Цель: Широкий спектр окраски вегетативных и генеративных органов растений от розового до красного и фиолетового обеспечивают флавоноидные пигменты - антоцианы. Известно, что растения с антоцианами обладают адаптивным преимуществом, они более устойчивы к биотическим и абиотическим стрессам. В биосинтезе антоцианов принимают участие более десяти ферментов, а гены, кодирующие их структуру в геноме ржи представлены многими копиями (Rabanus-Wallace et al., 2021). Для проведения исследований, направленных на установление биологической функции этих генов, важным инструментом является использование мутантных форм. Генетическую природу признаков, связанных с антоциановой окраской различных органов у ржи Secale cereale L., в нашей стране начали изучать в середине 50-х годов XX века под руководством В. С. Федорова в Ленинградском университете (Смирнов, Соснихина, 1984). В настоящее время в Петергофской генетической коллекции, созданной им и его коллегами, представлены инбредные линии ржи мутантные по пяти разным генам биосинтеза антоцианов, характеризующиеся отсутствием антоцианов на всем растении, включая колеоптиль, окраска которого у ржи является индикаторной (Войлоков, Лыхолай, Смирнов, 2014). Одним из генов безантоциановости является ген vi3, картированный нами в длинном плече хромосомы 3R в ортологичном положении генам пшеницы и ячменя, контролирующим структуру дигидрофлавонол-4-редуктазы (DFR). Целью настоящей работы являлось установление молекулярной структуры и функции гена Vi3 у ржи.
Материалы и методы: для проведения гибридологического анализа созданы две картирующие популяции ржи от скрещивания инбредных линий ржи с контрастным проявлением антоциановой окраски. Растения линии vi3 характеризуются отсутствием антоциановой окраски на всех частях растения в процессе онтогенеза. Линии L7 и RMu12 характеризуются наличием окраски на растении (колеоптиле, узлах, чешуях колоса). Фенотипирование растений F2:3 проводили, оценивая окраску колеоптиля у десятидневных проростков, и подтверждали учётом антоциановой окраски у взрослых растений. Для секвенирования кодирующей последовательности гена DFR подобраны праймеры на основе референсного генома ржи Rye_Lo7_2018_v1p1p1 (Rabanus-Wallace et al., 2021), размещенного в базе NCBI (GenBankGCA_902687465.1) с использованием программ Primer-BLAST, OligoCalc и Multiple Primer Analyzer.
Результаты: Секвенирование кодирующей области гена DFR у трёх инбредных линий vi3, L7 и Rmu12 позволило установить её консервативность за исключением инсерции в 8 п.н. в третьем экзоне у безантоциановой линии vi3. Сопоставление амплифицированной последовательности гена DFR линии vi3 с интрон-экзонной структурой этого гена в базе NCBI показало, что данная инсерция находится в третьем экзоне и приводит к мутации типа «сдвига рамки считывания», вследствие чего появляется преждевременный стоп-кодон TGA через 3 нуклеотида после инсерции. Наличие инсерции позволило нам разработать внутригенный кодоминантный InDel-маркёр гена DFR – ScDFR-Ins. При анализе совместного расщепления по окраске колеоптиля у 209 растений межлинейного гибрида (vi3хRMu12) и 116 растений комбинации (L7x vi3) была установлена косегрегация разработанного маркёра и антоциановой окраски растения.
Выводы: Данные по косегрегации маркёра гена DFR и мутации безантоциановости vi3 у двух межлинейных гибридов ржи позволяют сделать вывод о том, что молекулярной функцией гена Vi3 является кодирование структуры фермента дигидрофлавонол-4-редуктазы.
Финансирование: Работа выполнена при поддержке СПбГУ, шифр проекта 124032000041-1.
