Skip to main page content
U.S. flag

An official website of the United States government

Dot gov

The .gov means it’s official.
Federal government websites often end in .gov or .mil. Before sharing sensitive information, make sure you’re on a federal government site.

Https

The site is secure.
The https:// ensures that you are connecting to the official website and that any information you provide is encrypted and transmitted securely.

Access keys NCBI Homepage MyNCBI Homepage Main Content Main Navigation
. 2025 Jun;29(3):370-379.
doi: 10.18699/vjgb-25-40.

Variability of carotenoid synthesis and degradation genes in Russian durum wheat cultivars

A A Trifonova  1 , K V Boris  1 , L V Dedova  1 , P N Malchikov  2 , A M Kudryavtsev  1
Affiliations

Variability of carotenoid synthesis and degradation genes in Russian durum wheat cultivars

A A Trifonova et al. Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii. 2025 Jun.

Abstract
in English, Russian

Yellow index is an important quality parameter of durum wheat cultivars, associated with carotenoid pigment content in grain and the level of carotenoid degradation during processing, and determining the yellow color of products made from durum wheat. Molecular markers of genes that influence carotenoid content can be used for fast identification of valuable genotypes and development of new high-quality durum wheat cultivars. The aim of the study was to investigate the domestic durum wheat gene pool using molecular markers of the yellow pigment synthesis (Psy-A1) and degradation (Lpx-B1) genes. Using two markers of the phytoene synthase Psy- A1 gene (PSY1-A1_STS and YP7A-2) and three markers of the lipoxygenase Lpx-B1 locus (Lpx-B1.1a/1b, Lpx- B1.1c and Lpx- B1.2/1.3), 54 durum wheat cultivars were studied for the first time. For 38 cultivars, yellow pigment content in grain was also assessed. The detected allelic variation of the phytoene synthase Psy-A1 and lipoxygenase Lpx-B1 genes was rather low. The most common Psy-A1 alleles among the studied cultivars were Psy-A1l for the PSY1- A1_STS marker and Psy-A1d for the YP7A-2 marker, identified in 51 cultivars and associated with high carotenoid content. According to the markers of the Lpx-B1 locus, haplotype II, associated with medium lipoxygenase activity, identified in 43 cultivars, was predominant. Haplotype III, associated with low enzyme activity, was identified in only three winter durum wheat cultivars (Donchanka, Gelios and Leucurum 21). Despite the predominance of allelic variants associated with increased carotenoid content and moderate lipoxygenase activity, the studied cultivars had different levels of yellow pigment content in grain, from low to high.

Индекс желтизны – важный параметр качества сортов твердой пшеницы, связанный с содержанием каротиноидов в зерне и уровнем их деградации в процессе его переработки и определяющий желтый цвет продуктов, получаемых из твердой пшеницы. Применение молекулярно-генетических маркеров генов, влияющих на содержание каротиноидов, позволяет быстро идентифицировать ценные для селекции генотипы для ускоренного создания новых высококачественных отечественных сортов твердой пшеницы. Целью работы стало изучение отечественного генофонда твердой пшеницы с помощью молекулярных маркеров генов синтеза (Psy-A1) и деградации (Lpx-B1) желтых пигментов в зерне. С использованием двух маркеров гена фитоенсинтазы Psy-A1 (PSY1-A1_STS и YP7A-2) и трех маркеров локуса липоксигеназы Lpx-B1 (Lpx-B1.1a/1b, Lpx-B1.1с и Lpx-B1.2/1.3) впервые были исследованы 54 сорта твердой пшеницы, 38 из которых охарактеризованы по уровню содержания желтых пигментов в зерне. Аллельное разнообразие изученных отечественных сортов твердой пшеницы по генам фитоенсинтазы Psy-A1 и липоксигеназы Lpx-B1 оказалось достаточно низким. Наиболее распространенными в выборке были аллельные варианты Psy-A1l по маркеру PSY1-A1_STS и Psy-A1d по маркеру YP7A-2, выявленные у 51 образца и ассоциированные с высокими значениями индекса желтизны. По маркерам локуса Lpx-B1 в выборке преобладал гаплотип II, связанный со средней активностью липоксигеназы, который был идентифицирован у 43 образцов. Гаплотип III, ассоциированный с низкой активностью фермента, выявлен только у трех озимых сортов (Дончанка, Гелиос и Леукурум 21). Несмотря на преобладание аллельных вариантов, связанных с повышенным содержанием каротиноидов и средней активностью липоксигеназы, исследуемые образцы имели различный уровень содержания желтых пигментов – от низкого до высокого.

Keywords: genetic diversity; lipoxygenase; molecular markers; phytoene synthase; yellow index; yellow pigment.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

The authors declare no conflict of interest.

Figures

Table 1.
Table 1.. Durum wheat cultivars used in the study and data on yellow pigment content in grain
Table 1end.
Table 1end.. Table 1end.
Table 2.
Table 2.. Phytoene synthase and lipoxygenase gene markers used in this study
Fig. 1.
Fig. 1.. Results of the Psy-A1 alleles identification with markers PSY1-A1_STS and YP7A-2 in durum wheat cultivars: 1 – Aksinit; 2 – Alejskaya; 3 – Donchanka; 4 – Zhemchuzhina Sibiri; 5 – Zolotaya; 6 – Kurant; 7 – Leucurum 21; 8 – Langdon; L – marker GeneRuler 100 bp Plus.
Table 3.
Table 3.. Alleles of the Psy-A1 gene identified in the studied durum wheat cultivars
Fig. 2.
Fig. 2.. Results of the Lpx-B1 locus genes and alleles identification with markers Lpx-B1.1a/1b, Lpx-B1.1c and Lpx-B1.2/1.3 in durum wheat cultivars: 1 – Bezenchukskaya 209; 2 – Bezenchukskaya 210; 3 – Bezenchukskaya zolotistaya; 4 – Alejskaya; 5 – Donchanka; 6 – Zhemchuzhina Sibiri; 7 – Pamyati Chekhovicha; 8 – Giusto; L – marker GeneRuler 100 bp Plus.
Table 4.
Table 4.. Genes and alleles of the Lpx-B1 locus identified in the studied durum wheat cultivars
See this image and copyright information in PMC

Similar articles

See all similar articles

LinkOut - more resources