Zolushka’, ‘Donskaya Lira’ (Federal Rostov ARC), ‘Donskoy Mayak’, ‘Konkurent’, ‘Nakhodka’, ‘Rostovchanka 7’ (ARC “Donskoy”), ‘Duplet’, ‘line K 18918’ (“National Grain Center named after P. P. Lukyanenko”) with the maximum number of favorable alleles (10–11), associated with technological quality traits, recommended for improving winter wheat varieties in terms of grain quality.

озимая пшеницасорткачество зернаKASP-маркерыwinter wheatvarietygrain qualityKASP markersИсследования проведены при поддержке Российского научного фонда (соглашение № 23-16-20006 от 20. 04. 2023 г.The research was carried out with the support of the Russian Science Foundation (agreement No. 23-16-20006 dated April 20, 2023.ReferencesГалимова А. А., Кулуев А. Р., Исмагилов К. Р., Кулуев Б. Р. Генетический полиморфизм локусов высокомолекулярных субъединиц глютенина у сортообразцов мягкой пшеницы Предуральской степной зоны // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2023. Т. 27 (4), С. 297–305. DOI: 10.18699/VJGB-23-36Galimova A. A., Kuluev A. R., Ismagilov K. R., Kuluev B. R. Geneticheskii polimorfizm lokusov vysokomolekulyarnykh sub"edinits glyutenina u sortoobraztsov myagkoi pshenitsy Predural'skoi stepnoi zony [Genetic polymorphism of loci of high molecular weight glutenin subunits in the common wheat varieties of the Cis-Ural steppe zone] // Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2023. T. 27(4), S. 297–305. DOI: 10.18699/VJGB-23-36Каракотов С. Д., Карлов Г. И., Прянишников А. И., Дивашук М. Г., Хверенец С. Е., Титов В. Н., Попова В. М. К использованию алгоритмов маркерной селекции для улучшения сортов озимой пшеницы // Вестник аграрной науки. 2022. Т. 3 (96), С. 8–17. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2022.3.8Karakotov S. D., Karlov G. I., Pryanishnikov A. I., Divashuk M. G., Khverenets S. E., Titov V. N., Popova V. M. K ispol'zovaniyu algoritmov markernoi selektsii dlya uluchsheniya sortov ozimoi pshenitsy [Towards the use of marker breeding algorithms to improve winter wheat varieties] // Vestnik agrarnoi nauki. 2022. T. 3(96), S. 8–17. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2022.3.8Лагуновская, Е. В. Оценка гомозиготности и аллельного состава генов, ассоциированных с хозяйственно ценными признаками, у диний удвоенных гаплоидов пшеницы и тритикале // Молекулярная и прикладная генетика. 2023. Т. 34, С. 28–40.Lagunovskaya, E. V. Otsenka gomozigotnosti i allel'nogo sostava genov, assotsiirovannykh s khozyaistvenno tsennymi priznakami, u dinii udvoennykh gaploidov pshenitsy i tritikale [Estimation of homozygosity and allelic composition of genes associated with economically valuable traits in lines of doubled haploids of wheat and triticale] // Molekulyarnaya i prikladnaya genetika. 2023. T. 34, S. 28–40.Никитина Е. А., Архипов А. В., Минькова Я. В., Яновский А. C., Коробкова В. А., Самарина М. А., Черноок А. Г., Крупин П. Ю., Карлов Г. И., Дивашук М. Г. Конкурентная аллель-специфичная ПЦР (KASP): особенности, интерпретация результатов // Известия ТСХА. 2022. Вып. 6. С. 79–93.Nikitina E. A., Arkhipov A. V., Min'kova Ya. V., Yanovskii A. C., Korobkova V. A., Samarina M. A., Chernook A. G., Krupin P. Yu., Karlov G. I., Divashuk M. G. Konkurentnaya allel'-spetsifichnaya PTsR (KASP): osobennosti, interpretatsiya rezul'tatov [Competitive allele-specific PCR (KASP): features, interpretation of results] // Izvestiya TSKhA. 2022. Vyp. 6, S. 79–93.Потоцкая И. В., Шаманин В. П., Шепелев С. С., Пожерукова В. Е., Моргунов А. И. Фенотипическая и генотипическая оценка линий гексаплоидной синтетической пшеницы с геномом Ae. tauschii (AABBDD) по параметрам зерновки в условиях Западной Сибири // Сельскохозяйственная биология. 2020. Т. 55, № 1. С. 15–26. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.15rusPototskaya I. V., Shamanin V. P., Shepelev S. S., Pozherukova V. E., Morgunov A. I. Fenotipicheskaya i genotipicheskaya otsenka linii geksaploidnoi sinteticheskoi pshenitsy s genomom Ae. tauschii (AABBDD) po parametram zernovki v usloviyakh Zapadnoi Sibiri [Phenotypic and genotypic estimation of hexaploid synthetic wheat lines with the Ae genome. tauschii (AABBDD) according to grain parameters in Western Siberia] // Sel'skokhozyaistvennaya biologiya. 2020. T. 55, № 1. S. 15–26. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.15rusСандухадзе, Б. И. Селекция озимой пшеницы – важнейший фактор повышения урожайности и качества // Достижения науки и техники АПК. 2010. № 11. С. 4–6.Sandukhadze, B. I. Selektsiya ozimoi pshenitsy – vazhneishii faktor povysheniya urozhainosti i kachestva [Winter wheat breeding is the most important factor in improving productivity and quality] // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. № 11. S. 4–6.Шаптуренко М. Н., Вакула С. В., Корзун В., Хотылева Л. В. SNP-анализ генетического разнообразия пшениицы Беларуси // Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2016. Т. 60 (4), С. 98–103.Shapturenko M. N., Vakula S. V., Korzun V., Khotyleva L. V. SNP-analiz geneticheskogo raznoobraziya psheniitsy Belarusi [SNP-analysis of genetic diversity of wheat in Belarus] // Doklady Natsional'noi akademii nauk Belarusi. 2016. T. 60(4), S. 98–103.Amalova A., Yermekbayev K., Griffiths S., Abugalieva S., Babkenov A., Fedorenko E., Abugalieva A., Turuspekov Y. Identification of quantitative trait loci of agronomic traits in bread wheat using a Pamyati Azieva× Paragon mapping population harvested in three regions of Kazakhstan // PeerJ. 2022. Vol. 10, Article number: e14324.Amalova A., Yermekbayev K., Griffiths S., Abugalieva S., Babkenov A., Fedorenko E., Abugalieva A., Turuspekov Y. Identification of quantitative trait loci of agronomic traits in bread wheat using a Pamyati Azieva× Paragon mapping population harvested in three regions of Kazakhstan // PeerJ. 2022. Vol. 10, Article number: e14324.Cha J.-K., Park H., Kwon Y., Lee S.-M., Oh K.-W., Lee J.-H. Genotyping the High Protein Content Gene NAM-B1 in Wheat (Triticum aestivum L.) and the Development of a KASP Marker to Identify a Functional Haplotype // Agronomy. 2023. Vol. 13, Article number: 1977. DOI: 10.3390/agronomy13081977Cha J.-K., Park H., Kwon Y., Lee S.-M., Oh K.-W., Lee J.-H. Genotyping the High Protein Content Gene NAM-B1 in Wheat (Triticum aestivum L.) and the Development of a KASP Marker to Identify a Functional Haplotype // Agronomy. 2023. Vol. 13, Article number: 1977. DOI: 10.3390/agronomy13081977Kaur B., Mavi G. S., Gill M. S., Saini D. K. Utilization of KASP technology for wheat improvement // Cereal Research Communications. 2020. Vol. 48, P. 409–421. DOI: 10.1007/s42976-020-00057-6Kaur B., Mavi G. S., Gill M. S., Saini D. K. Utilization of KASP technology for wheat improvement // Cereal Research Communications. 2020. Vol. 48, P. 409–421. DOI: 10.1007/s42976-020-00057-6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.