Allelic status of key genes of carotenogenesis on DNA-markers in maize lines and their hybrids | Аллельное состояние ключевых генов каротиногенеза по ДНК-маркерам у линий кукурузы и их гибридов | Алельний стан ключових генів каротиногенезу за ДНК-маркерами у ліній кукурудзи та їхніх гібридів

English. Purpose. The analysis of allelic status of such key genes of carotenogenesis as gene of lycopene-ε-cyclase (lcyε) and gene of β-carotene hydroxylase (crtRB1) for DNA-markers in domestic maize lines and their hybrids. Methods. DNA isolation, PCR, gel electrophoresis. Results. Allelic status of key genes of carotenogenesis was investigated in eight maize inbred lines and their single crosses. Molecular genetic polymorphism in the studied sample of maize lines and hyb­rids has been detected in gene of β-carotene hydroxylase for marker crtRB1-3’TE. For this gene, codominant character of inheritance of alleles of parental lines in single crosses was confirmed. For markers of gene of lycopene-ε-cyclase lcyε-3’INDL and lcyε-SNP216, polymorphism in the group of investigated lines and hybrids has not been identified, genotypes included only one variant of alleles for each marker. For lines ‘DK253ZSZM’, ‘DK633/266zS,zM’, ‘DK366zS,zM’ and hybrids ‘DK296S×DK253ZSZM’, ‘DK272S×DK633/266zS,zM’ and ‘DK231S×DK366zS,zM’, the decrease of the activi­ty of β-carotene hydroxylase owing to the mutation of gene crtRB1 under the influence of transposone element at the 3’-end, the inhibition of β-carotene transition into β-cryptoxanthin can be expected, that allows to predict β-carotene accumulation in grain. Conclusions. The study of allelic status of carotenegenesis gene of lycopene-ε-cyclase in maize showed no polymorphism for markers lcyε-3’INDL and lcyε-SNP216 in eight inbred lines and their single crosses, along with this, for marker lcyε-3’INDL in genomes of all studied samples the allele was identified to be favorable for the accumulation of β-carotene. For marker crtRB1-3’TE of gene of β-carotene hydroxylase, the studied breeding material was polymorphic. Allele of crtRB1 being favorable for the accumulation of β-carotene was identified in lines ‘DK253ZSZM’, ‘DK633/266zS,zM’, ‘DK366zS,zM’ and hybrids ‘DK296S×DK253ZSZM’, ‘DK272S×DK633/266zS,zM’ and ‘DK231S×DK366zS,zM’. Single crosses inherit maternal and paternal alleles of gene of β-carotene hydroxylase codominantly.

Russian. Цель. Анализ аллельного состояния ключевых генов каротиногенеза – гена ликопин-ε-циклазы (lcyε) и гена β-каротингидроксилазы (crtRB1) по ДНК-маркерам у линий кукурузы отечественной селекции и их гибридов. Методы. Выделение ДНК, полимеразная цепная реакция, гель-электрофорез. Результаты. Исследовано аллельное состояние ключевых генов каротиногенеза у восьми инбредных линий кукурузы и их простых гибридов. Молекулярно-генетический полиморфизм в исследованной выборке линий и гибридов был выявлен по гену β-каротингидроксилазы для маркера crtRB1-3’TE. Для этого гена подтвержден кодоминантный характер наследования аллелей родительских линий в простых гибридах. По маркерам гена ликопин-ε-циклазы lcyε-3’INDL и lcyε-SNP216 среди исследованных линий и гибридов полиморфизма не было выявлено, изученные генотипы имели по одному варианту аллелей каждого маркера. Для линий ‘ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК633/266зС,зМ’, ‘ДК366зС,зМ’ и гибридов ‘ДК296С×ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК272С×ДК633/266зС,зМ’ и ‘ДК231С×ДК366зС,зМ’ следует ожидать снижения активнос­ти фермента β-каротингидроксилазы в результате мутации гена crtRB1 под воздействием транспозонового элемента на 3’-конце, ингибирования перехода β-каротина в β-криптоксантин, что позволяет прогнозировать накоп­ление β-каротина в зерне. Выводы. В результате проведенного исследования аллельного состояния генов каротиногенеза у кукурузы было установлено отсутствие полиморфизма по маркерам lcyε-3’INDL и lcyε-SNP216 гена ликопин-ε-циклазы у восьми инбредных линий и их простых гибридов, причем по маркеру lcyε-3’INDL в геномах всех изученных образцов содержится благоприятный для накопления β-каротина аллель. По маркеру crtRB1-3’TE гена β-каротингидроксилазы изученный селекционный материал оказался полиморфным. Благоприятный для накопления β-каротина аллель гена crtRB1 идентифицирован у линий ‘ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК633/266зС,зМ’, ‘ДК366зС,зМ’ и гибридов ‘ДК296С×ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК272С×ДК633/266зС,зМ’ и ‘ДК231С×ДК366зС,зМ’. Простые гибриды кодоминантно наследуют аллели гена β-каротингидроксилазы материнской и отцовской линий.

Ukrainian. Мета. Аналіз алельного стану ключових генів каротиногенезу – гена лікопін-ε-циклази (lcyε) та гена β-каротингідроксилази (crtRB1) за ДНК-маркерами lcyε-3’INDL, lcyε-SNP216 та crtRB1-3’ТЕ у ліній кукурудзи вітчизняної селекції та їхніх гібридів. Методи. Виділення ДНК, полімеразна ланцюгова реакція, гель-електрофорез. Результати. Досліджено алельний стан ключових генів каротиногенезу за ДНК-маркерами у восьми інбредних ліній кукурудзи та їхніх простих гібридів. Молекулярно-генетичний поліморфізм у дослідженій добірці ліній і гібридів був виявлений за геном β-каротингідроксилази для маркера crtRB1-3’TE. Для цього гена підтверджено кодомінантний характер успадкування алелей батьківських ліній у простих гібридах. За маркерами гена лікопін-ε-циклази lcyε-3’INDL та lcyε-SNP216 серед досліджених ліній і гібридів поліморфізму не виявлено, вивчені генотипи містили лише по одному варіанту алелей кожного маркера. Для ліній ‘ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК633/266зС,зМ’, ‘ДК366зС,зМ’ та гібридів ‘ДК296С×ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК272С×ДК633/266зС,зМ’ і ‘ДК231С×ДК366зС,зМ’ слід очікувати зниження активності ферменту β-каротингідроксилази внаслідок мутації гена crtRB1 у разі впливу транспозонового елемента на 3’-кінці, а також інгібування переходу β-каротину в β-криптоксантин, що дає змогу прогнозувати накопичення β-каротину в зерні. Висновки. Внаслідок проведеного дослідження алельного стану генів каротиногенезу в кукурудзи було встановлено відсутність поліморфізму за маркерами lcyε-3’INDL та lcyε-SNP216 гена лікопін-ε-циклази у восьми інбредних ліній та їхніх простих гібридів, причому за маркером lcyε-3’INDL у геномах усіх досліджених зразків міститься сприятливий для накопичення β-каротину алель. За маркером crtRB1-3’TE гена β-каротингідроксилази досліджений селекційний матеріал виявився поліморфним. Сприятливий для накопичення β-каротину алель гена crtRB1 ідентифіковано в лініях ‘ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК633/266зС,зМ’, ‘ДК366зС,зМ та гібридах ‘ДК296С×ДК253ЗСЗМ’, ‘ДК272С×ДК633/266зС,зМ’ і ‘ДК231С×ДК366зС,зМ’. Прості гібриди кодомінантно успадковують алелі гена β-каротингідроксилази материнської та батьківської ліній.