16. Нові напрями в селекції зернових культур на якість зерна

https://doi.org/10.31073/agrovisnyk201811-16
Рибалка О. І., Поліщук С. С, Моргун Б. В.
Сторінки: 120-133.

Повна стаття: 
Короткий огляд
Мета. Привернути увагу до проблеми поліпшення якості зерна злаків, яка є питанням № 1 у розвинених країнах світу. Методи. Польові, лабораторні, електрофорезу білків, полімеразної ланцюгової реакції, технологічного аналізу зерна і борошна, визначення антиоксидантної активності зерна, хроматографічного аналізу. Використано також оригінальні методи електрофоретичного аналізу та аналізу якості зерна, розроблені у відділі генетичних основ селекції Селекційно­генетичного інституту, які стали наразі стандартними аналітичними процедурами. Результати. Одним із перс­пективних напрямів поліпшення якості зерна пшениці та комплексу інших агрономічних характеристик є використання генетичної плазми дикорослих видів­носіїв ключового геному D культурної пшениці егілопсів Ae. tauschii (2n=2x=14) та Ae. cylindrica (2n=4x=28). Генетичні маніпуляції з генами Wx (Wax) та SBEIIa дають змогу ефективно керувати співвідношенням амілоза/амілопектин у складі крохмалю, змінювати його біохімічні властивості і технологічні характеристики зерна пшениці, ячменю і тритикале. Використання в селекції пшениці, голозерного ячменю і тритикале генетичних факторів впливу на біо­хімічний склад крохмалю відкриє нові напрями селекції сортів цих культур з особливими біохімічними та технологічними характеристиками зерна як сировини для створення нових харчових продуктів. Викладено концепцію селекції нового технологічного класу м’якої пшениці в Україні — круп’яного напряму використання з поліпшеною харчовою цінністю зерна. Висновки. Зерно злаків є головним харчовим джерелом унікальної дієтичної клітковини, рослинних антиоксидантів і ключових мінералів — 3­х складових, що становлять основу сучасної нутриціології і дієтології та здорового харчування. Результати проведених досліджень підтверджують, що поліпшення харчової цінності зерна злаків маніпуляцією з генами, які впливають на біохімічні властивості зерна, має стати першочерговим завданням у стратегії поліпшенні якості зерна злакових культур, як основи для створення продуктів здорового (функціонального) харчування української нації.


Ключові слова: pre-breeding, пшениця, ячмінь голозерний, тритикале, якість зерна, білки, резистентний крохмаль, інтрогресія генів, амілоза, амілопектин.



Бібліографія
  1. Hsu P., Lander E., Zhang F. Development and application of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell 157, Elsevier Inc., 2014. P. 1262–1278.
  2. Cox T., Wu J., Wang Sh. еt al. Comparing two approaches for introgression of germplasm from Aegilops tauschii into common wheat. http://dx.doi.org/10.1016/j.cj.2017.05.006.
  3. Рибалка О.І. Якість пшениці та її поліпшення: монографія. Київ: Логос, 2011. 495 с.
  4. Рибалка О.І., Моргун В.В., Починок В.М. Генетичні основи селекції сортів пшениці за спеціалізацією їх технологічного використання. Физиология и биохимия культурных растений. 2012. T. 44, № 2. C. 95–124.
  5. Howell T., Hale I., Jankulosky L. еt al. Mapping a region within 1RS.1BL translocation in common wheat affecting grain yield and canopy water status. Theor. Appl. Genet. 2014. V. 127. P. 2695–2709.
  6. D’Ovidio R., Masci S., Porceddu E., Kasarda D. Duplication of the Bx7 high-molecular-weight glutenin subunit gene in bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivar Red River 68. Plant Breeding. 1997. V. 116. P. 525–531.
  7. Blechl A., Anderson O. Expression of a novel high-molecular-weight glutenin subunit gene in transgenic wheat. Nature Biotechnol. 1996. V. 14. P. 875–879.
  8. Johnson V., Mattern P., Peterson C., Kuhr S. Improvement of wheat protein by traditional bree­ding and genetic techniques. Cereal Chemistry. 1985. V. 62(5). P. 350–355.
  9. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J. еt al. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. 12-th Int. Wheat Genet. Symp. 8–13 Sept. 2013, Yokohama, Japan.
  10. Cakmak I., Torun A., Millet E. еt al. T. di­coc­­coi­des: an important genetic resource for increa­sing zinc and iron concentration in modern culti­va­ted wheat. Soil. Sci. Plant Nutr. 2004. V. 50. P. 1047–1054.
  11. Uauy C., Brevis J., Dubcovsky J. The high grain protein content gene Gpc-B1 accelerates senes­cence and has pleiotropic effects on protein content in wheat. J. Exp. Bot. 2006. V. 57. P. 2785–2794.
  12. Uauy C., Distelfeld A., Fahima T. еt al. A NAC gene regulating senescence improves grain protein, zinc and iron content in wheat. Science. 2006. V. 314. P. 1298–1301.
  13. Distelfeld A., Uauy C., Fahima T., Dubcovsky J. Physical map of the wheat high-grain protein content gene Gpc-B1 and development of a high-throughput molecular marker. New Phytol. 2006. V. 169. P. 753–763.
  14. Tabbita F., Pearce S., Barneix A. Breeding for increased grin protein and micronutrient content in wheat: Ten years of the GPC-B1 gene. J. Cereal Sci. 2017. V. 73. P. 183–191.
  15. Степаненко А.И., Моргун Б.В., Рыбал­ка А.И. Молекулярные маркеры для детектирования в пшенице QTL Gpc-B1, перенесенного от T. dicoccoides. Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии: сб. тезисов ХІV Молодежной научной конференции. Москва, Всероссийский научно-исследователь­ский институт сельскохозяйственной биотехнологии, 16 апреля 2014 г. C. 50–52.
  16. Рибалка О.І., Моргун Б.В., Поліщук С.С. GPC-B1(NAM-B1) ген як новий генетичний ресурс у селекції пшениці на підвищення вмісту білка в зерні та мікроелементів. Физиология растений и генетика. 2018. T. 50. № 1. C. 1–20.
  17. Моргун Б.В., Степаненко О.В., Сте­паненко А.І., Рибалка О.І. Молекулярно-гене­тична ідентифікація поліморфізму генів Wx у гібридах м’якої пшениці за допомогою мультиплексних полімеразних ланцюгових реакцій. Физиология растений и генетика. 2015. T. 47. № 1. C. 25–35.
  18. Рибалка О.І., Моргун В.В., Моргун Б.В. Високоамілозна пшениця — шлях до радикального поліпшення харчової цінності зерна. Физиология растений и генетика. 2015. T. 47. №1. C. 25–35.
  19. Hercberg S., Chat-Yung S., Chauliac M. The French National Nutrition and Health Program: 2001–2006–2010. Int. J. Public Health. 2008. V. 53. P. 68–77.
  20. Sherman J., Souza E., See D., Talbert L. Mic­rosatellite markers for kernel color genes in wheat. Crop Science. 2008. V. 48. P. 1419–1424.
  21. Li W., Shan F., Sun Sh. еt al. Free radical sca­venging properties and phenolic content of Chinese black-grained wheat. J. Agric. Food Chem. 2005. V. 53(22). P. 8533–8536.
  22. Martinek P., Scorpic M., Chrpova J. еt al. Development of the new wheat variety Skorpion with blue grain. Czech J. Genet. Plant Breed. 2013. V. 49(20. P. 90–94.
  23. Newman C., Newman R. Hulless barley for food and feed. In: Specialty grains for food and feed. E. Abdel-Aal, P. Wood eds. American Association of Cereal Chemists. St. Paul, MN. 2005. P. 167–202.
  24. Morell M., Kosar-Hashemi B., Cmiel M. еt al. Barley sex6 mutants lack starch synthase IIa activity and contain a starch with novel properties. Plant J. 2003. V. 34. P. 173–185.
  25. Topping D., Morell M., King R. еt al. Resistant starch and health — Himalaya 292, a novel barley cultivar to deliver benefits to consumers. Starch. 2003. V. 55. P. 539–545.
  26. Fasano A., Berti I., Gerarduzzi T. еt al. Pre­valence of celiac disease in at-risk and not-at-risk groups in the United States — a large multicenter study. Arch. Intern. Med. 2003. V. 163. P. 286–292.
  27. Sanchez-Leon, Gil-Humanes J., Ozuna C. еt al. Low-gluten, nontransgenic wheat engineered with CRISPR/Cas9. Plant Biotechnol. 2018. V. 16. P. 902–910.
  28. Tanner G., Blundell M., Colgrave M., Howitt C. Creation of the first ultra-low gluten barley (Hor­deum vulgare L.) for coeliac and gluten-intolerant populations. Plant Biotechnol. 2016. V. 14. P. 1139–1150.
  29. Brennan C., Smith D., Harris N., Shewry P. The production and characterization of Hor3 null lines of barley provides new information on the relationship of D hordein to malting performance. Cer. Sci. 1998. V. 28. P. 291–299.
  30. Рибалка О.І., Моргун Б.В., Поліщук С.С. Ячмінь як продукт функціонального харчування: монографія. Київ: Логос. 2016. 620 с.
  31. Рибалка О.І., Моргун В.В., Моргун Б.В., Починок В.М. Агрономічний потенціал і перспективи тритикале. Физиология растений и генетика. 2015. T. 47. № 2. C. 95–111.