Mineral composition of bread wheat lines with introgressions of alien genetic material

Background. Modern bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars developed mainly to increase productivity often contain low concentrations of minerals in their grain. Wild and primitive wheats demonstrate rich genetic diversity, including the content of minerals in the grain, and can be used to improve the wheat gene pool for this trait. The aim of this work was to study the mineral composition in the grain of bread wheat lines with introgressions of the genetic material from Triticum L. spp.Materials and methods. We studied parental spring bread wheat cultivars, accessions of tetraploid and hexaploid Triticum spp., and 20 introgressive lines obtained on their basis in 2018 and 2020. Concentrations of macro- (K, P, Ca, and Mg) and micronutrients (Zn, Fe, Cu, and Mn) were measured using atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma, and total protein content in wheat grain according to GOST 10846-91. The data were processed using the Statistica 10.0 and MS Excel software packages.Results and conclusion. The content of minerals in the grain of Triticum spp. was higher than in T. aestivum cultivars (the twoyear average difference was 1,02 to 2,13-fold, depending on the studied mineral). Most of the lines with alien genetic material exceeded their parent bread wheat cultivars in Zn, Fe, Cu and Mn content and came close to them in the levels of N, P, Mg and K. ANOVA established a statistically significant impact of the genotype, environment, and genotype × environment interaction on the variation of the grain macro- and micronutrient content. Lines with a consistently high concentration of grain minerals and high productivity were identified. These lines are of interest for wheat breeding for grain quality

SSR loci potentially associated with high amylopectine content in maize kernel endosperm

As a component of functional nutrition, maize cultivars with “non-traditional” kernel composition (waxy, oilbearing, sugar, opaque, etc. phenotypic variants) are promising. Mutations in the waxy gene, which break down the structure and function of the enzyme for amylose biosynthesis, lead to a waxy (with a high content of amylopectin) endosperm formation. High variability of the waxy gene limits the use of microsatellite loci in marker associated selection of waxy maize genotypes. The increased frequency of gene rearrangements within the waxy locus facilitated the origination of many high-amylopectin corn lines carrying different SSR allelic variants. The purpose of this study was to evaluate the effectiveness of using waxy locus microsatellite sequences for identification and labeling of waxy maize genotypes. To this end, a complex of biochemical (calorimetry, bichromate method), molecular-genetic (SSR-PCR, capillary gel electrophoresis with fluorescent detection of fragments) and statistical (descriptive statistics, cluster analysis, χ2) analysis methods was used. Plant material used were 33 samples of corn kernels including mutant forms with a high content of amylose, amylopectin, short-chain starches, were kindly provided by VIR genetic collection (Russian Federation) and Maize Genetics Cooperation Stock Center (USA). The contents of starch, short-chain soluble carbohydrates, amylose, amylopectin in the grain of 33 maize samples were evaluated. Compositionally similar (to endosperm carbohydrates content) groups of samples were identified. They include 13 high-amylopectin samples carriers of waxy (wx) gene mutations and 20 samples with wild-type character (Wx). Molecular genetic screening of the collection included an analysis of the polymorphism of the microsatellite loci phi022, phi027, phi061 associated with the waxy gene sequence. Allelic composition of individual loci and their combinations were analyzed in relation to the accumulation of reserve carbohydrates in the kernel endosperm. Only the analysis of the phi022/phi027 combination or all three markers in the complex allows differentiating the wild Wx and mutant wx phenotypes of maize. It was shown that not the individual allelic polymorphisms of the phi022, phi027, phi061 loci are efficient for the markerassociated selection of high-amylopectin maize, but their unique combinations

Marker-assisted identification of maize genotypes with improved protein quality

Currently, more than 70 % of maize is used for food and fodder; therefore, grain quality improvement can increase its nutritive and energy value. Deficiency of two essential amino acids (lysine and tryptophan) significantly reduces the nutritional quality of maize proteins. However, in comparison to conventional maize varieties, opaque2 (o2) mutants have greater contents of lysine and tryptophan in their endosperm proteins and their bioavailability is better. The aim of the study was identification of maize accessions with high-quality protein. A collection of maize accessions of various ecogeographical origins was studied by molecular methods. This approach was expected to improve maize breeding efficiency. We collected 54 maize genotypes differing in grain quality performance. Amplification with three specific markers to the opaque-2 gene (phi057, phi112 and umc1066) revealed homozygous recessive o2 genotypes, associated with improved nutritional quality of the protein. UREA-PAG electrophoresis of zein proteins was used for Quality Protein Maize (QPM) identification. In addition to the mutant o2 allele, QPM contains genetic modifiers that convert starchy endosperm of o2 mutant to the hard vitreous phenotype. The selected QPM accessions are of interest for maize breeding programs aimed at grain quality improvement. The use of the markers to o2 and modifier genes accelerates the development of QPM varieties and significantly reduces the labor and financial costs of their production

Качество зерна у линий мягкой пшеницы T. aestivum с интрогрессией генетического материала T. dicoccoides и T. dicoccum

Related wild and cultural wheat species are regularly involved for expanding T. aestivum genetic diversity because they contain many valuable genes. We evaluated the effect of the genetic material of tetraploid species of the genus Triticum (T. dicoccoides, T. dicoccum) on the grain quality of introgression lines of spring bread wheat. The composition of the high molecular weight glutenin subunits which play an essential role in the formation of wheat baking properties was identified in the introgression lines of bread wheat and their parental forms. The traits of grain quality (hardness, protein and gluten content, gluten quality) were also evaluated. The lines with Glu-1 loci alleles from wheat relatives T. dicoccoides and Т. dicoccum were selected. It was found that the introgression of alien genetic material into the common wheat genome had a positive effect on the parameters of grain quality such as hardness, protein and gluten content. The lines with Glu-A1 loci alleles from T. dicoccoides and Glu-B1 from T. dicoccum were at the level of a parent wheat variety or of a higher gluten quality. As a result of the research, the new lines of bread soft wheat with high grain quality were found and can be used in the crop breeding.Дикорастущие и культурные сородичи T. aestivum, которые являются источниками многих хозяйственно ценных генов, часто привлекаются для расширения генофонда пшеницы. Оценено влияние генетического материала тетраплоидных видов рода Triticum (T. dicoccum и T. dicoccoides) на качество зерна интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы. У линий с генетическим материалом T. dicoccum и T. dicoccoides в сравнении с родительскими формами проведена идентификация состава высокомолекулярных субъединиц глютенина, связанных с хлебопекарными свойствами зерна, с одновременной оценкой качества зерна по показателям: стекловидность, содержание белка, массовая доля и качество клейковины. Выделены линии с аллелями локусов Glu-1 от тетраплоидных сородичей пшеницы T. dicoccoides и Т. dicoccum. Установлено, что интрогрессия чужеродного генетического материала в геном мягкой пшеницы оказала положительный эффект на такие признаки качества зерна, как стекловидность, содержание белка и клейковины. Линии с аллелями локусов Glu-А1 от T. dicoccoides и Glu-В1 от Т. dicoccum были на уровне исходного сорта пшеницы или превосходили его по качеству клейковины. В результате проведенных исследований выделены новые линии яровой мягкой пшеницы с высоким качеством зерна, которые могут использоваться для селекции данной культуры

Показатели продуктивности и питательной ценности зерна у генотипов пшеницы с различными аллелями гена NAM-В1

The identification of a functional NAM-B1 allele associated with a high content of grain protein and essential microelements in wheat relatives increased the distant hybridization significance for bread wheat nutritional value. The allelic polymorphism of the NAM-B1 gene in 22 wheat lines with a genetic material of T. dicoccoides, T. dicoccum, T. spelta, T. kiharаe and their parental forms and the effects of NAM-B1 gene allelic variations on the content of grain protein and essential microelements and productivity traits (vegetation period 2017–2021) were evaluated. The functional NAM-B1 allele was identified only in the samples of wheat relatives among the parental forms. All parental varieties and most of introgressive lines (77.3 %) had a non-functional allele. The genotypes with the functional NAM-B1 allele were characterized by a higher plant height and tillering, but by lower spike productivity compared to the non-functional allele genotypes. The presence of the functional NAM-B1 allele provided a high level of grain protein and zinc content and never decreased significantly a thousand-kernel weight across all studied environments. The functional NAM-B1 allele introgression could be a resource for improving the grain wheat nutritional value.Обнаружение у сородичей пшеницы функционального (дикого) аллеля гена NAM-В1, ассоциированного с высоким содержанием белка и ключевых микроэлементов в зерне, увеличило значимость отдаленной гибридизации для повышения питательной ценности зерна T. aestivum L. Изучен аллельный состав гена NAM-B1 у 22 линий мягкой пшеницы с генетическим материалом T. dicoccoides, T. dicoccum, T. spelta, T. kiharаe и их родительских форм и оценен эффект различных аллелей гена NAM-B1 на содержание белка, основных микроэлементов в зерне и признаки продуктивности (вегетационные периоды 2017–2021 гг.). Среди родительских форм функциональный аллель гена NAM-B1 обнаружен только у образцов видов-сородичей. Все родительские сорта и большая часть интрогрессивных линий (77,3 %) имели мутантный (нефункциональный) аллель. Анализ средних многолетних значений основных количественных признаков выявил, что генотипы с функциональным аллелем NAM-В1 характеризовались большей высотой растения и продуктивной кустистостью, но более низкими показателями продуктивности колоса по сравнению с генотипами, несущими нефункциональный аллель. Установлено, что наличие аллеля дикого типа обеспечивает высокий уровень накопления белка и цинка в зерне независимо от погодных условий, и при этом не приводит к существенному снижению массы 1000 зерен. Показана эффективность интрогрессии функционального аллеля NAM-В1 от видов-сородичей для повышения питательной ценности зерна мягкой пшеницы

ОЦЕНКА ПОЛИМОРФИЗМОВ ГЕНОВ LcyE И CrtRB1, АССОЦИИРОВАННЫХ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ПРОВИТАМИНА А В ЗЕРНЕ КУКУРУЗЫ (ZEA MAYS L.), В КОЛЛЕКЦИИ ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНОГО ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

The collection of 54 maize samples of different eco-geographical origin was evaluated for the key polymorphisms of the LcyE and CrtRB1 genes (LcyE 5′TE, LcyE 3′Indel and CrtRB1 3′TE) associated with the provitamin A content in maize grain. Favorable alleles of LcyE were not detected in the studied material. Selected genotypes with favorable allele 1 of СrtRB1 3′TE functional marker (35 % of the samples) are of interest for maize breeding programs aimed at improving the grain quality.Проведена оценка ключевых полиморфизмов генов LcyE и CrtRB1, ассоциированных с повышенным уровнем провитамина А в зерне кукурузы (LcyE 5′TE, LcyE 3′Indel и CrtRB1 3′TE), в коллекции из 54 образцов различного эколого-географического происхождения. В изученном материале не выявлено присутствия благоприятных аллелей гена LcyE. Выделены генотипы (35 % образцов), несущие благоприятный аллель 1 функционального маркера СrtRB1 3′TE, которые представляют интерес для селекционных программ кукурузы, направленных на повышение качества зерна

Вариация пигментации радужки глаз белорусской популяции в связи с полиморфизмом генов HERC2 и OCA2

The human genetic phenotyping is one of the most intensely developing area of forensic genetics. Externally visible traits, including eye color, can be predicted by analyzing single nucleotide polymorphisms with a high predictive rate. We studied the polymorphisms rs12913832 and rs1800407 in the HERC2 and OCA2 genes, respectively, to evaluate its prognostic availability in relation to the iris pigmentation of the Belarusian population. For this, both eye images and DNA samples were collected from 314 individuals to analyze the key polymorphisms by the TaqMan assay. Our data confirmed a relevance of rs12913832:A>G and rs1800407:G>A in the prediction context. The highest values of the sensitivity (SE = 0.94) and the specificity (SP = 0.90) were obtained for rs12913832, demonstrating the high efficiency of this marker as a classifier of phenotypic groups. The presence of the ancestral dominant allele rs12913832-A causes a dark (brown) iris pigmentation, how- ever, the heterozygous state rs12913832:GA includes a range of mixed variants. The predictive value of rs1800407 for the genetic phenotyping is highly significant (SE = 0.98), but has a low specificity (SP = 0.14), thus rs1800407, not being an effective classifier, can be used as an auxiliary in the eye color predictive model. The analysis of a cumulative impact of the both poly- morphisms on the iris color variation shows their high prospects for the genetic phenotyping of the Belarusian population.Генетическое фенотипирование человека – новое, интенсивно развивающееся направление криминалистической генетики. Исследование генетических основ цветовой вариации глаз является одним из наиболее перспективных среди подходов, нацеленных на установление облика неизвестного индивида по характеристикам его ДНК. В данной работе проведено изучение полиморфизмов rs12913832 и rs1800407 в генах HERC2 и ОСA2 соответственно в связи с пигментацией радужки глаз белорусской популяции и дана оценка их прогностической эффективности для генетического фенотипирования. Полученные данные подтвердили значимый вклад в цветовую вариацию радужки глаз rs12913832:A>G и rs1800407:G>A. Высокие значения чувствительности (SE = 0,94) и специфичности (SP = 0,90) были получены для rs12913832, подтвердив эффективность данного маркера для использования в качестве классификатора фенотипических групп. Наличие предкового доминантного аллеля rs12913832-A обусловливает темную пигментацию радужки, однако гетерозиготное носительство rs12913832:GA включает значительный спектр смешанных вариантов. Однонуклеотидный полиморфизм rs1800407 характеризуется высокой чувствительностью (SE = 0,98), однако имеет низкое значение специфичности (SP = 0,14), следовательно, данный маркер, не являясь эффективным классификатором, может использоваться только как вспомогательный инструмент для предсказания цвета глаз. Оценка совокупного вклада изученных полиморфизмов в цветовую вариацию радужки глаз белорусской популяции показывает их высокий прогностический потенциал для генетического фенотипирования

Simulation of the electron spin resonance peak shape for magnetic nanopowder formed by particles of different diameters

Results of simulation of shape of the electron spin resonance absorption peak for magnetic nanopowder are presented. The influence of magnetic particle diameter on the shape and on width of the resonance peak is shown. The role of internal magnetic anisotropy field is under discussion. The simulation results show a good agreement with the experimental data of the electron spin resonance absorption in a) Fe₃O₄_Triton, b) Fe₃O₄_Crio, nanopowder and the data of its X-ray analysis

Financial and economic security of enterprises and information technology of security

У монографії представлені наукові результати та напрацювання членів кафедри економічної кібернетики та інформаційних технологій Одеського національного економічного університету, отримані в процесі виконання комплексної науково-дослідної роботи за темою «Удосконалення принципів та методів інформаційного забезпечення, інформаційної та фінансово-економічної безпеки підприємств та організацій сфери економіки, бізнесу та фінансів». Монографія присвячена проблемам розробки та удосконалення принципів, методів та підходів щодо забезпечення фінансово-економічної безпеки підприємств та організацій, застосування сучасних інформаційних технологій забезпечення безпеки, що дозволить підвищити ефективність процесів управління інформаційною і фінансово-економічною підсистемами економічної безпеки підприємств та організацій сфери економіки, бізнесу та фінансів. Рекомендується для студентів, аспірантів, викладачів та науковців, що досліджують проблеми забезпечення фінансово-економічної безпеки на рівні підприємств та організацій, інформаційні технології забезпечення безпеки.The monograph presents the scientific results and developments of the members of the Department of Economic Cybernetics and Information Technologies of the Odessa National Economic University, obtained in the process of carrying out comprehensive research work on the topic of "Improving the principles and methods of information provision, information, financial and economic security in companies and organizations sector of economy, business and finance". The monograph is devoted to the problems of developing and improving the principles, methods and approaches to ensure the financial and economic security of enterprises and organizations, the use of modern information technology to ensure security, which will improve the management processes of information and financial and economic subsystems of economic security of enterprises and organizations in the economy, business and finance. It is recommended for students, graduate students, teachers and scientists who study the problems of ensuring financial and economic security at the level of enterprises and organizations, information technology security