Молекулярное генотипирование генов E1-E4 и оценка их прогностической значимости для селекции скороспелых сортов сои (Glycine max (L.) Merr)
Аннотация
Обоснование. Создание скороспелых сортов сои, адаптированных к короткому вегетационному периоду северных регионов, является приоритетной задачей современной селекции. Ключевую роль в контроле времени цветения и созревания играют гены фотопериодической чувствительности E1-E4.
Цель. Целью данного исследования являлось молекулярное генотипирование коллекции сои по генам E1-E4 для установления связи между их аллельными состояниями и полевыми характеристиками спелости, а также оценка прогностической ценности этих маркеров для селекции.
Материалы и методы. Коллекция из 46 сортов сои была генотипирована с использованием аллель-специфичных ПЦР- и CAPS-маркеров. Статистический анализ включал расчет частот генотипов, бисериальную корреляцию Пойнта (r = -0,873, p = 0,053), корреляцию Спирмена (ρ = -0,873, p = 0,0001), линейную регрессию и метод случайного леса с валидацией 70/30.
Результаты. Установлен дозовый эффект рецессивных аллелей: каждый дополнительный рецессивный аллель снижал группу спелости в среднем на 0,8 пункта (линейный тренд, R² = 0,73). При наличии 3 рецессивных аллелей доля позднеспелых сортов составляла 0%. Модель случайного леса показала точность прогноза >85%. Наибольший вклад в скороспелость вносил аллель e3-tr (сорт Сибириада). Молекулярные маркеры генов E1-E4 обладают высокой прогностической значимостью для селекции на скороспелость. Критерий отбора ≥3 рецессивных аллелей обеспечивает 100% эффективность получения скороспелых форм.
Для селекционной практики рекомендованы сорта-доноры Сибириада (носитель e3-tr) и Топаз (ультраскороспелый фенотип).
Скачивания
Литература
Sun, Z., Yuan, L., Wang, Y., Fang, R., Lin, X., Li, H., Chen, L., Wu, Y., Huang, X., Kong, F., Liu, B., Lu, S., & Kong, L. (2024). Post-flowering photoperiod sensitivity of soybean in pod-setting responses. Biology, 13(11), 868. https://doi.org/10.3390/biology13110868. EDN: https://elibrary.ru/XKDXWQ
Fang, C., Sun, Z., Li, S., Wang, Y., Li, H., Ren, T., Han, S., Li, Y., Li, S., Wu, T., Liu, B., Lu, S., & Kong, L. (2024). Subfunctionalisation and self-repression of duplicated E1 homologues finetunes soybean flowering and adaptation. Nature Communications, 15, 6184. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50623-3. EDN: https://elibrary.ru/ZVGXTG
Li, J., Li, Y., Agyenim-Boateng, K., Zhang, Y., Liu, Y., & Qi, Z. (2024). Natural variation of domestication-related genes contributed to latitudinal expansion and adaptation in soybean. BMC Plant Biology, 24, 651. https://doi.org/10.1186/s12870-024-05382-0. EDN: https://elibrary.ru/OMGNUY
Yerzhebayeva, R., Didorenko, S., Amangeldiyeva, A., Daniyarova, A., Mazkirat, S., Zinchenko, A., & Shavrukov, Y. (2023). Marker-assisted selection for early maturing E loci in soybean yielded prospective breeding lines for high latitudes of Northern Kazakhstan. Biomolecules, 13(7), 1146. https://doi.org/10.3390/biom13071146. EDN: https://elibrary.ru/SUJPCI
Xia, Z., Zhai, H., Wu, H., Xu, K., Watanabe, S., & Harada, K. (2021). The synchronized efforts to decipher the molecular basis for soybean maturity loci E1, E2, and E3 that regulate flowering and maturity. Frontiers in Plant Science, 12, 632754. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.632754. EDN: https://elibrary.ru/XSDZBC
Tsubokura, Y., Watanabe, S., Xia, Z., Kanamori, H., Yamagata, H., Kaga, A., Katayose, Y., Abe, J., Ishimoto, M., & Harada, K. (2014). Natural variation in the genes responsible for maturity loci E1, E2, E3 and E4 in soybean. Annals of Botany, 113(3), 429–441. https://doi.org/10.1093/aob/mct269
Kipshakbayeva, G., Zargar, M., Rysbekova, A., Ashirbekova, I., Tleulina, Z., Amantayev, B., Kipshakbayeva, A., Baitelenova, A., Stybayev, G., & Nejad, M. S. (2024). Assessment of the genetic parameters of soybean genotypes for precocity and productivity in the various cultivation conditions. Heliyon, 10(16), e36135. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e36135. EDN: https://elibrary.ru/VVSMPL
Wan, Z., Liu, Y., Guo, D., Fan, R., Liu, Y., Xu, K., Zhu, J., Quan, L., Lu, W., Bai, X., & Zhai, H. (2022). CRISPR/Cas9-mediated targeted mutation of the E1 decreases photoperiod sensitivity, alters stem growth habits, and decreases branch number in soybean. Frontiers in Plant Science, 13, 1066820. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1066820. EDN: https://elibrary.ru/RXIVOX
Zhang, X., Zhai, H., Wang, Y., Tian, J., Chen, S., Chu, S., Xin, D., Wu, X., Zhao, Y., Liu, C., Kong, F., & Liu, B. (2016). Functional conservation and diversification of the soybean maturity gene E1 and its homologs in legumes. Scientific Reports, 6, 29548. https://doi.org/10.1038/srep29548
Wang, L., Li, H., He, M., Dong, L., Huang, Z., Chen, L., Nan, H., Kong, F., Liu, B., & Zhao, X. (2023). GIGANTEA orthologs, E2 members, redundantly determine photoperiodic flowering and yield in soybean. Journal of Integrative Plant Biology, 65(1), 188–202. https://doi.org/10.1111/jipb.13398. EDN: https://elibrary.ru/FDDRSX
Su, T., Wang, Y., Li, S., Wang, L., Kou, K., Kong, L., Cheng, Q., Dong, L., Liu, B., Kong, F., Lu, S., & Fang, C. (2021). A flowering time locus dependent on E2 in soybean. Molecular Breeding, 41(5), 35. https://doi.org/10.1007/s11032-021-01224-1. EDN: https://elibrary.ru/ZNFSFU
Jiang, B., Nan, H., Gao, Y., Tang, L., Yue, Y., Lu, S., Ma, L., Cao, D., Sun, S., Wang, J., Wu, C., Yuan, X., Hou, W., Kong, F., Han, T., & Liu, B. (2014). Allelic combinations of soybean maturity loci E1, E2, E3 and E4 result in diversity of maturity and adaptation to different latitudes. PLoS One, 9(8), e106042. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0106042
Fedorina, J. V., Khlestkina, E. K., Seferova, I. V., & Vishnyakova, M. A. (2022). Genetic mechanisms underlying the expansion of soybean Glycine max (L.) Merr. cultivation to the north. Ecological Genetics, 20(1), 13–30. https://doi.org/10.17816/ecogen83879. EDN: https://elibrary.ru/ILIPDF
Zheng, N., Guo, Y., Wang, S., Zhang, H., Wang, L., Gao, Y., Xu, M., Wang, W., Liu, W., & Yang, W. (2023). Identification of E1-E4 allele combinations and ecological adaptability of soybean varieties from different geographical origins in China. Frontiers in Plant Science, 14, 1222755. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1222755. EDN: https://elibrary.ru/QSAZCV
Dissanayaka, A., Rodriguez, T. O., Di, S., Yan, F., Githiri, S. M., Rodas, F. R., Abe, J., & Takahashi, R. (2016). Quantitative trait locus mapping of soybean maturity gene E5. Breeding Science, 66(3), 407–415. https://doi.org/10.1270/jsbbs.15160
Lv, T., Wang, L., Zhang, C., Liu, S., Wang, J., Lu, S., Fang, C., Kong, L., Li, Y., Li, Y., Hou, X., Liu, B., Kong, F., & Li, X. (2022). Identification of two quantitative genes controlling soybean flowering using bulked-segregant analysis and genetic mapping. Frontiers in Plant Science, 13, 987073. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.987073. EDN: https://elibrary.ru/IKXNHW
Zhao, C., Takeshima, R., Zhu, J., Xu, M., Sato, M., Watanabe, S., Kanazawa, A., Liu, B., Kong, F., Yamada, T., & Abe, J. (2016). A recessive allele for delayed flowering at the soybean maturity locus E9 is a leaky allele of FT2a, a FLOWERING LOCUS T ortholog. BMC Plant Biology, 16, 20. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0704-9. EDN: https://elibrary.ru/DYFZFR
Yang, G., Li, W., Fan, C., Liu, M., Liu, J., Liang, W., Wang, L., Di, S., Fang, C., Li, H., Ding, G., Bi, Y., & Lai, Y. (2022). Genome-wide association study uncovers major genetic loci associated with flowering time in response to active accumulated temperature in wild soybean population. BMC Genomics, 23, 749. https://doi.org/10.1186/s12864-022-08970-2. EDN: https://elibrary.ru/LDBJJF
Lee, S. H., Choi, C. W., Park, K. M., Jung, W. H., Chun, H. J., Baek, D., Cho, H. M., Jin, B. J., Park, M. S., No, D. H., Lim, L. H., Shim, S. I., Chung, J. I., & Kim, M. C. (2021). Diversification in functions and expressions of soybean FLOWERING LOCUS T genes fine-tunes seasonal flowering. Frontiers in Plant Science, 12, 613675. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.613675. EDN: https://elibrary.ru/MCPLII
Xu, M., Yamagishi, N., Zhao, C., Takeshima, R., Kasai, M., Watanabe, S., Kanazawa, A., Yoshikawa, N., Liu, B., Yamada, T., & Abe, J. (2015). The soybean-specific maturity gene E1 family of floral repressors controls night-break responses through down-regulation of FLOWERING LOCUS T orthologs. Plant Physiology, 168(4), 1735–1746. https://doi.org/10.1104/pp.15.00763
Mohamedikbal, S., Al-Mamun, H. A., Marsh, J. I., Upadhyaya, S., Danilevicz, M. F., Nguyen, H. T., Valliyodan, B., Mahan, A., Batley, J., & Edwards, D. (2024). Local haplotyping reveals insights into the genetic control of flowering time variation in wild and domesticated soybean. The Plant Genome, 17(4), e20528. https://doi.org/10.1002/tpg2.20528. EDN: https://elibrary.ru/JDTLWN
Copyright (c) 2026 Pavel D. Timkin, Polina M. Linskaya, Angelina S. Zazhigalkina, Anna P. Galichenko, Andrey A. Penzin
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
