Доноры ультраскороспелости в селекции яровой мягкой пшеницы

Знания о продуктивности и генетическом контроле скорости развития ультраскороспелых линий будут способствовать эффективному их использованию в селекции мягкой пшеницы Tritium aestivum L. на высокую адаптивную способность. Исследовали ультраскороспелые линии Рико (k-65588), Римакс (k-67257), (происходящие от F3  Rico × ‘Max’, k-57181), серии линий Фори 1-8 (происхождение от F4  ‘Photon’ × Rico) и Рифор 1-13, (происходящие от F7-8 Rico × ‘Forlani Roberto’), а также образцы ‘Фотон’ (k-55696), ‘Forlani Roberto’ (k-42641). В качестве стандартов в ВИР использовали сорта ‘Ленинградская 6’ (k-64900) и ‘Ленинградская 97’ (k-62935), в ЧНИИСХ – ‘Челяба 2’ (k-64379). Аллели генов Vrn и Ppd идентифицировали ПЦР-анализом c использованием опубликованных аллель-специфичных праймеров. Реакция на яровизацию (30 суток при 3°С) и на короткий 12-часовой день определена по методике ВИР. Ультраскороспелость линий мягкой пшеницы ассоциирована с наличием доминантных аллелей Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1, Ppd-B1 и Ppd-D1. Самый короткий период всходы-колошение в двух пунктах анализа отмечен у Рико – 39,9 ± 1,49 суток, что меньше, чем у районированных сортов на 14,8 ± 1,22 суток. Генотип Рико: Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1, Ppd-B1 и Ppd-D1. В генотипе Римакс найдены разные аллели генов Ppd-D1 и Vrn-B1, вероятно образовавшиеся в результате рекомбинационных процессов у гибридов Рико × ‘Max’. На фоне короткого фотопериода (12 часов) гены Рико и Римакс могут взаимодействовать по типу кумулятивной полимерии, что не наблюдается в условиях длинного дня. В отличие от других линий Рифор, линии Рифор 4 и Рифор 5, как и образец ‘Forlani Roberto’ обладают рецессивным аллелем vrn-A1a. Однако Рифор 4 и Рифор 5 на яровизацию не реагируют, а ‘Forlani Roberto’ отзывается на этот фактор. Возможно отсутствие реакции на яровизацию у Рифор 4 и Рифор 5, с рецессивным аллелем vrn-A1a, обеспечивается комплексом генов-модификаторов наряду с доминантным геном Vrn-D1, который сформировался в процессе генетической рекомбинации у гибридов F7-8 Рико × ‘Forlani Roberto’. Выделены рекомбинанты яровой мягкой пшеницы, сочетающие ультраскороспелость и сравнительно высокую продуктивность колоса. Урожай зерна с 1 м2  посевов новых ультраскороспелых линий в отдельные годы может достигать 90% от урожая сорта ‘Ленинградская 97’. Ультраскороспелые линии целесообразно использовать в качестве доноров высокой скорости развития в селекции мягкой пшеницы с учетом их генетических особенностей.

1. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: (методические указания) / под ред. Е.Е. Радченко. Санкт-Петербург: ВИР; 2018. DOI: 10.30901/978-5-905954-81-8

2. Beales J., Turner A., Griffiths S., Snape J., Laurie D. A pseudo response regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(5):721-733. DOI: 10.1007/s00122-007-0603-4

3. Cockram J., Jones H., Leigh F.J., O'Sullivan D., Powell W., Laurie D.A., Greenland A.J. Control of flowering time in temperate cereals: genes, domestication, and sustainable productivity. Journal of Experimental Botany. 2007;58(6):1231-1244. DOI: 10.1093/jxb/erm042

4. Fu D., Szucs P., Yan L., Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J., Hayes P.M., Dubcovsky J. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Molecular Genetics and Genomics. 2005;273(1):54-65. DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4

5. Herndl M. White J.W., Graeff S., Claupein W. The impact of vernalization requirement, photoperiod sensitivity and earliness per se on grain protein content of bread wheat (Triticum aestivum L.). Euphytica. 2008;163:309-320. DOI: 10.1007/s10681-008-9671-z

6. Гончаров Н.П. Генетический контроль фотопериодической чувствительности у мягкой пшеницы. Научно-технический бюллетень Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1987;174:7-11.

7. Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. Новосибирск: Сибирское университетское издательство; 2002.

8. Kamran A., Iqbal M., Navabi A., Randhawa H., Pozniak C., Spaner D. Earliness per se QTLs and their interaction with the photoperiod insensitive allele Ppd-D1a in the Cutler 3 AC Barrie spring wheat population. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126:1965-1976. DOI: 10.1007/s00122-013-2110-0

9. Kamran A., Iqbal M., Spaner D. Flowering time in wheat (Triticum aestivum L.): a key factor for global adaptability. Euphytica. 2014;197(1):1-26. DOI: 10.1007/s10681-014-1075-7

10. Kiseleva A.A., Salina E.A. Genetic regulation of common wheat heading time. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):375-388. DOI: 10.1134/S1022795418030067

11. Кошкин В.А. Методические подходы в диагностике фотопериодической чувствительности и скороспелости растений. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:118-129.

12. Meng L.Z., Liu H.W., Yang L., Mai C.Y., Yu L.Q., Li H.J., Zhang H.J., Zhou Y. Effects of the Vrn-D1b allele associated with facultative regrowth habit on agronomic traits in common wheat. Euphytica. 2016;211:113-122. DOI: 10.1007/s10681-016-1747-6

13. Пискарев В.В., Зуев Е.В., Брыкова А.Н. Исходный материал для селекции яровой мягкой пшеницы в условиях Новосибирской области. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(7):784-794. DOI 10.18699/VJ18.422

14. Потокина Е.К., Кошкин В.А., Алексеева Е.А., Матвиенко И.И., Филобок В.А., Беспалова Л.А. Сочетание аллелей генов Ppd и Vrn определяет срок колошения у сортов мягкой пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;2(4):311-318. DOI: 10.1134/S2079059712040089

15. Ригин Б.В. Яровой тип развития мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.): фенологический и генетический аспекты. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:17-33.

16. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Селекционно-генетические аспекты создания продуктивных форм мягкой яровой пшеницы с высокой скоростью развития. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):194-202. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-194-202

17. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Линия Рико – самая скороспелая среди представителей коллекции яровой мягкой пшеницы ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(4):94-98. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-4-94-98

18. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Матвиенко И.И., Пыженкова З.С. Сравнительный анализ наследования высокой скорости развития линий Римакс и Рико яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021a;182(2):1-8. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-1-8

19. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Матвиенко И.И., Андреева А.С. Молекулярное маркирование генов Vrn, Ppd и реакция на яровизацию ультраскороспелых линий яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Биотехнология и селекция растений. 2021b;4(3):26-36. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-3-o2

20. Shcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Molecular Breeding. 2012;29(3):675-685. DOI: 10.1007/s11032-011-9581-y

21. Смирнова О.Г., Пшеничникова Т.А. Связь между генетическим статусом локуса Vrn-1 и размером корневой системы мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(8):805-811. DOI: 10.18699/VJ21.093

22. Sun D., Fung J., Sun J. Inheritance of genes controlling supernumerary spikelet in wheat line 51885. Euphytica. 2009;167(2):173-179. DOI: 10.1007/s10681-008-9854-7

23. Tan C.N., Yan L. Duplicated, deleted and translocated VRN2 genes in hexaploid wheat. Euphytica. 2016;208:277-284. DOI: 10.1007/s10681-015-1589-7

24. Yan M., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN1 promoter region in polyploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109(8):1677-1686. DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4

25. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1984.

26. Злотина М.М., Киселева А.А., Потокина Е.К. Использование аллель-специфичных маркеров генов Vrn и Ppd для экспресс-диагностики фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации мягкой пшеницы и ячменя. Методические указания. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

27. Зуев Е.В., Брыкова А.Н., Никонов В.И., Захаров В.Г., Терехин М.В., Потокина С.А., Иванова В.С., Россеева Л.П., Зырянова А.Ф., Сюков В.В., Ботоев Б.Б., Лихенко И.Е., Моисеенко Л.М. Результаты изучения коллекции яровой мягкой пшеницы на скороспелость в селекцентрах России. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;166:101-106.