Search for SNP markers of stress tolerance in the TaDREB1 and TaWRKY19 genes of bread wheat in the Cis-Ural steppe zone

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Under the conditions of the Cis-Ural steppe zone, abiotic stress factors such as winter conditions and drought have a negative impact on the yield of bread wheat (Triticum aestivum L.). However, the efficiency of breeding to these stress factors is limited by wide variations depending on the weather conditions in different years. To collect stress-resistant forms in the selected material, genomic selection can be used, however, SNP markers of drought tolerance and winter hardiness of bread wheat, unique to this region, are unknown.

AIM: The purpose of this study is to identify SNP markers in the genes of the key transcription factors of bread wheat TaDREB1 and TaWRKY19, which are involved in the regulation of plant resistance to abiotic stresses.

MATERIALS AND METHODS: 16 varieties and lines of bread wheat were analyzed, contrasting in terms of winter hardiness and drought tolerance. DNA from wheat leaves was isolated by the standard CTAB method. Primers were selected, fragments of open reading frames of the studied genes were amplified, and nucleotide sequences were determined by automatic capillary sequencing.

RESULTS: Among the analyzed bread wheat varieties and lines, 12 SNPs in the TaDREB1 gene and 5 SNPs in TaWRKY19 were found.

CONCLUSIONS: The results of statistical analysis showed that substitution 866 T/A in the TaDREB1 gene is associated with winter hardiness, while substitution 587 A/G in the TaWRKY19 gene is associated with winter hardiness and drought resistance.

About the authors

Evgeniya A. Zaikina

Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Center Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: evisheva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1070-0804
SPIN-code: 4224-0089
Scopus Author ID: 49664463200

Cand. Sci. (Biol.), Research Associate of the Laboratory of Plant Genomics

Russian Federation, Ufa

Kamil R. Ismagilov

Bashkir Scientific Research Institute of Agriculture, Ufa Federal Research Center Russian Academy of Sciences

Email: ismagilovkr@gmail.com
SPIN-code: 6896-8797

Cand. Sci. (Econ.), Head of the Laboratory of selection and seed production of spring wheat

Russian Federation, Ufa

Bulat R. Kuluev

Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Center Russian Academy of Sciences; N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: kuluev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1564-164X
SPIN-code: 8580-5347
Scopus Author ID: 23094029400

Dr. Sci. (Biol.), Head of the Laboratory of Plant Genomics

Russian Federation, Ufa; Saint Petersburg

References

  1. Gahlaut V, Jaiswal V, Kumar A, Kumar Gupta P. Transcription factors involved in drought tolerance and their possible role in developing drought tolerant cultivars with emphasis on wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet. 2016;129:2019–2042. doi: 10.1007/s00122-016-2794-z
  2. Würschum T, Longin CFH, Hahn V, et al. Copy number variations of CBF genes at the Fr-A2 locus are essential components of winter hardiness in wheat. Plant J. 2017;89(4):764–773. doi: 10.1111/tpj.13424
  3. Kolchanov NA, Kochetov AV, Salina EA, et al. Sostoyanie i perspektivy ispolzovaniya marker-orientirovannoi i genomnoi selektsii rastenii. Vestnik Rossijskoj Akademii Nauk. 2017;87(4):348–354. (In Russ.) doi: 10.7868/S0869587317040107
  4. Baillo EH, Kimotho RN, Zhang Z, Xu P. Transcription factors associated with abiotic and biotic stress tolerance and their potential for crops improvement. Genes. 2019;10(10):771. doi: 10.3390/genes10100771
  5. Pellegrineschi A, Reynolds M, Pacheco M, et al. Stress-induced expression in wheat of the Arabidopsis thaliana DREB1A gene delays water stress symptoms under greenhouse conditions. Genome. 2004;47(3):493–500. doi: 10.1139/g03-140
  6. Niu C-F, Wei W, Zhou Q-Y, et al. Wheat WRKY genes TaWRKY2 and TaWRKY19 regulate abiotic stress tolerance in transgenic Arabidopsis plants. Plant, Cell Environ. 2012;35(6):1156–1170. doi: 10.1111/j.1365-3040.2012.02480.x
  7. Zaikina EA, Musin KhG, Kuluev AR, et al. Izmenenie aktivnosti genov transkriptsionnykh faktorov TANAC69, TADREB1, TABZIP60 u rastenii myagkoi pshenitsy pri vodnom defitsite i gipotermii. Fiziologiya rastenij. 2022;69(3):327–336. (In Russ.) doi: 10.31857/S0015330322030186
  8. Hu X, Ren J, Ren X, et al. Association of agronomic traits with SNP markers in durum wheat (Triticum turgidum L. durum (Desf.)). PloS One. 2015;10(6). doi: 10.1371/journal.pone.0130854
  9. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaistvennykh kultur. Vyp. 2. Moscow, 1989. 196 p. (In Russ.)
  10. Doyle JJ, Doyle JL, Rapid А. DNA Isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bull. 1987;19(1):1–11.
  11. Sakuma Y, Maruyama K, Qin F, et al. Dual function of an Arabidopsis transcription factor DREB2A in water-stress-responsive and heat-stress-responsive gene expression. PNAS USA. 2006;103(49):18822–18827. doi: 10.1073/pnas.0605639103
  12. Seki M, Narusaka M, Abe H, et al. Monitoring the expression pattern of 1300 Arabidopsis genes under drought and cold stresses by using a full-length cDNA microarray. Plant Cell. 2001;13(1):61–72. doi: 10.1105/tpc.13.1.61
  13. Dubouzet JG, Sakuma Y, Ito Y, et al. OsDREB genes in rice, Oryza sativa L., encode transcription activators that function in drought-, high-salt- and cold-responsive gene expression. Plant J. 2003;33(4):751–763. doi: 10.1046/j.1365-313x.2003.01661.x
  14. Zhou Q-Y, Tian A-G, Zou H-F, et al. Soybean WRKY-type transcription factor genes, GmWRKY13, GmWRKY21, and GmWRKY54, confer differential tolerance to abiotic stresses in transgenic Arabidopsis plants. Plant Biotechnol J. 2008;6(5):486–503. doi: 10.1111/j.1467-7652.2008.00336.x
  15. Wang C-T, Ru J-N, Liu Y-W, et al. Maize WRKY transcription factor ZmWRKY106 confers drought and heat tolerance in transgenic plants. Int J Mol Sci. 2018;19(10):3046. doi: 10.3390/ijms19103046
  16. Jaiswal V, Gahlaut V, Mathur S, et al. Identification of novel SNP in promoter sequence of TaGW2-6A associated with grain weight and other agronomic traits in wheat (Triticum aestivum L.). PLoS One. 2015;10(6). doi: 10.1371/journal.pone.0129400

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Alignment results of the TaDREB1 gene fragment in the examined samples of soft wheat. The AF303376.1 sequence from GenBank was used as a reference gene. The DREB_1_pr-DREB_16_p nucleotide sequences correspond to the studied varieties and lines 1-16 from Table 1. Nucleotides were numbered according to the reference gene from GenBank

Download (654KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Results of nucleotide sequence alignment of the homeologous TaDREB1 genes (3A, 3B, 3D). Nucleotide numbering was performed according to the reference gene from GenBank

Download (100KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Alignment results of the TaWRKY19 gene fragment in the examined samples of soft wheat. The EU665430.1 sequence from GenBank was used as a reference gene. The WRKY_1_pr-WRKY_16_p nucleotide sequences correspond to the studied varieties and lines 1-16 from Table 1. Nucleotides were numbered according to the reference gene from GenBank

Download (665KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Results of nucleotide sequence alignment of the homeologous TaWRKY19 genes (2A, 2B, 2D). Nucleotide numbering was performed according to the reference gene from GenBank

Download (103KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».