Характеристика интрогрессивных линий ячменя, полученных на основе межвидового гибрида Hordeum vulgare L. х H. Bulbosum L. (HvHbHb)

Актуальность. Привлечение чужеродного генетического материала Hordeum bulbosum L. для расширения разнообразия ячменя культурного является важной задачей, поскольку этот вид характеризуется рядом ценных признаков. Одним из путей использования генетического потенциала ячменя луковичного служит межвидовая гибридизация и получение на основе гибридов фертильных интрогрессивных линий H. vulgare. Целью нашего исследования было изучение в полевых условиях интрогрессивных линий культурного ячменя, полученных на основе триплоидного гибрида H. vulgare L. cv ‘Igri’(2x) × H. bulbosum (4x) в сравнении с исходным сортом Igri.

Материал и методы. В полевых условиях изучали линии ячменя с терминальными интрогрессиями генетического материала ячменя луковичного в разлинных плечах хромосом: 1HL, 2HL, 3HL, 7HL, 2HS, 1HL + 5HL, и с субтерминальной интрогрессией в хромосоме 5HL. Для идентификации интрогрессий и анализа их сохранения при полевой репродукции использовали метод in situ гибридизации (FISH, GISH). При культивировании в поле у растений определяли зимостойкость, озерненность. Структурный анализ растений проводили на побегах главного колоса после созревания.  Показатели качества зерна определяли неразрушающим методом – спектроскопией в ближней инфракрасной области, используя БИК анализатор Инфралюм ФТ-10.

Результаты. Было установлено, что для растений изучаемых линий характерно, как и для родительского сорта, закрытое цветение, линии сохраняют интрогрессии в потомстве при культивировании в поле без изоляции. Анализ показал, что небольшие фрагменты хромосом H. bulbosum 1HL, 2HL, 3HL, 1HL + 5HL, 7HL, 5HL изучаемых линий не оказывают существенного влияния на характеристику сорта по признакам фертильности, продуктивности и качества зерна. Отличия от исходного сорта отмечено у линии 14.10 с интрогрессией генетического материала в хромосоме 2HS. Для нее характерна более низкая фертильность и продуктивность при более высоком, чем у исходного сорта, содержании белка.

Выводы. Изученные линии представляют собой высокофертильные формы ячменя, для которых характерно закрытое цветение и самоопыление, что обеспечивает сохранение интрогрессированных чужеродных фрагментов хромосом в последующих поколениях. Интрогрессия генетического материала H. bulbosum в терминальный участок короткого плеча хромосомы 2Н вызывает изменения некоторых характеристик сорта Igri.

1. Bothmer R, Seberg O, Jacobsen N (1992). Genetic resources in the Triticeae. Hereditas 116: 141-150.

2. Furusho M (1995) Dreeding of malting barley using the haploid method. Japan Agric. Research Quarterly 29: 9-15.

3. Gottlob-McHugh S, Levesque M, MacKenzie K, Olson M, Yarosh O, Johnson D. (1990) Organization of the 5S rRNA genes in the soybean Glycine max (L.) Merrill and conservation of the 5SrDNA repeat structure in higher plants. Genome. 33: 486–494.

4. Ho KM, Jones E. (1980) Mingo Barley. Can. J. Plant Science. 60 (1): 279-280.

5. Jones IT, Pickering RA (1978) The mildew resistance of Hordeum bulbosum and its transference into H. vulgare genotypes/ Ann. Appl. Biology. 88: 295-298.

6. Jonson PA., Pickering RA (2002) PCR detection of Hordeum bulbosum introgression in a H. vulgare background using a retrotransposon-like sequence. Theor. and Appl. Genetics 104: -726.

7. Leitch AR, Schwarzacher T, Jackson D, Leitch IJ. (1994) In situ hybridization: а practical guide. Royal Microscopical Society: Microscopy Handbooks. 27. BIOS Scientific Publishers, Oxford

8. Michel M (1996) Untersuchungen zur Übertragung von Resistenzgenen aus der Wildart Hordeum bulbosum L. in die Kulturgerste Hordeum vulgare L. PhD Thesis, Lehrstuhl für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Technische Universität München. 117 p.

9. Pickering RA (1988) The production of fertile triploid hybrids between Hordeum vulgare L. (2n=2x=14) and H. bulbosum L. (2n=4x=28). Barley Genetics Newsletter. 18:25-29.

10. Pendinen GI, Scholz М, Schrader O, А. Habekuß А (2013) Using of bulbous barley Hordeum bulbosum L. for widening of genetic diversity of Hordeum vulgare L. Proseeding on Аpplied Вotany, Genetics and Breeding. 171: 123-126 [in Russian] (Пендинен Г.И., Шольц М., Шрадер О., Хабекус А. Использование ячменя луковичного Hordeum bulbosum L. для расширения генетического разнообразия Hordeum vulgare L. // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013. Т. 171. С. 123-126.

11. Pickering RA (1992) Monosomic and double monosomic substitutions of Hordeum bulbosum L. chromosomes into H. vulgare L. Theor. and Appl. Genetics. 84: 466-472.

12. Pickering R (1984) The influence of genotype and environment on chromosome elimination in crosses between Hordeum vulgare L., Hordeum bulbosum L. Plant Sci Lett 34: 153–164.

13. Pickering RA, Klatte S, Butler RC (2006) Identification of all chromosome arms and their involvementin meiotic homoeologous associations at metaphase I in 2 Hordeum vulgare L. Hordeum bulbosum L. hybrids. Genome. 49: 73–78.

14. Pickering RA, Hudakova S, Houben A, Jouhnson P.,Butler RC (2004) Reduced metaphase Iassociations between the short arms of homoeologous chromosomes in a Hordeum vulgare L. x H. bulbosum L. diploid hybrid influences the frequency of recombinant progeny/ Theor. Appl. Genet. 109: 911-916.

15. Pickering RA, Timmerman GM, Cromey MG, Melz G (1994) Characterisation of progeny from backcrosses of triploid hybrids between Hordeum vulgare L.(2x) and H. bulbosum L.(4x) to H. vulgare. Theor. and Appl. Genet. 88: 460-464.

16. Pickering RA, Malyshev S, Kunzel G, Johnson PA, Korzun V, Menke M, Schubert I (2000) Locating introgressions of Hordeum bulbosum chromatin within the H.vulgare genome 100: 27-31.

17. Pickering R, Ruge-Wehling B, Johnston PA, Schweizer G, Wehling P (2006) The transfer of a gene conferring resistance to scald (Rhynchosporium secalis) from Hordeum bulbosum into H. vulgare chromosome 4HS // Plant Breeding. 125: 576-579.

18. Ruge B, Linz A., Pickering R, Proeseler G, Greif P, Wehling P (2003) Mapping of Rym14Hb, a geneintrogressed from Hordeum bulbosum and conferring resistance to BaMMV and BaYMV in barley Theor. and Appl. Genet. 107: 965–971.

19. Ruge-Wehling B, Linz A, Habekuß A, Wehling P. (2006) Mapping of Rym16Hb, the second soil-born virus-resistance gene introgressed from Hordeum bulbosum Theor Appl Genet. 113: 867-873

20. Scholz M, Ruge-Wehling B, Habekuß A, Schrader O, Pendinen G, Fischer K, Wehling P (2009) Ryd4Hb: a novel resistancegene introgressed from Hordeum bulbosum into barley and conferring complete and dominant resistance to the barley yellow dwarf virus// Theor. and Apll Genet. 119: 837-849

21. Scholz M, Pendinen G. (2017)The Effect of Homoeologous Meiotic Pairing in Tetraploid Hordeum bulbosum L. × H. vulgare L.Hybrids on Alien Introgressions in Offspring // Cytogenet Genome Research 150 (2): 139-149 DOI: 10.1159/000455141

22. Shtaya MJY, Sillero JC, Flath K, Pickering R, Rubeales D (2007) The resistance to leaf rust and powdery mildew of recombinant lines of barley (Hordeum vulgare L.) derived from H. vulgare × H. bulbosum crosses. Plant Breeding. 126: 259-267.

23. Sumina AV, Polonskiy VI (2013) The influence of cultivation conditions and genotype on scariobs characteristic indicftor of siberian selection barley grain. Vestnic Kras GAU 8: 80-84 [in Russian] Сумина А.В., Полонский В.И. Влияние условий выращивания и генотипа на показатель пленчатости зерна ячменя сибирской селекции // Вестник Крас ГАУ. 2013. № 8. С. 80-84.

24. Szigat G, Szigat G (1991) Amphydiploid hybrids between Hordeum vulgare and H. bulbosum – basis for the developmentof new initial material for winter barley breediVng// Vortr. Pflanzenzuchtg 20: 34-39.

25. Yakura K, Tanifuji S (1983) Molecular cloning and restriction analysis of Eco RI-fragments of Vicia faba rDNA// Plant Cell Physiol. 24: 1327–1330.

26. Zhang L, Pickering R, Murray. (1999) Direct measurement of recombination frequency in interspecific hybrids between Hordeum vulgare and H. bulbosum, using genomic in situ hybridization. Heredity. 1999. 83: 304-309