agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2020.21.3.273-282agronauka-550Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: РАСТЕНИЕВОДСТВООRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: PLANT GROWINGОсобенности наследования лизина у гибридов второго поколения зернового соргоFeatures of lysine inheritance in grain sorghum hybrids of the second generationhttps://orcid.org/0000-0001-8675-1021АлабушевА. В.AlabushevA. V.

Алабушев Андрей Васильевич, академик РАН, доктор с.-х. наук, профессор, директор

Научный городок, д. 3, Зерноградский район, г. Зерноград, Ростовская область, 347740

Andrey V. Alabushev, academician of RAS, Doctor of Agricultural Sciences, professor, director

Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Zernogradsky district, Rostov region, 347740

vniizk30@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7510-7705КовтуновВ. В.KovtunovV. V.

Ковтунов Владимир Викторович, кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства сорго зернового

Научный городок, д. 3, Зерноградский район, г. Зерноград, Ростовская область, 347740

Vladimir V. Kovtunov, PhD in Agricultural science, leading researcher, the Laboratory of Grain Sorghum Breeding and Seed Production

Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Zernogradsky district, Rostov region, 347740

kowtunow85@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4371-6848КостылевП. И.KostylevP. I.

Костылев Павел Иванович, доктор с.-х. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории селекции исеменоводства риса

Научный городок, д. 3, Зерноградский район, г. Зерноград, Ростовская область, 347740

Pavel I. Kostylev, Doctor of Agricultural Science, professor, chief researcher, the Laboratory of Rice Breeding and Seed Production

Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Zernogradsky district, Rostov region, 347740

vniizk30@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0409-5855КовтуноваН. А.KovtunovaN. A.

Ковтунова Наталья Александровна, ведущий научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства сорго кормового

Научный городок, д. 3, Зерноградский район, г. Зерноград, Ростовская область, 347740

Nataliya A. Kovtunova, PhD in Agricultural science, leading researcher, the Laboratory of Forage Sorghum Breeding and Seed Production

Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Zernogradsky district, Rostov region, 347740

vniizk30@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3388-1548КравченкоН. С.KravchenkoN. S.

Кравченко Нина Станиславовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биохимической оценки селекционного материала и качества зерна

Научный городок, д.3, Зерноградский район, г. Зерноград, Ростовская область, 347740

Nina S. Kravchenko, PhD in Biological science, senior researcher, the Laboratory of Biochemical Estimation of  reeding Material and Seed Quality

Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Zernogradsky district, Rostov region, 347740

vniizk30@mail.ruФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»РоссияAgricultural Research Center “Donskoy”Russian Federation202020062020213273282Copyright © Алабушев А.В., Ковтунов В.В., Костылев П.И., Ковтунова Н.А., Кравченко Н.С., 20202020Алабушев А.В., Ковтунов В.В., Костылев П.И., Ковтунова Н.А., Кравченко Н.С.Alabushev A.V., Kovtunov V.V., Kostylev P.I., Kovtunova N.A., Kravchenko N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/550

Сорго считается одной из наиболее важных зерновых культур в мире. Зерно сорго характеризуется низким содержанием в белке незаменимых аминокислот, прежде всего лизина, что значительно снижает его кормовую ценность. Известны два мутантных гена с высоким уровнем лизина: спонтанный мутантный ген hl, который был первоначально идентифицирован в эфиопских линиях, и ген P721, который индуцирован этилметансульфонатом. Цель исследований заключалась в изучении закономерности наследования содержания лизина в зерне гибридов второго поколения сорго зернового, полученных в результате скрещиваний по двум диаллельным схемам 4х4 (I – СПЗС-11, Sb-126/4, 144 ф/8, Зерноградское 204; II – ЗСК-4, Белозёрное 100, Отбор 100, 34045). В результате гибридологического анализа установлено, что по содержанию лизина в белке сорго между включёнными в скрещивания родительскими образцами наблюдались генетические отличия в 1-3 гена. Наибольшие различия (3 гена) проявились между образцами сорго зернового 34045 и 144 ф/8. В большинстве гибридных комбинаций между привлечёнными в гибридизацию образцами наблюдались моногенные и дигенные различия. В результате оценки значения степени доминирования установлена величина проявления гена, контролирующего содержание лизина в белке сорго. Наблюдалось доминирование как меньших, так и больших значений признака. Кривые распределения частот изученных гибридов находились в пределах изменчивости родительских форм, однако в отдельных комбинациях проявились положительные трансгрессии. В комбинациях Sb-126/4 × СПЗС-11, Зерноградское 204 × СПЗС-11 для дальнейшей селекционной работы выделены формы с высоким содержанием лизина в зерне (более 3,5%).

Sorghum is one of the most important grain crops in the world. Sorghum grain is characterized by a low percentage of essential amino acids in protein, primarily lysine, which significantly reduces its feed value. There are two known mutant genes with a large lysine percentage, namely the spontaneous mutant hl gene, which was originally identified in Ethiopian lines, and the P721 gene, which is induced by ethylmethanesulfonate. The purpose of the current study was to identify the patterns of inheritance of the lysine percentage in grain sorghum hybrids of the second generation which were obtained by hybridization according to two 4x4 diallelic schemes (I - SPZS-11, Sb-126/4, 144 f/8, Zernogradskoe 204; II - ZSK-4, Belozernoe 100, Otbor 100, 34045). The hybridological analysis has established that in lysine percentage in sorghum protein there are genetic differences of 1-3 genes between the parental samples included in the hybridization. The greatest differences (3 genes) were identified between sorghum grain samples 34045 and 144 f/8. In most hybrid combinations there have been identified monogenic and digenic differences between the samples involved in hybridization. The estimation of dominance degree has identified the value of the gene manifestation, that controls lysine percentage in sorghum protein. There has been determined the dominance of both large and small values of the trait. The frequency distribution curves of the studied hybrids were within the variability of the parental forms, however, there were positive transgressions in some combinations. In the combinations Sb-126/4 × SPZS-11, Zernogradskoe 204 × SPZS-11 there have been identified the forms with a large lysine percentage in grain (more than 3.5%) for further breeding process.

лизин в белкеSorghum bicolorгензернорасщеплениедоминированиеасимметрияlysine percentage in proteinSorghum bicolorgenegrainsplittingdominanceasymmetryРабота выполнена в рамках Государственного задания ФГБНУ«Аграрный научный центр «Донской» (тема №0706-2019-0001).The research was carried out within the state assignment of the Agricultural Research Center “Donskoy” (theme No. 0706-2019-0001).ReferencesTesso T., Ejeta G., Chandrashekar A., Huang C., Tandjung A., Lewamy M., Axtell J. D., Hamaker B. R. A Novel Modified Endosperm Texture in a Mutant High-Protein Digestibility/High-Lysine Grain Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). Cereal Chem., 2006;83(2):194-201. DOI: https://doi.org/10.1094/CC-83-0194Tesso T., Ejeta G., Chandrashekar A., Huang C., Tandjung A., Lewamy M., Axtell J. D., Hamaker B. R. A Novel Modified Endosperm Texture in a Mutant High-Protein Digestibility/High-Lysine Grain Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). Cereal Chem., 2006;83(2):194-201. DOI: https://doi.org/10.1094/CC-83-0194Taylor J. R. N., Schober T. J., Bean S. R. Novel food and non-food uses for sorghum and millets. J Cer Sci., 2006;(44(3)):252-271. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcs.2006.06.009Taylor J. R. N., Schober T. J., Bean S. R. Novel food and non-food uses for sorghum and millets. J Cer Sci., 2006;(44(3)):252-271. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcs.2006.06.009Васильченко С. А., Метлина Г. В., Ковтунов В. В. Влияние метеоусловий на продуктивность сорго зернового в южной зоне Ростовской области. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016;(120):744-754. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26469981Vasil'chenko S. A., Metlina G. V., Kovtunov V. V. Vliyanie meteousloviy na produktivnost' sorgo zernovogo v yuzhnoy zone Rostovskoy oblasti. [The effect of weather conditions on grain sorghum productivity in the southern zone of the rostov region]. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2016;(120):744-754. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26469981Романюкин А. Е., Шишова Е. А., Ковтунова Н. А., Ермолина Г. М. Признаковая и генетическая коллекция скороспелых форм сахарного сорго. Аграрный вестник Урала. 2016;7(149):46-50. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27191817Romanyukin A. E., Shishova E. A., Kovtunova N. A., Ermolina G. M. Priznakovaya i geneticheskaya kollektsiya skorospelykh form sakharnogo sorgo. [Trait and genetic collection of the early maturing forms of sweet sorghum]. Agrarnyy vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals. 2016;7(149):46-50. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27191817Mofokeng A. M., Shimelis H., Laing M. Breeding strategies to improve sorghum quality. AJCS. 2017;11(02):142-148. DOI: https://doi.org/10.21475/ajcs.17.11.02.p127Mofokeng A. M., Shimelis H., Laing M. Breeding strategies to improve sorghum quality. AJCS. 2017;11(02):142-148. DOI: https://doi.org/10.21475/ajcs.17.11.02.p127Ковтунов В. В. Посевная площадь и урожайность сорго зернового. Зерновое хозяйство России. 2018;(3):47-49. DOI: https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-57-3-47-49Kovtunov V. V. Posevnaya ploshchad' i urozhaynost' sorgo zernovogo. [Sown area and productivity of grain sorghum]. Zernovoe khozyaystvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2018;(3):47-49. DOI: https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-57-3-47-49Шепель Н. А. Селекция и семеноводство гибридного сорго. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1985. 256 с.Shepel' N. A. Selektsiya i semenovodstvo gibridnogo sorgo. [Breeding and seed production of hybrid sorghum]. Rostov-on-Don: Izdatel'stvo Rostovskogo universiteta, 1985. 256 p.Шепель Н. А. Сорго. Волгоград: Комитет по печати, 1994. 448 с.Shepel' N. A. Sorgo. [Sorghum]. Volgograd: Komitet po pechati, 1994. 448 p.Ferreira R. R., Meinhardt L. W., Azevedo R. A. Lysine and threonine biosynthesis in sorghum seeds: Characterization of aspartate kinase and homoserine dehydrogenase isoenzymes. Ann Appl Biol. 2006;149(1):77-86. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2006.00074.xFerreira R. R., Meinhardt L. W., Azevedo R. A. Lysine and threonine biosynthesis in sorghum seeds: Characterization of aspartate kinase and homoserine dehydrogenase isoenzymes. Ann Appl Biol. 2006;149(1):77-86. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2006.00074.xWu Y., Yuan L., Guo X., Holding D. R., Messing J. Mutation in the seed storage protein kafirin creates a highvalue food trait in sorghum. Nat Commun. 2013;(4):2217. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms3217Wu Y., Yuan L., Guo X., Holding D. R., Messing J. Mutation in the seed storage protein kafirin creates a highvalue food trait in sorghum. Nat Commun. 2013;(4):2217. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms3217Лушпина О. А., Сухенко Н. Н., Ковтунов В. В. Коллекционный материал сорго зернового для селекции на продуктивность. Зерновое хозяйство России. 2016; (3): 13-16. Режим доступа: https://www.zhros.ru/jour/article/view/163Lushpina O. A., Sukhenko N. N., Kovtunov V. V. Kollektsionnyy material sorgo zernovogo dlya selektsii na produktivnost'. [The collection material of grain sorghum for the selection on productivity]. Zernovoe khozyaystvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2016;(3):13-16. (In Russ.). URL: https://www.zhros.ru/jour/article/view/163Singh R., Axtell J. D. High lysine mutant gene (hl) that improves protein quality and biological value of grain sorghum. Crop Sci. 1973;13(5):535-539. URL: https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.2135/cropsci1973.0011183X001300050012xSingh R., Axtell J. D. High lysine mutant gene (hl) that improves protein quality and biological value of grain sorghum. Crop Sci. 1973;13(5):535-539. URL: https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.2135/cropsci1973.0011183X001300050012xFano D. Breeding of sorghum for high lysine in the seed. International Journal of Agriculture Sciences. 2017;9(43):4702-4707. URL: http://www.researchgate.net/publication/327384832Fano D. Breeding of sorghum for high lysine in the seed. International Journal of Agriculture Sciences. 2017;9(43):4702-4707. URL: http://www.researchgate.net/publication/327384832Fantaye B. M. Genetic improvement of lysine content in sorghum: A Review. J. Advan. Plant Sci., 2018;1(3):307. URL: https://www.researchgate.net/publication/329191838Fantaye B. M. Genetic improvement of lysine content in sorghum: A Review. J. Advan. Plant Sci., 2018;1(3):307. URL: https://www.researchgate.net/publication/329191838Oria M. P., Hamaker B. R., Axtel J. D., Huang C. P. A highly digestible sorghum mutant cultivar exhibits a unique folded structure of endosperm protein bodies. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2000;97(10):5065-5070. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.080076297Oria M. P., Hamaker B. R., Axtel J. D., Huang C. P. A highly digestible sorghum mutant cultivar exhibits a unique folded structure of endosperm protein bodies. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2000;97(10):5065-5070. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.080076297

The authors declare that there are no conflicts of interest present.