Эффективность метода возвратных скрещиваний в дигаплоидной селекции кукурузы

Дигаплоидные (DH) линии, получаемые удвоением генома гаплоидов, широко применяются в селекции многих культур, так как позволяют в сжатые сроки переводить варианты генов в гомозиготное состояние. Однако в селекции кукурузы преимущества дигаплоидов используются еще не в полной мере. В настоящей работе дана оценка эффективности метода возвратных скрещиваний и получили дальнейшее развитие оригинальные авторские схемы, направленные на создание максимально продуктивной гомозиготной линии кукурузы на основе DH‑линий, полученных из межлинейного гибрида F₁. Исходный материал – линии кукурузы Rf7 и Ку123. Цикл селекции состоял в получении гаплоидов из выбранного генотипа (матроклинная гаплоидия с применением индуктора), последующем удвоении хромосом (с помощью колхицина или спонтанном) и размножении полученных дигаплоидов для получения нового набора DH‑линий. В первом цикле DH‑линии получали из гибрида F₁ (Rf7 × Ку123), а в следующих циклах – из генотипов, полученных скрещиванием выбранной DH‑линии предыдущего цикла с F₁, P₁ или P₂. Выполнены три цикла селекции на продуктивность, в 2017 году проведено одновременное полевое испытание DH‑линий всех циклов. Селекционный прогресс оценивали по приросту продуктивности первого початка в сравнении с лучшим родителем Rf7 (103,9 г/растение в 2017 году). В результате первого цикла селекции на основе гибрида F₁ получены 43 DH‑линии, продуктивность лучшей из них (rk‑5) составила 112,5 г/раст. Три линии (rk‑6, rk‑5 и rk‑22), отобранные для следующего цикла, затем были скрещены с F₁ либо с родительской линией Rf7. Во втором цикле селекции получены серии из 41, 49 и 16 линий соответственно. Продуктивность лучших генотипов составила 121,2, 117,0 и 107,1 г/раст. Третий цикл включал популяции из 24 и 8 линий, полученных на основе возвратных скрещиваний с линиями Rf7 и Ку123 соответственно. Лучшие генотипы этих серий характеризовались продуктивностью 135,6 и 97,7 г/раст. В результате селекции получена линия rk‑433, на 30,5% превосходящая по продуктивности лучшего родителя Rf7. Селекционный прогресс составил в среднем 10,2% за цикл. В дигаплоидной селекции кукурузы перспективно использование возвратных скрещиваний отобранных DH‑линий из разных циклов с исходным материалом или с F₁. При таком методе заметный прогресс возможен и при небольшом объеме циклов, включающих от 20 до 50 DH‑линий.

1. Bakhtiar F, Afshari F, Najafian G, Mohammadi M (2014) Backcross-breeding and doubled-haploid facilitated introgression of stripe rust resistance in bread wheat. Archives of Phytopathology and Plant Protection 47 (14): 1675–1685. DOI: 10.1080/03235408.2013.854612

2. Barkley A, Chumley FG (2012) A Doubled haploid laboratory for Kansas wheat breeding: An economic analysis of biotechnology adoption. International Food and Agribusiness Management Review 15 (2): 99–120.

3. Bordes J, Charmet G, de Vaulx RD et al. (2006) Doubled haploid versus S1 family recurrent selection for testcross performance in a maize population. Theor. Appl. Genet. 112: 1063–1072. DOI 10.1007/s00122-006-0208-3

4. Deimling S, Röber F, Geiger HH (1997) Methodik und genetik der in-vivo haploiden induction bei mais. Vortr. Pflanzenzüchtung 38: 203–204.

5. El-Rouby MM, El-Sheikh MH and Awad Allah SM (2017) Increasing the efficiency of recurrent selection for yield in maize. Alexandria Science Exchange Journal 38 (2): 193–202.

6. Fiévet JB, Nidelet T, Dillmann C, de Vienne D (2018) Heterosis is a systemic property emerging from non-linear genotype-phenotype relationships: evidence from in vitro genetics and computer simulations. Front. Genet. 9: 159. DOI: 10.3389/fgene.2018.00159

7. Hu H, Schrag T, Peis R et al. (2016) The genetic basis of haploid induction in maize identified with a novel genome-wide association method. Genetics 202: 1267–1276. DOI: 10.1534/genetics.115.184234

8. Jenweerawat S, Aekatasanawan C Laosuwan P, Hallauer AR (2009) Interpopulation hybrid development in maize using modified reciprocal recurrent selection. Thai Journal of Agricultural Science 42 (3): 139–148.

9. Kaeppler S (2012) Heterosis: many genes, many mechanisms – end the search for an undiscovered unifying theory. ISRN Botany 2012 (Article ID 682824): 1–12. DOI: 10.5402/2012/682824

10. Lübberstedt T, Frei UK (2012) Application of doubled haploids for target gene fixation in backcross programs. Plant Breed. 131: 449–452. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2011.01948.x

11. Мазер К., Джинкс Дж. Биометрическая генетика. М.: Мир, 1985. 463 с.

12. Melchinger AE, Schipparck W, Würscum T et al. (2013) Rapid and accurate identification of in-vivo induced haploid seeds based on oil content in maize.S ci. Rep. 3: 1–5. DOI: 10.1038/srep02129

13. Михайлов М.Э. О новой возможности использования дигаплоидных линий: схема обогатительно-восстановительной селекции // Генетика. 2010. Т. 46, № 6. С. 853–860. DOI: 10.1134/S1022795410060177

14. Mithila J, Hall JC (2007) Production of an auxinic herbicide-resistant microspore-derived doubled haploid wild mustard (Sinapis arvensis L.) plant. Crop Prot. 26 (3): 357–362. DOI: 10.1016/j.cropro.2005.07.017

15. Murovec J, Bohanec B (2012) Haploids and doubled haploids in plant breeding. In: IY Abdurakhmonov (ed.). Plant breeding. Rijeka, Croatia: Intech. p. 87–106. DOI: 10.5772/29982. Available from: https://www.intechopen.com/books/plant-breeding/haploids-anddoubled-haploids-in-plant-breeding

16. Nanda DK, Chase SS (1966) An embryo marker for detecting monoploids of maize Z(ea mays L.). Crop Sci. 6: 213–215.

17. Odiyo O, Njorogeb K, Chemining’wa G, Beyenec Y (2014) Performance and adaptability of doubled haploid maize testcross hybrids under drought stress and non-stress conditions. International Research Journal of Agricultural Science and Soil Science 4 (8): 150–158. DOI: 10.14303/irjas.2014.055

18. Peng Z-B, Li MS., Liu X-Z, Li J-C (2007) Comparisons of three recurrent selection methods in the improvement of maize populations. Agricultural Sciences in China 6 (6): 657–664. DOI: 10.1016/S1671-2927(07)60097-2