Evaluation of corn (Zea mays L.) lines promising for breeding forage hybrids by chlorophyll content and expression of psaA and psbA genes | Оценка перспективных линий кукурузы (Zea mays L.) по содержанию хлорофиллов и экспрессии генов psaA и psbА для селекции гибридов кормового направления

English. Corn (Zea mays L.) is a crucial fodder crop that holds one of the leading positions among feed plants. Chlorophylls a and b, the primary photosynthetic pigments, play a vital role in determining the physiological state of plants, assessing the impact of stress factors, and predicting productivity. The research aim was to evaluate the chlorophyll a and chlorophyll b contents in promising corn breeding lines from the collection of the Institute of Agriculture — a branch of the Federal Scientific Center of Kabardino-Balkarian Scientific Center RAS (IA of KBSC RAS), as well as to determine possible correlations between chlorophyll content and expression of psaA and psbA genes. For the analysis, 150 breeding lines of maize were selected from the collection of IA of KBSC RAS. The determination of chlorophyll a and b content in leaves was conducted using Folch reagent. The expression of psaA and psbA genes was determined in the same tissues homogenized in liquid nitrogen, for which chlorophyll content was measured, using quantitative real-time PCR (qRT-PCR). Based on total chlorophyll content, corn lines were divided into three groups, with high (21 accessions), medium (91 accessions), and low (38 accessions) content. The maximum amount of chlorophyll a was detected in line 726 (608.95 mkg/g), while the minimum was in line 804 (88.95mkg/g). The ratio of chlorophyll a to chlorophyll b in different lines ranged from 1.72 to 2.65, which is consistent with previously obtained data for maize. The expression of photosystem genes psaA and psbA positively correlated with chlorophyll content. For instance, in lines 726 and 944, psaA gene transcription was 5.8 times higher, and psbA was 4.6 times higher compared to lines 804 and 849. The identified lines with high chlorophyll content (726, 728, 760, 847, 935, 944, 2193, and 8007) can serve as a basis for further breeding aimed at obtaining high-yielding maize hybrids with improved forage characteristics.

Russian. Кукуруза (Zea mays L.) занимает одно из ведущих мест среди кормовых растений. Основные пигменты фотосинтеза - хлорофиллы a и b играют важную роль в определении физиологического состояния растений, оценке воздействия стрессовых факторов и прогнозировании продуктивности. Цель работы - оценка содержания хлорофилла a и хлорофилла b в перспективных селекционных линиях кукурузы из коллекции Института сельского хозяйства - филиала ФГБНУ ФНЦ Кабардино-Балкарского научного центра РАН (ИСХ КБНЦ РАН), а также определение возможных корреляций между содержанием хлорофиллов и экспрессией генов psaA и psbA. Для анализа отобрали 150 селекционных линий кукурузы из коллекции ИСХ КБНЦ РАН. Содержание хлорофиллов а и b в листьях определяли с использованием реактива Фолча. Экспрессию генов psaA и psbA определяли в тех же гомогенизированных в жидком азоте тканях, для которых проводили измерение содержание хлорофиллов, с помощью количественной ПЦР в реальном времени (РВ-ПЦР). По суммарному количеству хлорофиллов линии кукурузы были разделены на три группы: с высоким (21 образец), средним (91 образец) и низким (38 образцов) содержанием. Максимальное количество хлорофилла а было выявлено у линии 726 (608,95 мкг/г), минимальное — у линии 804 (88,95 мкг/г). Количественное соотношение хлорофилл a/хлорофилл b у разных линий находилось в диапазоне от 1,72 до 2,65, что согласуется с ранее полученными данными для кукурузы. Экспрессия генов фотосистем psaA и psbA положительно коррелировала с содержанием хлорофиллов. Так, у линий 726 и 944 (максимальное содержание общих хлорофиллов) транскрипция гена psaA была в 5,8 раза выше, а psbA — в 4,6 раза выше по сравнению с линиями 804 и 849 (минимальное содержание общих хлорофиллов). Выделенные линии с высоким содержанием хлорофиллов (линии 726, 728, 760, 847, 935, 944, 2193, 8007) могут послужить материалом для селекции гибридов кукурузы на высокую продуктивность и улучшенные кормовые характеристики.