Molecular and genetic basis for improving the quality of soft wheat grain

Abstract

The increase in agricultural territories in Azerbaijan can no longer cover the problem of shortage of high-quality baking flour in the domestic market. Thus, there is a need to improve the quality of grain harvested from existing areas to obtain more grain products. The purpose of this study is to review and investigate the physico-chemical and genetic parameters of local and introduced soft wheat varieties to further identify promising areas of breeding. For this purpose, a PCR study of individual loci of the Wx genes responsible for amylose synthesis and electrophoresis of Glu genes encoding gluten quantity and quality were performed. In addition, for the varieties Shafaq 2 and Gonen, which were selected during the research for the test baking of bread, a PCR analysis was performed to compile the gliadin formula of the varieties using a sample of the Bezostaya 1 variety as a marker. The physico-chemical characteristics were determined according to quality standards, as well as baking bread sample. During the pilot sowing, one of the varieties – Girmizi Gul1, was sown on plots with various tillage methods – traditional, minimal, and zero. Thus, it was determined that the varieties Gonen and Ekinci 84 contain a zero allele of the Wx-B1 – Wx-B1b gene, which means that their endosperm contains higher-quality starch, and the varieties Askeran, Azemetli 95, Gonen, Kirmizigul, Nurlu 99, Tale 38, and Ugur, in turn, contain a zero allele of the gene GluA1 – GluA1d, which on the contrary worsens the gluten quality of these varieties. As for tillage, the traditional system showed itself to be the best, the minimal tillage was slightly worse, and the zero tillage system turned out to be the least suitable in these conditions. Thus, the obtained data outline further areas for conducting research and open up prospects for targeted selection for alleles of the considered genes.

Збільшення сільськогосподарських територій в Азербайджані вже не може покрити проблему нестачі високоякісного хлібопекарського борошна на внутрішньому ринку. Таким чином, існує потреба в поліпшенні якості зерна, зібраного з існуючих площ, для отримання більшої кількості зернових продуктів. Метою даного дослідження є огляд та вивчення фізико-хімічних та генетичних параметрів місцевих та інтродукованих сортів м›якої пшениці для подальшого визначення перспективних напрямків селекції. Для цього було проведено ПЛР-дослідження окремих локусів генів Wx, що відповідають за синтез амілози, та електрофорез генів Glu, що кодують кількість і якість клейковини. Крім того, для сортів Shafaq 2 і Gonen, які були відібрані в ході досліджень для тестового випікання хліба, був проведений ПЛР-аналіз для складання гліадинової формули сортів з використанням зразка сорту Безоста 1 в якості маркера. Фізико-хімічні показники визначали за стандартами якості, а також за результатами випікання зразків хліба. Під час дослідного посіву один із сортів – Girmizi Gul1 – висівали на ділянках з різними способами обробітку ґрунту – традиційним, мінімальним та нульовим. Так, було визначено, що сорти Gonen і Ekinci 84 містять нульовий алель гена Wx-B1 – Wx-B1b, що означає, що їх ендосперм містить крохмаль більш високої якості, а сорти Askeran, Azemetli 95, Gonen, Kirmizigul, Nurlu 99, Tale 38 і Ugur, в свою чергу, містять нульовий алель гена GluA1 – GluA1d, що навпаки погіршує якість клейковини цих сортів. Щодо обробітку ґрунту, то найкраще себе показала традиційна система, дещо гірше – мінімальний обробіток, а найменш придатною в даних умовах виявилася система нульового обробітку. Таким чином, отримані дані окреслюють подальші напрями проведення досліджень і відкривають перспективи для цілеспрямованої селекції на алелі розглянутих генів.