Молекулярно-генетичні основи підвищення якості зерна м’якої пшениці
Анотація
Збільшення сільськогосподарських територій в Азербайджані вже не може покрити проблему нестачі високоякісного хлібопекарського борошна на внутрішньому ринку. Таким чином, існує потреба в поліпшенні якості зерна, зібраного з існуючих площ, для отримання більшої кількості зернових продуктів. Метою даного дослідження є огляд та вивчення фізико-хімічних та генетичних параметрів місцевих та інтродукованих сортів м›якої пшениці для подальшого визначення перспективних напрямків селекції. Для цього було проведено ПЛР-дослідження окремих локусів генів Wx, що відповідають за синтез амілози, та електрофорез генів Glu, що кодують кількість і якість клейковини. Крім того, для сортів Shafaq 2 і Gonen, які були відібрані в ході досліджень для тестового випікання хліба, був проведений ПЛР-аналіз для складання гліадинової формули сортів з використанням зразка сорту Безоста 1 в якості маркера. Фізико-хімічні показники визначали за стандартами якості, а також за результатами випікання зразків хліба. Під час дослідного посіву один із сортів – Girmizi Gul1 – висівали на ділянках з різними способами обробітку ґрунту – традиційним, мінімальним та нульовим. Так, було визначено, що сорти Gonen і Ekinci 84 містять нульовий алель гена WxB1 – Wx-B1b, що означає, що їх ендосперм містить крохмаль більш високої якості, а сорти Askeran, Azemetli 95, Gonen, Kirmizigul, Nurlu 99, Tale 38 і Ugur, в свою чергу, містять нульовий алель гена GluA1 – GluA1d, що навпаки погіршує якість клейковини цих сортів. Щодо обробітку ґрунту, то найкраще себе показала традиційна система, дещо гірше – мінімальний обробіток, а найменш придатною в даних умовах виявилася система нульового обробітку. Таким чином, отримані дані окреслюють подальші напрями проведення досліджень і відкривають перспективи для цілеспрямованої селекції на алелі розглянутих генів
Ключові слова
борошно; крохмаль; клейковина; гліадин; хлібопекарські властивості
[1] Afanasyeva, O., Golosna, L., Lisova, G., Kryvenko, A., & Solomonov, R. (2023). Use of effective sources of winter wheat resistance in breeding for immunity. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(4), 52-59. doi: 10.56407/bs.agrarian/4.2023.52.
[2] Barna, B., Torres, N., & Rogiers, S.Y. (2023). Editorial: Improving the sustainability of winegrape vineyards during climate change. Frontiers in Plant Science, 14, article number 1314923. doi: 10.3389/fpls.2023.1314923.
[3] Bayram, M.E., & Korkut, K.Z. (2020). Effect of the glutenin genes on quality parameters in common wheat. Journal of Central European Agriculture, 21(1), 62-76. doi: 10.5513/JCEA01/21.1.2422.
[4] Cesevičienė, J., Gorash, A., Liatukas, Ž., Armonienė, R., Ruzgas, V., Statkevičiūtė, G., Jaškūnė, K., & Brazauskas, G. (2022). Grain yield performance and quality characteristics of waxy and non-waxy winter wheat cultivars under high and low-input farming systems. Plants, 11(7), article number 882. doi: 10.3390/plants11070882.
[5] Fan, J., McConkey, B.G., Luce, M.S., & Brandt, K. (2020). Rotational benefit of pulse crop with no-till increase over time in a semiarid climate. European Journal of Agronomy, 121, article number 126155. doi: 10.1016/j. eja.2020.126155.
[6] Filip, E., Woronko, K., Stępień, E., & Czarniecka, N. (2023). An overview of factors affecting the functional quality of common wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Molecular Sciences, 24(8), article number 7524. doi: 10.3390/ijms24087524.
[7] Guzmán, C., Crossa, J., Mondal, S., Govindan, V., Huerta, J., Crespo-Herrera, L., Vargas, M., Singh, R.P., & Ibba, M.I. (2022). Effects of glutenins (Glu-1 and Glu-3) allelic variation on dough properties and bread-making quality of CIMMYT bread wheat breeding lines. Field Crops Research, 284, article number 108585. doi: 10.1016/j. fcr.2022.108585.
[8] Hajiyev, E.S., Mammadova, A.D., Abbasov, M.A., & Aliyev, R.T. (2021). Study of genetic polymorphism and adaptation potential to drought stress of bread wheat (T. aestivum L.) of Azerbaijan. European Journal of Natural History, 4, 2-7. doi: 10.17513/ejnh.34189.
[9] Huseun Oglu, A.Z. (2021). Study of the soil-ecological state of the soils of the objects of study on the example of the foothill zones of Azerbaijan in the lesser Caucasus under various crops. American Journal of Plant Biology, 6(2), 28-33. doi: 10.11648/j.ajpb.20210602.12.
[10] Interstate Standard 13586.1-68. (1987). Retrieved from http://vsegost.com/Catalog/27/27132.shtml.
[11] Kalenska, S., Falko, G., Antal, T., Hordyna, O., & Fediv, R. (2023). Iodine-containing preparations in grain growing technologies. Plant and Soil Science, 14(2), 33-45. doi: 10.31548/plant2.2023.33.
[12] Kan, Z.R., Liu, Q.Y., He, C., Jing, Z.H., Virk, A.L., Qi, J.Y., Zhao, X., & Zhang, H.L. (2020). Responses of grain yield and water use efficiency of winter wheat to tillage in the North China Plain. Field Crops Research, 249, article number 107760. doi: 10.1016/j.fcr.2020.107760.
[13] Lee, M.H., Choi, C., Kim, K.H., Son, J.H., Park, J., Lee, G.E., Choi, J.Y., Kang, C.S., Shon, J., Ko, J.M., & Kim, K.M. (2022). Analysis of protein properties and gluten protein composition evaluation of wheat genetic resources. Korean Society of Breeding Science, 54(4), 245-259. doi: 10.9787/KJBS.2022.54.4.245.
[14] Li, Y., Karim, H., Wang, B., Guzmán, C., Harwood, W., Xu, Q., Zhang, Y., Tang, H., Jiang, Y., Qi, P., Deng, M., Ma, J., Lan, J., Wang, J., Chen, G., Lan, X., Wei, Y., Zheng, Y., & Jiang, Q. (2022). Regulation of amylose content by single mutations at an active site in the Wx-B1 gene in a tetraploid wheat mutant. International Journal of Molecular Sciences, 23(15), article number 8432. doi: 10.3390/ijms23158432.
[15] Litvinov, D., & Olefirenko, O. (2023). Assessment of the tillage impact on soybean productivity. Plant and Soil Science, 14(3), 75-83. doi: 10.31548/plant3.2023.75.
[16] Maryami, Z., Azimi, M.R., Guzman, C., Dreisigacker, S., & Najafian, G. (2020). Puroindoline (Pina-D1 and Pinb-D1) and waxy (Wx-1) genes in Iranian bread wheat (Triticum aestivum L.) landraces. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 34(1), 1019-1027. doi: 10.1080/13102818.2020.1814866.
[17] Mirzayeva, G., Ibrahimov, E., & Ahmedova, F. (2022). Studying the resistance of introduced wheat samples to diseases and other parameters, selecting the primary material for breeding. In Proceedings of symposium “Advanced biotechnologies – achievements and perspectives” (pp. 196-198). Chisinau: Instrument Bibliometric National. doi: 10.53040/abap6.2022.66.
[18] Mustafayeva, R., Abbasova, Y., & Qambarova, R. (2021). Economic assessment of agriculture development and prospective directions of agrarian reforms in the Republic of Azerbaijan. Scientific Papers Series Management Economic Engineering in Agriculture and Rural Development, 21(1), 525-536.
[19] Ospanov, A.A., Muslimov, N.Z.H., Timurbekova, A.K., Mamayeva, L.A., & Jumabekova, G.B. (2020). The effect of various dosages of poly-cereal raw materials on the drying speed and quality of cooked pasta during storage. Current Research in Nutrition and Food Science, 8(2), 462-470. doi: 10.12944/CRNFSJ.8.2.11.
[20] Özer, G., Paulitz, T.C., Imren, M., Alkan, M., Muminjanov, H., & Dababat, A.A. (2020). Identity and pathogenicity of fungi associated with crown and root rot of dryland winter wheat in Azerbaijan. Plant Disease, 104(8), 21492157. doi: 10.1094/PDIS-08-19-1799-RE.
[21] Panfilova, A., Korkhova, M., Gamayunova, V., Fedorchuk, M., Drobitko, A., Nikonchuk, N., & Kovalenko, O. (2019). Formation of photosynthetic and grain yield of spring barley (Hordeum vulgare L.) depend on varietal characteristics and plant growth regulators. Agronomy Research, 17(2), 608-620. doi: 10.15159/AR.19.099.
[22] Peng, Z., Wang, L., Xie, J., Li, L., Coulter, J.A., Zhang, R., Luo, Z., Cai, L., Carberry, P., & Whitbread, A. (2020). Conservation tillage increases yield and precipitation use efficiency of wheat on the semi-arid Loess Plateau of China. Agricultural Water Management, 231, article number 106024. doi: 10.1016/j.agwat.2020.106024.
[23] Pourmohammadi, K., Abedi, E., & Hashemi, S.M.B. (2023). Gliadin and glutenin genomes and their effects on the technological aspect of wheat-based products. Current Research in Food Science, 7, article number 100622. doi: 10.1016/j.crfs.2023.100622.
[24] Sung, Y., Kim, K., Park, J., Kang, S., Park, C., Cho, S., & Kim, C. (2023). Identification and characterization of waxy bread wheat carrying a novel Wx-B1 allele. Retrieved from https://www.preprints.org/ manuscript/202305.1468/v1
[25] Tadesse, W., Sanchez-Garcia, M., Assefa, S.G., Amri, A., Bishaw, Z., Ogbonnaya, F.C., & Baum, M. (2019). Genetic gains in wheat breeding and its role in feeding the world. Crop Breeding, Genetics and Genomics, 1, article number e190005. doi: 10.20900/cbgg20190005.
[26] Yousefian, M., Shahbazi, F., & Hamidian, K. (2021). Crop yield and physicochemical properties of wheat grains as affected by tillage systems. Sustainability, 13(9), article number 4781. doi: 10.3390/su13094781.
[27] Zi, Y., Cheng, D., Li, H., Guo, J., Ju, W., Wang, C., Humphreys, D.G., Liu, A., Cao, X., Liu, C., Liu, J., Zhao, Z., & Song, J. (2022). Effects of the different waxy proteins on starch biosynthesis, starch physicochemical properties and Chinese noodle quality in wheat. Molecular Breeding, 42, article number 23. doi: 10.1007/s11032-022-01292-x.