Screening the collection of spring and winter durum wheat using KASP-marker specific to the Zds alleles
Authors: Коробкова В.А. , Беспалова Л.А. , Яновский А.С. , Воропаева А.Д. , Архипов А.В. , Ширнин С.Ю. , Черноок А.Г. , Никитина Е.А. , Ульянов Д.С. , Мудрова А.А. , Букреева Г.И. , Карлов Г.И. , Дивашук М.Г. 
Published: August 2023

Твёрдая пшеница — важная зерновая культура, широко используемая в разных продовольственных сферах. До 30% качества конечной продукции (макарон, круп), получаемой из твёрдой пшеницы, определяется концентрацией каротиноидных пигментов, накапливаемых в эндосперме и отвечающих за жёлтый цвет изделий. Одним из генов, участвующих в биосинтезе каротиноидов, является ген Zds, расположенный в локусе, оказывающем значимое влияние на индекс желтизны и содержание жёлтых пигментов в зерне. Для эффективной селекции твёрдой пшеницы, направленной на повышение каротиноидных пигментов в зерне, необходимо применять технологии MAS-селекции. Одним из инструментов MAS-селекции является технология KASP-маркеров. KASP-маркеры позволяют проводить быстрое и массовое генотипирование большого количества образцов и не требуют проведения гель-электрофореза для визуализации полученных данных, что даёт преимущество перед другими системами маркеров. Целью исследований являлось изучение коллекций озимой и яровой твёрдой пшеницы с помощью молекулярного маркера системы KASP ZDS-A1_SNP для определения аллельного состояния гена z-каротиндесатуразы. Биоинформатический анализ праймеров показал, что данный KASP-маркер специфичен и отвечает всем требованиям, а значит, может использоваться для генотипирования образцов. В результате исследований 143 образцов твёрдой пшеницы с помощью маркера ZDS-A1_SNP было выявлено 4 образца, несущих аллель с негативным влиянием на индекс желтизны (Zds-A1a), все остальные образцы обладали аллелем Zds-A1b, повышающим YI. Используемый KASP-маркер эффективно выявлял аллели гена Zds. Образцы твёрдой пшеницы с аллелем Zds-A1b имеют высокий индекс желтизны в зерне, однако наблюдается снижение индекса желтизны в крупке, что может быть связано с окислением каротиноидов при размоле зерна.

Durum wheat is an economically important grain crop that is used in various food spheres. Up to 30% of the quality of a final product (pasta, cereals) produced from durum wheat is affected by carotenoid pigment accumulated in an endosperm and conferring yellow color to products. One of the genes involved in carotenoid biosynthesis is Zds, located at the locus having a significant effect on the yellowness index (YI) and the content of yellow pigments in grain. Marker-assisted selection (MAS) is known to be an effective technique in durum wheat breeding. One of the tools of MAS is the technology of KASP-markers. KASP-markers enable fast genotyping of the large number of samples without gel electrophoresis which gives an advantage over other marker systems. The aim of this research was to test the collections of winter and spring durum wheat via the KASP ZDS-A1_SNP marker to identify the alleles of the z-carotene desaturase gene. Primer analyses using bioinformatic tools verified the specificity of the KASP-marker as well as its suitability for plant genotyping. Out of 143 samples of durum wheat four samples carried the allele negatively affecting YI (Zds-A1a), all the rest carried Zds-A1b, increasing YI. The KASP-marker effectively identified the Zds alleles. Durum wheat carrying the Zds-A1b allele had the high yellowness index in the grain however, the concentration of carotenoids dropped in semolina, possibly due to carotenoid oxidation during grain milling.