vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ20.668vavilov-2816Research ArticleИММУНИТЕТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙФенотипическое разнообразие линий мягкой пшеницы с интрогрессиями от диплоидного злака Aegilops speltoides по технологическим свойствам зерна и мукиPhenotypic diversity of bread wheat lines with introgressions from the diploid cereal Aegilops speltoides for technological properties of grain and f lourЩукинаЛ. В.ShchukinaL. V.

Новосибирск

Novosibirsk

quality@bionet.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2328-2798ЛапочкинаИ. Ф.LapochkinaI. F.

р. п. Новоивановское, Одинцовский район, Московская область

Novoivanovskoe, Odintsovsky district, Moscow region

https://orcid.org/0000-0001-5639-916XПшеничниковаТ. А.PshenichnikovaT. A.

Новосибирск

Novosibirsk

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Немчиновка»РоссияFederal Research Center “Nemchinovka”Russian Federation202005122020247738746Copyright © Щукина Л.В., Лапочкина И.Ф., Пшеничникова Т.А., 20202020Щукина Л.В., Лапочкина И.Ф., Пшеничникова Т.А.Shchukina L.V., Lapochkina I.F., Pshenichnikova T.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2816

Создание сортов, адаптированных к изменяющимся условиям окружающей среды, устойчивых к различным патогенам и соответствующих различному целевому назначению зерна, невозможно без использования генетического разнообразия пшеницы. Одним из путей его расширения является введение в генотипы существующих сортов новых вариантов генов из генетического пула родственных видов и диких сородичей. В настоящем исследовании использованы 10 линий из коллекции «Арсенал», созданных на основе ярового сорта Родина и вида Aegilops speltoides в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны (ныне Федеральный исследовательский центр «Немчиновка») в 1994 г. Линии были ранее охарактеризованы цитологическими и цитогенетическими методами, а также с помощью молекулярных маркеров на наличие замещений и перестроек хромосом. Технологические анализы были выполнены на зерне, полученном в Западной Сибири и Московской области. Цель исследования – установить возможности расширения фенотипического разнообразия пшеницы по технологическим свойствам зерна и муки в результате такой гибридизации. Сорт Родина формирует стекловидное зерно с высоким содержанием клейковины в условиях Сибири, но имеет невысокие физические свойства муки и теста. Обнаружено, что пять производных от него линий имеют достоверно более высокое содержание белка и клейковины в зерне. Наибольшие значения в обоих условиях выращивания установлены у линий 73/00i, 82/00i и 84/00i. Две линии, 69/00i и 76/00i, показали высокую силу муки и упругость теста, характеризующие линии как сильные и ценные по качеству. Зерно этих линий может быть использовано для выпечки хлеба. Линия 82/00i унаследовала от Ae. speltoides мягкозерный эндосперм, что говорит об интрогрессии в геном сорта Родина гена Ha- Sp, гомеоаллельного гену Ha мягкой пшеницы. Мука этой линии пригодна для изготовления кондитерских изделий без применения технологических добавок. Линии в основном сохраняли свои особенности в различных условиях выращивания. Они могут быть привлечены в качестве доноров новых аллелей генов, определяющих технологические свойства зерна и устойчивость к биотическим стрессам.

The creation of varieties adapted to changing environmental conditions, resistant to various pathogens, and satisfying various grain purposes is impossible without using the genetic diversity of wheat. One of the ways to expand the genetic diversity of wheat is to introduce new variants of genes from the genetic pool of congeners and wild relatives into the genotypes of existing varieties. In this study, we used 10 lines from the Arsenal collection created on the genetic basis of the spring variety ‘Rodina’ and the diploid species Aegilops speltoides in the Federal Research Center “Nemchinovka” in 1994. The lines were previously characterized for the presence of translocations and chromosomal rearrangements cytologically and using molecular markers. Technological analyses were performed on grain obtained in Western Siberia and Moscow region. The aim of this study was to establish the possibilities of expanding the phenotypic diversity for technological properties of grain and flour as a result of such hybridization of bread wheat and the diploid cereal Aegilops speltoides. The variety ‘Rodina’ forms a vitreous grain with a high gluten content in Siberia, but has low physical properties of flour and dough. Five derived lines were found to have significantly higher protein and gluten content in grain. The highest values under both growing conditions were found in lines 73/00i, 82/00i, and 84/00i. Two lines (69/00i and 76/00i) showed a high flour strength and dough elasticity, characterizing the lines as strong and valuable in quality. These lines can be used for baking bread. Line 82/00i inherited from Ae. speltoides a soft-grain endosperm, which indicates the introgression of the Ha-Sp gene, homoeoallelic to the Ha gene of bread wheat, into ‘Rodina’. Flour of this line is suitable for the manufacture of confectionery without the use of technological additives. The lines generally retained their characteristics in different growing conditions. They can be attracted as donors of new alleles of genes that determine the technological properties of grain and resistance to biotic stresses.

мягкая пшеницаAe. speltoidesинтрогрессированные линиихромосомные перестройкистекловидность зернасодержание белка и клейковины в зернефизические свойства тестамягкозерность и твердозерность эндоспермаbread wheatAe. speltoidesintrogression lineschromosomal rearrangementsgrain vitreousnessprotein and gluten content in grainphysical properties of doughsoft grain and endosperm grain hardnessТехнологический анализ зерна выполнен при поддержке проекта РНФ № 16-16-00011-П. Выращивание в поле проведено в условиях ЦКП «Селекционно-генетическая лаборатория» при поддержке бюджетного проекта № 0324-2019-0039-C-01.ReferencesАдонина И.Г., Петраш Н.В., Тимонова Е.М., Христов Ю.А., Салина Е.А. Создание и изучение устойчивых к листовой ржавчине линий мягкой пшеницы с транслокациями от Aegilops speltoides Tausch. Генетика. 2012;48(4):488-494.Adonina I.G., Petrash N.V., Timonova E.M., Salina E.A., Khristov Yu.A. Construction and study of leaf rust-resistant common wheat lines with translocations of Aegilops speltoides Tausch. genetic material. Russ. J. Genet. 2012;48(4):404-409.Вавилов Н.И. Иммунитет растений к инфекционным заболевани- ям. М., 1986.Vavilov N.I. Plant Immunity to Infectious Diseases. Moscow, 1986. (in Russian)Воронов С.И., Лапочкина И.Ф., Марченкова Л.А., Павлова О.В., Чавдарь Р.Ф., Орлова Т.Г. Пребридинговые исследования пшеницы мягкой по повышению устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам в Нечерноземной зоне РФ. Бюл. Гос. Никитского ботанического сада. 2019;132:102-108. DOI 10.25684/NBG.boolt.132.2019.13.Voronov S.I., Lapochkina I.F., Marchenkova L.A., Pavlova O.V., Chavdar’ R.F., Orlova T.G. Prebreeding research of a common wheat to improve its resistance to biotic and abiotic stress in the nonchernozem belt of the Russian Federation. Byulleten Gosudarstvennogo Nikitskogo Botanicheskogo Sada = Bulletin the State Nikitskiy Botanical Gardens. 2019;132:102-108. DOI 10.25684/NBG.boolt.132.2019.13. (in Russian)Гайнуллин Н.Р., Лапочкина И.Ф., Жемчужина А.И., Киселева М.И., Коломиец Т.М., Коваленко Е.Д. Использование фитопатологического и молекулярно-генетических методов для идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине у образцов мягкой пшеницы с чужеродным генетическим материалом коллекции «Арсенал». Генетика. 2007;43(8):1058-1064.Gajnullin N.R., Lapochkina I.F., Zhemchuzhina A.I., Kiseleva M.I., Kolomiets T.M., Kovalenko E.D. Phytopatological and molecular genetic identification of leaf rust resistance genes in common wheat accessions with alien genetic material. Russ. J. Genet. 2007; 43(8):875-881.Ганенко И., Белая А. Что посеем. Общая посевная площадь в 2020 году составит около 80,3 млн гектаров. Агроинвестор. 2020. № 3. Доступно на сайте: https://www.agroinvestor.ru/analytics/article/33319-chto-poseem-obshchaya-posevnaya-ploshchad-v-2020-godu-sostavit-okolo-80-3-mln-gektarov/. Доступ: 29.07.20.Ganenko I., Belaya A. As we sow. The total sown area in 2020 will be about 80.3 million hectares. Agroinvestor. 2020. No. 3. Available at: https://www.agroinvestor.ru/analytics/article/33319-chtoposeem-obshchaya-posevnaya-ploshchad-v-2020-godu-sostavitokolo-80-3-mln-gektarov/. Last access: 29.07.20. (in Russian)ГОСТ 10987-76. Зерно. Методы определения стекловидности (с изменениями № 1, 2). Дата введения: 1977-06-01. Переиздание с Изменениями № 1, 2, утвержденными в декабре 1988 г., декабре 1991 г. (ИУС 4-89, 4-92).State Standard 10987-76. Grain. Methods for Determination of Vitreousness. 1977. Reedition with Amendments 1 and 2, approved in December 1988 and December 1991 (reference indexes of standards 4-89 and 4-92) (in Russian).ГОСТ Р 54478-2011. Зерно. Методы определения количества и качества клейковины в пшенице. Дата введения: 2013-01-01.State Standard R 54478-2011. Grain. Methods for Determination of Gluten Quantity and Quality in Wheat. Effective date January 1, 2013. (in Russian)ГОСТ Р 51415-99 (ИСО 5530-4-91) Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Определение реологических свойств с применением альвеографа. Дата введения: 2001-03-01.State Standard R 51415-99 (ISO 5530-4-91). Wheat Flour. Physical Characteristics of Doughs. Determination of rheological properties using an alveograph. 2001. (in Russian)ГОСТ ISO 5530-1-2013. Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Часть 1. Определение водопоглощения и реологических свойств с применением фаринографа (Переиздание). Дата введения: 2014-01-01.State Standard ISO 5530-1-2013. Wheat Flour. Physical Characteristics of Doughs. Part 1: Determination of Water Absorption and Rheological Properties Using a Farinograf. 2014. (in Russian)Дорофеев В.Ф., Удачин Р.А., Семенова Л.В., Новикова М.В., Градчанинова О.Д., Шитова И.П., Мережко Ф.Ф., Филатенко Ф.Ф. Пшеницы мира. Л., 1987.Dorofeev V.F., Udachin R.A., Semenova L.V., Novikova M.V., Gradchaninova O.D., Shitova I.P., Merezhko F.F., Filatenko F.F. Wheat of the World. Leningrad, 1987. (in Russian)Егоров Г.А. Управление технологическими свойствами зерна. Воронеж, 2000.Egorov G.A. Control of Technological Properties of Grain. Voronezh, 2000. (in Russian)Козьмина Н.П. Зерно. М., 1969.Kozmina N.P. Grain. Moscow, 1969. (in Russian)Крупнова О.В. Качество зерна яровой мягкой пшеницы с транслокациями от сородичей: Дис. … д-ра биол. наук. Саратов, 2010.Krupnova O.V. Grain quality of spring bread wheat with translocations from congeners: Dr Sci. (Biol.) Dissertation. Saratov, 2010. (in Russian)Крупнова О.И. О сопоставлении качества зерна яровой и озимой пшеницы в связи с делением на рыночные классы. С.-х. биология. 2013;1:15-25. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2013.1.15rus.Krupnova O.I. A comparison of grain quality in spring and winter wheats associated with market classes (review). Selskokhozyayst doi.org/10.15389/agrobiology.2013.1.15rus. (in Russian)Лапочкина И.Ф. Реконструкция генома мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) при отдаленной гибридизации (с использованием Aegilops L. и других видов): Дис. … д-ра биол. наук. Немчиновка, 1999.Lapochkina I.F. Reconstruction of the common wheat (Triticum aestivum L.) genome in remote hybridization (using Aegilops L. and other species): Dr. Sci. (Biol.) Dissertation. Nemchinovka, 1999. (in Russian)Лапочкина И.Ф., Ячевская Г.Л., Иорданская И.В., Кызласов В.Г., Руденко М.И., Макарова И.Ю., Серова А.С., Гайнуллин Н.Р., Коваленко Е.Д., Жемчужина A.И., Коломиец T.M., Соломатин Д.А., Кисилева М.И. Линии яровой мягкой пшеницы с идентифицированным генотипом устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе из коллекции Арсенал. В: Доклады Второго Всероссийского Съезда по защите растений. СПб., 5–10 декабря 2005. СПб., 2005;493-495.Lapochkina I.F., Yachevskaya G.L., Iordanskaya I.V., Kyzlasov V.G., Rudenko M.I., Makarova I.Yu., Serova A.S., Gajnullin N.R., Kovalenko E.D., Zhemchuzhina A.I., Kolomiets T.M., Solomatin D.A., Kisileva M.I. Lines of spring bread wheat with identified genotypes of resistance to leaf rust and powdery mildew from the Arsenal collection. In: Proceedings of the Second All-Russia Congress on Plant Protection. Saint-Petersburg, December 5–10, 2005. St. Petersburg, 2005;493-495. (in Russian)Mетодика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1988.Methods of State Variety Testing of Agricultural Crops. Moscow, 1988. (in Russian)Митрофанова О.П. Генетические ресурсы пшеницы в России: состояние и предселекционное изучение. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1):10-20.Mitrofanova O.P. Wheat genetic resources in Russia: current status and pre-breeding. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1):10-20. (in Russian)Симонов А.В., Чистякова А.К., Морозова Е.В., Щукина Л.В., Бёрнер А., Пшеничникова Т.А. Создание нового для мягкой пшеницы генотипа – носителя двух локусов мягкозерности эндосперма. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(3): 341-346. DOI 10.18699/VJ17.251.Simonov A.V., Chistyakova A.K., Morozova E.V., Shchukina L.V., Börner A., Pshenichnikova T.A. The development of a new bread wheat genotype carrying two loci for endosperm softness. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017;21(3):341-346. DOI 10.18699/VJ17.251. (in Russian)Цицин Н.В. Отдаленная гибридизация в семействе злаковых. М., 1958.Tsitsin N.V. Remote Hybridization in the Family Poaceae. Moscow, 1958. (in Russian)Шибаев П.Н., Гусев И.С., Самсонов М.М. Стекловидность и структурно-механические свойства зерна пшеницы. Селекция и семеноводство. 1974;3:22-26.Shibayev P.N., Gusev I.S., Samsonov M.M. Vitreousness and structural- mechanical properties of wheat grain. Selektsiya i Semenovodstvo = Breeding and Seed Industry. 1974;3:22-26. (in RussianAdonina I.G., Salina E.A., Efremova T.T., Pshenichnikova T.T. The study of introgressive lines of Triticum aestivum × Aegilops speltoides by in situ and SSR analyses. Plant Breed. 2004;123:220-224. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2004.00932.x.Adonina I.G., Salina E.A., Efremova T.T., Pshenichnikova T.T. The study of introgressive lines of Triticum aestivum × Aegilops speltoides by in situ and SSR analyses. Plant Breed. 2004;123:220-224. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2004.00932.x.Alvarez J.B., Guzmán C. Interspecific and intergeneric hybridization as a source of variation for wheat grain quality improvement. Theor. Appl. Genet. 2018;131:225-251. DOI 10.1007/s00122-017-3042-x.Alvarez J.B., Guzmán C. Interspecific and intergeneric hybridization as a source of variation for wheat grain quality improvement. Theor. Appl. Genet. 2018;131:225-251. DOI 10.1007/s00122-017-3042-x.Gonzalez-Hernandez J.L., Elias E.M., Kianian S.F. Mapping genes for grain protein concentration and grain yield on chromosome 5B of Triticum turgidum (L.) var. dicoccoides. Euphytica. 2004;139:217-225.Gonzalez-Hernandez J.L., Elias E.M., Kianian S.F. Mapping genes for grain protein concentration and grain yield on chromosome 5B of Triticum turgidum (L.) var. dicoccoides. Euphytica. 2004;139:217-225.Lapochkina I.F., Iordanskaya I.V., Yatchevskaya G.L., Zhemchuzhina A.I., Kovalenko E.D., Solomatin D.A., Kolomiets T.M. Identification of alien genetic material and genes of resistance to leaf rust in wheat (Triticum aestivum L.) stocks. In: Proc. Tenth Int. Wheat Genetics Symp. 2003;3:1190-1192.Lapochkina I.F., Iordanskaya I.V., Yatchevskaya G.L., Zhemchuzhina A.I., Kovalenko E.D., Solomatin D.A., Kolomiets T.M. Identification of alien genetic material and genes of resistance to leaf rust in wheat (Triticum aestivum L.) stocks. In: Proc. Tenth Int. Wheat Genetics Symp. 2003;3:1190-1192.Leonova I.N., Budashkina E.B. The study of agronomical traits determining productivity of Triticum aestivum/Triticum timopheevii introgression lines with resistance to fungal diseases. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2017;7:299-307. https://doi.org/10.1134/S2079059717030091.Leonova I.N., Budashkina E.B. The study of agronomical traits determining productivity of Triticum aestivum/Triticum timopheevii introgression lines with resistance to fungal diseases. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2017;7:299-307. https://doi.org/10.1134/S2079059717030091.Li Y., Song Y., Zhou R., Branlard G., Jia J. QTL detection of seven quality traits in wheat using two related recombinant inbred line populations. Euphytica. 2012;183(2):207-226. DOI 10.1007/s10681-011-0448-4.Li Y., Song Y., Zhou R., Branlard G., Jia J. QTL detection of seven quality traits in wheat using two related recombinant inbred line populations. Euphytica. 2012;183(2):207-226. DOI 10.1007/s10681-011-0448-4.Martin D.J., Stewart B.G. Dough stickiness in rye-derived wheat cultivars. Euphytica. 1990;51:77-86. https://doi.org/10.1007/BF00022895.Martin D.J., Stewart B.G. Dough stickiness in rye-derived wheat cultivars. Euphytica. 1990;51:77-86. https://doi.org/10.1007/BF00022895.McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Roger J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proc. 12th Int. Wheat Genet. Symp. Yokohama, Japan, 2013. http://wheat.pw.usda.gov/GG2/Triticum/wgc/2013/GeneCatalogueIntroduction.pdf.McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Roger J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proc. 12th Int. Wheat Genet. Symp. Yokohama, Japan, 2013. http://wheat.pw.usda.gov/GG2/Triticum/wgc/2013/GeneCatalogueIntroduction.pdf.Peña R.J. Wheat for bread and other foods. In: Curtis B.C., Rajaram S., Macpherson H.G. (Eds.). Bread Wheat – Improvement and Production. Rome: FAO, 2002.Peña R.J. Wheat for bread and other foods. In: Curtis B.C., Rajaram S., Macpherson H.G. (Eds.). Bread Wheat – Improvement and Production. Rome: FAO, 2002.Pshenichnikova T.A., Maystrenko O.I. Inheritance of genes coding for gliadin proteins and glume colour introgressed into Triticum aestivum from a synthetic wheat. Plant Breed. 1995;114(6):501-504. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.1995.tb00844.x.Pshenichnikova T.A., Maystrenko O.I. Inheritance of genes coding for gliadin proteins and glume colour introgressed into Triticum aestivum from a synthetic wheat. Plant Breed. 1995;114(6):501-504. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.1995.tb00844.x.Pshenichnikova T.A., Shchukina L.V., Simonov A.V., Chistyakova A.K., Morozova E.V. The use of monosomic lines of bread wheat for verification of quantitative trait loci (QTL). In: Proc. 15th Int. EWAC Conf. Novi Sad, Serbia, 7–11 November 2011. EWAC Newslett. 2012;180-181.Pshenichnikova T.A., Shchukina L.V., Simonov A.V., Chistyakova A.K., Morozova E.V. The use of monosomic lines of bread wheat for verification of quantitative trait loci (QTL). In: Proc. 15th Int. EWAC Conf. Novi Sad, Serbia, 7–11 November 2011. EWAC Newslett. 2012;180-181.Pshenichnikova T.A., Simonov A.V., Ermakova M.F., Chistyakova A.K., Shchukina L.V., Morozova E.V. The effects on grain endosperm structure of an introgression from Aegilops speltoides Tausch. into chromosome 5A of bread wheat. Euphytica. 2010;175(3):315-322. DOI 10.1007/s10681-010-0168-1.Pshenichnikova T.A., Simonov A.V., Ermakova M.F., Chistyakova A.K., Shchukina L.V., Morozova E.V. The effects on grain endosperm structure of an introgression from Aegilops speltoides Tausch. into chromosome 5A of bread wheat. Euphytica. 2010;175(3):315-322. DOI 10.1007/s10681-010-0168-1.Salina E.A., Adonina I.G., Efremova T.T., Lapochkina I.F., Pshenichnikova T.A. The genome‐specific subtelomeric repeats for study of introgressive lines T. aestivum × Ae. speltoides. In: Proc. 11th EWAC Conf. Novosibirsk, 24–28 July 2000. EWAC Newslett. 2001; 161-164.Salina E.A., Adonina I.G., Efremova T.T., Lapochkina I.F., Pshenichnikova T.A. The genome‐specific subtelomeric repeats for study of introgressive lines T. aestivum × Ae. speltoides. In: Proc. 11th EWAC Conf. Novosibirsk, 24–28 July 2000. EWAC Newslett. 2001; 161-164.Shchukina L.V., Pshenichnikova T.A., Chistyakova A.K., Khlestkina E.K., Börner A. Properties of grain, flour and dough in bread wheat lines with Aegilops markgrafii introgressions. Cereal Res. Commun. 2017;45(2):296-306. https://doi.org/10.1556/0806.45.2017.012.Shchukina L.V., Pshenichnikova T.A., Chistyakova A.K., Khlestkina E.K., Börner A. Properties of grain, flour and dough in bread wheat lines with Aegilops markgrafii introgressions. Cereal Res. Commun. 2017;45(2):296-306. https://doi.org/10.1556/0806.45.2017.012.Vikram P., Franco J., Burgueño-Ferreira J., Li H., Sehgal D., Saint Pierre C., Ortiz C., Sneller C., Tattaris M., Guzman C., Paola Sansaloni C., Ellis M., Fuentes-Davila G., Reynolds M., Sonder K., Singh P., Payne T., Wenzl P., Sharma A., Bains N.S., Singh G.P., Crossa J., Singh S. Unlocking the genetic diversity of Creole wheats. Sci. Rep. 2016;6:1-13. https://doi.org/10.1038/srep23092.Vikram P., Franco J., Burgueño-Ferreira J., Li H., Sehgal D., Saint Pierre C., Ortiz C., Sneller C., Tattaris M., Guzman C., Paola Sansaloni C., Ellis M., Fuentes-Davila G., Reynolds M., Sonder K., Singh P., Payne T., Wenzl P., Sharma A., Bains N.S., Singh G.P., Crossa J., Singh S. Unlocking the genetic diversity of Creole wheats. Sci. Rep. 2016;6:1-13. https://doi.org/10.1038/srep23092.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.