Formation of awns in wheat lines with introgressions from Aegilops spp. caused by novel regulatory genes
Loading...
Date
2021
Authors
Navalikhina, Anastasiia
Antonyuk, Maxym
Shpylchyn, Vitalii
Ternovska, Tamara
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Awns play a significant role in the plant physiology and are a well-known morphological marker in
wheat. Awnedness in wheat is regulated by three inhibitors – Hd, B1, and B2, but awn promoters are still
largely unknown. The present study is aimed at analysis of the expression level of awn development
regulatory genes orthologs, TaDL, TaTOB1, TaETT2, and TaKNOX3, in Triticum aestivum, genome
substitution amphidiploids AABBSshSsh and AABBUU, and derived lines with introgressions from Aegilops
sharonensis and Ae. umbellulata.
Expression of four mentioned genes was detected in the lemma of all strains studied, and the role of these
genes in awn development was assumed. In awned introgression lines, expression of all studied genes
differed from mid-parent value: it was present in parent genotypes and absent in derived lines. Non-additive
expression of four studied genes in introgression lines is considered to be the possible reason that caused
development of nonparental awned phenotype. The presence of two products resulting from TaTOB1 cDNA
amplification, one of which contained fourth intron and another lacking it, is considered to be the result of
two mRNA presence due to different TaTOB1 homoeoalleles expression.
Ості, голкоподібні подовження лемми, відіграють певну роль у фізіологічних процесах у злаків та є добре відомою й зручною маркерною ознакою у пшениці. Відсутність остей (безостість) у пшениці регулюється трьома генами-інгібіторами – Hd, B1 та B2. Однак молекулярний механізм подій, які б завершувались утворенням остей (остистий фенотип), досі невідомий, як невідомі і гени – промотори розвитку остей у пшениці м’якої. Метою дослідження було проаналізувати експресію генів TaDL, TaTOB1, TaETT2, TaKNOX3, що є ортологами регуляторних генів розвитку остей у рису та ячменю, у генотипах Triticum aestivum (сорт Аврора), геномно-заміщених амфідиплоїдах Аврозис та Авролата, гексаплоїдних пшеничних лініях зінтрогресіями від Aegilops sharonensis та Ae. umbellulata. У леммі пшениці м’якої та амфідиплоїдів було зареєстровано експресію всіх чотирьох генів. Профіль експресії генів TaDL, TaTOB1, TaETT2 та TaKNOX3 залежав від фенотипу рослин: усі чотири гени експресуються в геномі Аврори та геномно-заміщених амфідиплоїдів і не експресуються в геномі остистих інтрогресивних ліній, похідних Аврозису та Авролати. Для двох ліній похідних Авролати, які за фенотипом не відрізнялись від Авролати (напівостисті), зареєстровано повний збіг картини експресії за всіма чотирма генами з такою для обох компонентів ініціального схрещування Аврори та Авролати. Збіг появи новітнього фенотипу (остистий колос) проти батьківських зі зміною профілів експресії критичних для розвитку остей генів підтверджує участь досліджуваних генів у розвитку колоса, одночасно вказуючи на наявність деяких епігенетичних ефектів у їхній експресії (неадитивність експресії). Експресія гена TaTOB1 проявляється двома ампліконами різної маси. За даними секвенування зроблено припущення про наявність різних алелів цього гена за рахунок наявності/відсутності 4-го інтрона в гені.
Ості, голкоподібні подовження лемми, відіграють певну роль у фізіологічних процесах у злаків та є добре відомою й зручною маркерною ознакою у пшениці. Відсутність остей (безостість) у пшениці регулюється трьома генами-інгібіторами – Hd, B1 та B2. Однак молекулярний механізм подій, які б завершувались утворенням остей (остистий фенотип), досі невідомий, як невідомі і гени – промотори розвитку остей у пшениці м’якої. Метою дослідження було проаналізувати експресію генів TaDL, TaTOB1, TaETT2, TaKNOX3, що є ортологами регуляторних генів розвитку остей у рису та ячменю, у генотипах Triticum aestivum (сорт Аврора), геномно-заміщених амфідиплоїдах Аврозис та Авролата, гексаплоїдних пшеничних лініях зінтрогресіями від Aegilops sharonensis та Ae. umbellulata. У леммі пшениці м’якої та амфідиплоїдів було зареєстровано експресію всіх чотирьох генів. Профіль експресії генів TaDL, TaTOB1, TaETT2 та TaKNOX3 залежав від фенотипу рослин: усі чотири гени експресуються в геномі Аврори та геномно-заміщених амфідиплоїдів і не експресуються в геномі остистих інтрогресивних ліній, похідних Аврозису та Авролати. Для двох ліній похідних Авролати, які за фенотипом не відрізнялись від Авролати (напівостисті), зареєстровано повний збіг картини експресії за всіма чотирма генами з такою для обох компонентів ініціального схрещування Аврори та Авролати. Збіг появи новітнього фенотипу (остистий колос) проти батьківських зі зміною профілів експресії критичних для розвитку остей генів підтверджує участь досліджуваних генів у розвитку колоса, одночасно вказуючи на наявність деяких епігенетичних ефектів у їхній експресії (неадитивність експресії). Експресія гена TaTOB1 проявляється двома ампліконами різної маси. За даними секвенування зроблено припущення про наявність різних алелів цього гена за рахунок наявності/відсутності 4-го інтрона в гені.
Description
Keywords
wheat, amphidiploids, awn development, genes-inhibitors, article, пшениця, амфідиплоїди, розвиток остей, гени-інгібітори остей, гени-промотори остей
Citation
Formation of awns in wheat lines with introgressions from Aegilops spp. caused by novel regulatory genes / A. Navalikhina, M. Antonyuk, V. Shpylchyn, T. Ternovska // Наукові записки НаУКМА. Біологія та екологія. - 2021. - Т. 4. - С. 3-12.