| Literature DB >> 30721262 |
Marianna Rakszegi1, Éva Darkó1, Alison Lovegrove2, István Molnár1, László Láng1, Zoltán Bedő1, Márta Molnár-Láng1, Peter Shewry2.
Abstract
Wild relatives of wheat, such as Aegilops spp. are potential sources of genes conferring tolerance to drought stress. As drought stress affects seed composition, the main goal of the present study was to determine the effects of drought stress on the content and composition of the grain storage protein (gliadin (Gli), glutenin (Glu), unextractable polymeric proteins (UPP%) and dietary fiber (arabinoxylan, β-glucan) components of hexaploid bread wheat (T. aestivum) lines containing added chromosomes from Ae. biuncialis or Ae. geniculata. Both Aegilops parents have higher contents of protein and β-glucan and higher proportions of water-soluble arabinoxylans (determined as pentosans) than wheat when grown under both well-watered and drought stress conditions. In general, drought stress resulted in increased contents of protein and total pentosans in the addition lines, while the β-glucan content decreased in many of the addition lines. The differences found between the wheat/Aegilops addition lines and wheat parents under well-watered conditions were also manifested under drought stress conditions: Namely, elevated β-glucan content was found in addition lines containing chromosomes 5Ug, 7Ug and 7Mb, while chromosomes 1Ub and 1Mg affected the proportion of polymeric proteins (determined as Glu/Gli and UPP%, respectively) under both well-watered and drought stress conditions. Furthermore, the addition of chromosome 6Mg decreased the WE-pentosan content under both conditions. The grain composition of the Aegilops accessions was more stable under drought stress than that of wheat, and wheat lines with the added Aegilops chromosomes 2Mg and 5Mg also had more stable grain protein and pentosan contents. The negative effects of drought stress on both the physical and compositional properties of wheat were also reduced by the addition of these. These results suggest that the stability of the grain composition could be improved under drought stress conditions by the intraspecific hybridization of wheat with its wild relatives.Entities:
Mesh:
Substances:
Year: 2019 PMID: 30721262 PMCID: PMC6363227 DOI: 10.1371/journal.pone.0211892
Source DB: PubMed Journal: PLoS One ISSN: 1932-6203 Impact factor: 3.240
Significance of the main effects and their interactions for grain compositional traits tested with Linear Mixed Model analysis.
| Genotype | Treatment | GxT | |
|---|---|---|---|
| Thousand-kernel weight (g) | **** | ||
| Protein content (mg/g) | |||
| Glu/Gli | n.s. | ||
| UPP% | n.s. | n.s. | |
| β-glucan content (mg/g) | |||
| TOT-pentosan (mg/g) | |||
| WE-pentosan (mg/g) | |||
| TOT-pentosan/β-glucan | |||
| WE/WU-pentosan | |||
| TOTAL GOS | |||
| DP3/DP4 | n.s. | ||
| TOTAL AXOS | |||
| US/M+D | n.s. | n.s. | |
| M/D |
*,**,*** significant at the 0.05, 0.01, 0.001 probability level, respectively
n.s., not significant
AXOS, arabinoxylan oligosaccharides; D, disubstituted AXOS; DP, degree of polymerisation; Gli, gliadin; Glu, glutenin; GOS, glucooligosaccharides; M, monosubstituted AXOS; TOT, total; UPP, unextractable polymeric proteins; US, unsubstituted AXOS; WE, water-extractable; WU, water-unextractable
Significance of main effects and their interactions for grain compositional traits split by treatment and tested using Linear Mixed Model analysis.
| Genotype | Replication | Genotype | Replication | |
|---|---|---|---|---|
| control | control | drought | drought | |
| Thousand-kernel weight (g) | ||||
| Protein content (mg/g) | ||||
| Glu/Gli | n.s. | n.s. | ||
| UPP% | n.s. | n.s. | ||
| β-glucan content (mg/g) | n.s. | |||
| TOT-pentosan (mg/g) | n.s. | n.s. | ||
| WE-pentosan (mg/g) | n.s. | n.s. | ||
| TOT-pentosan/β-glucan | n.s. | |||
| WE/WU-pentosan | n.s. | n.s. | ||
| TOTAL GOS | n.s. | |||
| DP3/DP4 | n.s. | |||
| TOTAL AXOS | n.s. | n.s. | ||
| US/M+D | n.s. | n.s. | n.s. | |
| M/D | n.s. | n.s. |
*,**,*** significant at the 0.05, 0.01, 0.001 probability level, respectively
n.s., not significant
AXOS, arabinoxylan oligosaccharides; D, disubstituted AXOS; DP, degree of polymerisation; Gli, gliadin; Glu, glutenin; GOS, glucooligosaccharides; M, monosubstituted AXOS; TOT, total; UPP, unextractable polymeric proteins; US, unsubstituted AXOS; WE, water-extractable; WU, water-unextractable
Comparison of the effects of different chromosomes in a wheat (T. aestivum) genetic background under drought conditions using the Post Hoc multiple pairwise comparison test.
Orange and blue blocks indicate values higher and lower than the control, respectively.
| (I) | (J) | TKW | Protein | Glu/Gli | UPP% | β-glucan | TOT- | WE- | TOT-pentosan/ | WE/WU- | TOTAL | DP3/DP4 | TOTAL | US/M+D | M/D |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| dCS | dAe.gen | n.s. | n.s. | ||||||||||||
| dAeg 1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| dAeg 2U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 4U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| dAeg 5U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 6U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 7U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||
| dAeg 1M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||
| dAeg 2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| dAeg 5M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 6M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| dAeg 7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||
| dMv9kr1 | dAe.biu | n.s. | n.s. | ||||||||||||
| dAebiu1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| dAebiu16U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||
| dAebiu3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| dAebiu2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| dAebiu3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| dAebiu7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
*,**,*** significant at the 0.05, 0.01, 0.001 probability level, respectively
n.s., not significant; d, drought-treated samples
AXOS, arabinoxylan oligosaccharides; D, disubstituted AXOS; DP, degree of polymerisation; Gli, gliadin; Glu. glutenin; GOS, glucooligosaccharides; M, monosubstituted AXOS; TOT, total; UPP, unextractable polymeric proteins; US, unsubstituted AXOS; WE, water-extractable; WU, water-unextractable
Comparison of drought-induced changes in grain composition for each genotype using the Post Hoc multiple pairwise comparison test.
Orange and blue blocks indicate values higher and lower than the control, respectively.
| (I) Genotype | (J) Genotype | TKW | Protein | Glu/Gli | UPP% | β-glucan | TOT- | WE- | TOT-pentosan/ | WE/WU- | TOTAL | DP3/DP4 | TOTAL | US/M+D | M/D |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CS | dCS | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||
| Ae.gen | dAe.gen | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 1U | dAeg 1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| Aeg 2U | dAeg 2U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| Aeg 3U | dAeg 3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 4U | dAeg 4U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 5U | dAeg 5U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 6U | dAeg 6U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aeg 7U | dAeg 7U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 1M | dAeg 1M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aeg 2M | dAeg 2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
| Aeg 3M | dAeg 3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||
| Aeg 5M | dAeg 5M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
| Aeg 6M | dAeg 6M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 7M | dAeg 7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Mv9kr1 | dMv9kr1 | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||
| Ae.biu | dAe.biu | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
| Aebiu 1U | dAebiu1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Aebiu16U | dAebiu16U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aebiu 3U | dAebiu3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Aebiu 2M | dAebiu2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aebiu 3M | dAebiu3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||||
| Aebiu 7M | dAebiu7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
*,**,*** significant at the 0.05, 0.01, 0.001 probability level, respectively; d, drought-treated samples
AXOS, arabinoxylan oligosaccharides; D, disubstituted AXOS; DP, degree of polymerisation; Gli, gliadin; Glu, glutenin; GOS, glucooligosaccharides; M, monosubstituted AXOS; TOT, total; UPP, unextractable polymeric proteins; US, unsubstituted AXOS; WE, water-extractable; WU, water-unextractable.
Comparison of the effects of different chromosomes in a wheat (T. aestivum) genetic background under well-watered conditions using the Post Hoc multiple pairwise comparison test.
Orange and blue blocks indicate values higher and lower than the control, respectively.
| (I) | (J) | TKW | Protein | Glu/Gli | UPP% | β-glucan | TOT- | WE- | TOT-pentosan / β-glucan | WE/WU- | TOTAL | DP3/DP4 | TOTAL | US/M+D | M/D |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CS | Ae.gen | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||||||
| Aeg 1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aeg 2U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| Aeg 3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Aeg 4U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 5U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||
| Aeg 6U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Aeg 7U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| Aeg 1M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aeg 2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aeg 3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |
| Aeg 5M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||
| Aeg 6M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aeg 7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||
| Mv9kr1 | Ae.biu | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||||||
| Aebiu 1U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||
| Aebiu16U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aebiu 3U | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||
| Aebiu 2M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | |||||||
| Aebiu 3M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | ||||||
| Aebiu 7M | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. | n.s. |
*,**,*** significant at the 0.05, 0.01, 0.001 probability level, respectively
n.s., not significant
AXOS, arabinoxylan oligosaccharides; D, disubstituted AXOS; DP, degree of polymerisation; Gli, gliadin; Glu, glutenin; GOS, glucooligosaccharides; M, monosubstituted AXOS; TOT, total; UPP, unextractable polymeric proteins; US, unsubstituted AXOS; WE, water-extractable; WU, water-unextractable