Biến dị alen ở Psy1-A1 và sự liên kết với sắc tố vàng trong hạt lúa mạch durum

Theoretical and Applied Genetics - Tập 118 - Trang 1539-1548 - 2009
A. Singh1, S. Reimer1, C. J. Pozniak1, F. R. Clarke2, J. M. Clarke2, R. E. Knox2, A. K. Singh2
1Crop Development Centre, University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada
2Semiarid Prairie Agriculture Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Swift Current, Canada

Tóm tắt

Sắc tố vàng (YP) của bột lúa mạch durum (Triticum turgidum L. var durum) một phần là do sự hiện diện của các sắc tố carotenoid có trong phôi và là một đặc điểm chất lượng quan trọng trong sử dụng cuối. Phytoene synthase (Psy) được coi là một enzyme giới hạn tốc độ trong con đường tổng hợp carotenoid và trong nghiên cứu này, ba alen của Psy1-A1 đã được giải trình tự từ bốn giống lúa mạch durum và một dấu hiệu đồng phân đã được phát triển cho việc lập bản đồ di truyền. Psy1-A1 được lập bản đồ trên nhiễm sắc thể 7AL gần Xwmc809 trong ba quần thể lập bản đồ durum và có liên quan đáng kể đến một vị trí đặc điểm số lượng sắc tố (QTL) được xác định trên nhiễm sắc thể đó. Một QTL thứ hai được xác định cách Psy1-A1 25 cM về phía trong trong hai quần thể, và sự tương tác giữa hai QTL là không đáng kể. Khớp với dữ liệu lập bản đồ QTL, alen Psy1-A1o có liên quan đến nồng độ sắc tố cao trong một quần thể xác nhận gồm 93 giống và dòng giống đa dạng. Những kết quả này xác nhận giả thuyết trước đó rằng Psy1, và ít nhất một gen bổ sung trong vùng xa của 7AL, có liên quan đến sự khác biệt về YP trong hạt lúa mạch durum. Dấu hiệu đồng phân chức năng phát triển trong nghiên cứu này phân biệt các alen Psy1-A1 được báo cáo ở đây và có thể được sử dụng như một mục tiêu để cải thiện việc chọn lọc YP trong các chương trình lai tạo lúa mạch durum.

Từ khóa

#lúa mạch durum #sắc tố vàng #Psy1-A1 #gen #QTL #lập bản đồ di truyền

Tài liệu tham khảo

American Association for Cereal Chemistry (2000) Approved methods of the AACC-method, 10th edn. St. Paul, Minnesota, pp 14–50 Atienza SG, Ballesteros J, Martín A, Hornero-Méndez D (2007) Genetic variability of carotenoid concentration and degree of esterification among Tritordeum (×Tritordeum Ascherson et Graebner) and durum wheat accessions. Agric Food Chem 55:4244–4251 Borrelli GM, Troccolo A, Di Fonzo N, Fares C (1999) Durum wheat lipoxygenase activity and other quality parameters that affect pasta colour. Cereal Chem 76:335–340 Burkhardt PK, Beyer P, Wunn J, Kloti A, Armstrong GA, Schledz M, von Lintig J, Potrykus I (1997) Transgenic rice (Oryza sativa) endosperm expressing daffodil (Narcissus pseudonarcissus) phytoene synthase accumulates phytoene, a key intermediate of provitamin A biosynthesis. Plant J 11:1071–1078 Cenci A, Somma S, Chantret N, Dubcovsky J, Blanco A (2004) PCR identification of durum wheat BAC clones containing genes coding for carotenoid biosynthesis enzymes and their chromosome localization. Genome 47:911–917 Cervigni G, Zhang W, Picca A, Carrera A, Helguera M, Manthey F, Miranda R, Dubcovsky J, Echenique V (2005) QTL mapping for LOX Activity and quality traits in durum wheat. In: Proceedings of the 7th international wheat conference. SAGPyA/INTA. Mar del Plata, Argentina, 27 November–2 December Clarke JM, McCaig TN, DePauw RM, Knox RE, Clarke FR, Fernandez MR, Ames NP (2005a) Strongfield durum wheat. Can J Plant Sci 85:651–654 Clarke JM, McCaig TN, DePauw RM, Knox RE, Ames NP, Clarke FR, Fernandez MR, Marchylo BA, Dexter JE (2005b) Commander durum wheat. Can J Plant Sci 85:901–904 Clarke FR, Clarke JM, McCaig TN, Knox RE, DePauw RM (2006) Inheritance of yellow pigment in concentration in four durum wheat crosses. Can J Plant Sci 86:133–141 Corona V, Aracri B, Kosturkova G, Bartley GE, Pitto L, Giorgette L, Scolnik PA, Giuliano G (1996) Regulation of a carotenoid biosynthesis gene promoter during plant development. Plant J 9:505–512 Cunningham FX Jr, Pogson B, Sun ZR, McDonald KA, Della Penna D, Gantt E (1996) Functional analysis of the β and lycopene cyclase enzymes of Arabidopsis reveals a mechanism for control of cyclic carotenoid formation. Plant Cell 8:1613–1626 Elouafi I, Nachit MM, Martin LM (2001) Identification of a microsatellite on chromosome 7B showing a strong linkage with yellow pigment in durum wheat (Triticum turgidum L. var. durum). Hereditas 135:255–261 Gallagher CE, Matthews PD, Li F, Wurtzel ET (2004) Gene duplication in the carotenoid biosynthetic pathway preceded evolution of the grasses. Plant Physiol 135:1776–1783 He XY, Zhang YL, He ZH, Wu YP, Xiao YG, Ma CX, Xia XC (2008) Characterization of Phytoene synthase 1 gene (Psy1) located on common wheat chromosome 7A and development of a functional marker. Theor Appl Genet 116:213–221 Hentschel V, Kranl K, Hollmann J, Lindhauer MG, Bohm V, Bitsch R (2002) Spectrophotometric determination of yellow pigment content and evaluation of carotenoids by high-performance liquid chromatography in durum wheat grain. J Agric Food Chem 50:6663–6668 Hessler TG, Thomson MJ, Benscher D, Nachit MM, Sorrells ME (2002) Association of a lipoxygenase locus, Lpx-B1, with variation in lipoxygenase activity in durum wheat seeds. Crop Sci 42:1695–1700 Hirschberg J (2001) Carotenoid biosynthesis in flowering plants. Curr Opin Plant Biol 4:210–218 Johnston RA, Quick JS, Hammond JJ (1983) Inheritance of semolina color in six durum wheat crosses. Crop Sci 23:607–610 Knapp SJ (2001) Mapping quantitative trait loci. In: Phillips RI, Vasil IK (eds) DNA-based markers in plants. Kluwer, Netherlands, pp 59–99 Knox RE, Clarke JM, DePauw RM (2000) Dicamba and growth condition effects on doubled haploid production in durum wheat crossed with maize. Plant Breed 119:289–298 Kuchel H, Langridge P, Mosionek L, Williams K, Jefferies SP (2006) The genetic control of milling yield, dough rheology and baking quality of wheat. Theor Appl Genet 112:1487–1495 La Rota M, Sorrells ME (2004) Comparative DNA sequence analysis of mapped wheat ESTs reveals the complexity of genome relationships between rice and wheat. Funct Integr Genomics 4:34–46 Lee DW, Lee S, Lee GJ, Lee KH, Kim S, Cheong GW, Hwang I (2006) Functional characterization of sequence motifs in the transit peptide of Arabidopsis small subunit of Rubisco. Plant Physiol 140:466–483 Li F, Vallabhaneni R, Yu J, Rocheford T, Wurtzel ET (2008) The maize phytoene synthase gene family: overlapping roles for carotenogenesis in endosperm, photomorphogenesis, and thermal stress tolerance. Plant Physiol 147:1334–1346 Lindgren LO, Stalberg KG, Hoglund AS (2003) Seed-specific overexpression of an endogenous Arabidopsis phytoene synthase gene results in delayed germination and increased levels of carotenoids, chlorophyll, and abscisic acid. Plant Physiol 132:779–785 Littell RC, Milliken GA, Stroup WW, Wolfinger RD (1996) SAS system for mixed models. SAS Institute Inc., Cary Lynch M, Walsh JB (1998) Genetics and analysis of quantitative traits. Sinauer Assocs., Inc., Sunderland Mares DJ, Campbell AW (2001) Mapping components of flour and noodle colour in Australian wheat. Aust J Agric Res 52:1297–1309 Matsuo RR, Dexter JE (1980) Relationship between some durum wheat physical characteristics and semolina milling properties. Can J Plant Sci 60:49–53 McCaig TN, McLeod JG, Clarke JM, DePauw RM (1992) Measurement of durum pigment with an NIR instrument operating in the visible range. Cereal Chem 69:671–672 Panfili G, Fratianni A, Irano M (2004) Improved normal-phase high-performance liquid chromatography procedure for the determination of carotenoids in cereals. J Agric Food Chem 52:6373–6377 Parker GD, Chalmers KJ, Rathjen AJ, Langridge P (1998) Mapping loci associated with flour color in wheat. Theor Appl Genet 97:238–245 Patil RM, Oak MD, Tamhankar SA, Sourdille P, Rao VS (2008) Mapping and validation of a major QTL for yellow pigment content on 7AL in durum wheat (Triticum turgidum L. ssp durum). Mol Breed 21:485–496 Pozniak CJ, Knox RE, Clarke FR, Clarke JM (2007) Identification of QTL and association of a phytoene synthase gene with endosperm colour in durum wheat. Theor Appl Genet 114:525–537 Reimer SO, Pozniak CJ, Clarke FR, Clarke JM, Somers DJ, Knox RE, Singh AK (2008) Association mapping of yellow pigment in an elite collection of durum wheat cultivars and breeding lines. Genome 51:1016–1025 Saitou N, Nei M (1987) The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol 4:406–425 Schuelke M (2000) An economic method for the fluorescent labeling of PCR fragments. Nat Biotech 18:233–234 Somers DJ, Isaac P, Edwards K (2004) A high-density microsatellite consensus map for bread wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet 109:1105–1114 Somers DJ, Fedak G, Clarke J, Wenguang C (2006) Mapping of FHB resistance QTLs in tetraploid wheat. Genome 49:1586–1593 Troccoli A, Borrelli GM, De Vita P, Fares C, Di Fonzo N (2000) Durum wheat quality: a multidisciplinary concept. J. Cereal Sci 32:99–113 van Ooijen JW, Voorips RE (2004) JoinMap Version 3.0, Software for the calculation of genetic linkage maps. Kyazma BV, Wageningen Zhang W, Dubcovsky J (2008) Association between allelic variation at the Phytoene synthase 1 gene and yellow pigment content in the wheat grain. Theor Appl Genet 116:635–645 Zhang W, Chao S, Manthey F, Chicaiza O, Brevis JC, Echenique V, Dubcovsky J (2008) QTL analysis of pasta quality using a composite microsatellite and SNP map of durum wheat. Theor Appl Genet 117:1361–1377