Амплитуда изменчивости фотопериодической реакции генотипов гуара (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) разного географического происхождения

Интродукция новой бобовой культуры гуар на территорию Российской  Федерации имеет большое  практическое  значение,  так как обеспечивает импортозамещение гуаровой  камеди  – растительного сырья,  используемого для  целей  пищевой,  газо-  и нефтедобывающей  промышленности. Основная  проблема при возделывании гуара в южных регионах  РФ – потребность культуры в коротком  фотопериоде. Увеличенная продолжительность светового дня препятствует своевременному переходу гуара к цветению, что резко сказывается  на его продуктивности.  В проведенном исследовании 192 генотипа  гуара из коллекции  ВИР испытывались  на скорость  перехода к цветению на экстремально длинном для культуры гуара фотопериоде (18.2–18.9 ч) в условиях теплицы Пушкинского филиала  ВИР (Санкт-Петербург). Параллельно оценивалась скороспелость этих же генотипов  в условиях поля Кубанского филиала  ВИР (Краснодарский край). Среди испытуемой выборки  были выявлены как генотипы со слабой фотопериодической  чувствительностью (они же и более скороспелые в условиях Краснодарского края), так и сильно чувствительные к фотопериоду. Установлено, что у одного и того же растения  гуара пороговый фотопериод, инициирующий  образование бутонов, может не совпадать  с критическим  фотопериодом, необходимым для их распускания (собственно  цветения). Наблюдаемый факт подтверждает выдвинутую ранее гипотезу о двуступенчатом запуске программы цветения у гуара, согласно которой бутонизация и собственно цветение контролируются независимыми генными системами. По результатам экспериментов, в успешной селекции  гуара на скороспелость решающую роль  играет именно  первая  генная система, контролирующая запуск бутонизации  в ответ на критический фотопериод. На отсрочку даты начала цветения у гуара может влиять еще одна гипотетическая генная система, которая  определяет скорость  вегетативного развития  конкретного генотипа, измеряемую как количество дней от всходов до появления первого  настоящего листа, и не зависит от фотопериода. Таким образом, фотопериодическая чувствительность у гуара является  лишь одним из факторов,  определяющих скорость перехода растения  к цветению, и ее не следует оценивать по признаку «всходы–цветение», распространенному в растениеводческой практике. Результаты проведенного исследования показывают, что, хотя фотопериодическая чувствительность гуара ограничивает диапазон географических широт, в котором эта культура может успешно выращиваться, есть реальная возможность преодолеть указанное  ограничение, отбирая  и размножая соответствующие генотипы из имеющегося огромного генетического разнообразия культуры.

1. Bernard R.L. Two major genes for time of flowering and maturity in soybeans. Crop Sci. 1971;11(2):242-244. DOI 10.2135/cropsci1971.0011183X001100020022x.

2. Cober E.R., Molnar S.J., Charette M., Voldeng H.D. A new locus for early maturity in soybean. Crop Sci. 2010;50(2):524-527. DOI 10.2135/cropsci2009.04.0174.

3. Cronk Q., Ojeda I., Pennington R.T. Legume comparative genomics: progress in phylogenetics and phylogenomics. Curr. Opin. Plant Biol. 2006;9(2):99-103. DOI 10.1016/j.pbi.2006.01.011.

4. Gresta F., Cristaudo A., Trostle C., Anastasi U., Guarnaccia P., Catara S., Onofri A. Germination of guar (‘Cyamopsis tetragonoloba’ (L.) Taub.) genotypes with reduced temperature requirements. Aust. J. Crop Sci. 2018;12(6):954. DOI 10.21475/ajcs.18.12.06.PNE1049.

5. Kim S.K., Kim E.S., Kim K.H., Jeong N., Lee J.S., Kang S. Genetic variance for flowering time conferring E2 gene in photoperiod-insensitive early-maturing soybean accessions and topological distribution in Korea peninsula. Mol. Breed. 2018;38(12):148. DOI 10.1007/s11032-018-0887-x.

6. Kong F., Nan H., Cao D., Li Y., Wu F., Wang J., Liu B. A new dominant gene E9 conditions early flowering and maturity in soybean. Crop Sci. 2014;54(6):2529-2535. DOI 10.2135/cropsci2014.03.0228.

7. Kuravadi N.A., Verma S., Pareek S., Gahlot P., Kumari S., Tanwar U.K., Tripathi S.K. Guar: an industrial crop from marginal farms. In: Bhullar G.S., Bhullar N.K. (Eds.) Agricultural Sustainability: Progress and Prospects in Crop Research. Acad. Press, 2012. DOI 10.1016/B978-0-12-404560-6.00003-4.

8. Lubbers E.L. Characterization and Inheritance of Photoperiodism in Guar, Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. Univ. of Arizona, 1987.

9. Schrire B. A review of tribe Indigofereae (Leguminosae– Papilionoideae) in Southern Africa (including South Africa, Lesotho, Swaziland & Namibia; excluding Botswana). S. Afr. J. Bot. 2013;89:281-283. DOI 10.1016/j.sajb.2013.06.014.

10. See D., Kanazin V., Kephart K., Blake T. Mapping genes controlling variation in barley grain protein concentration. Crop Sci. 2002;42(3): 680-685. DOI 10.2135/cropsci2002.6800.

11. Startsev V.I., Livanskaya G.A., Kulikov M.A. Prospects of guar (Cyamopsis tetragonoloba L.) growing in Russia. Vestnik Rossiiskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Zaochnogo Universiteta = Bulletin of the Russian State Agrarian Open University. 2017;24:11-15. (in Russian)

12. Tanwar U.K., Pruthi V., Randhawa G.S. RNA-Seq of guar (Cyamopsis tetragonoloba, L. Taub.) leaves: de novo transcriptome assembly, functional annotation and development of genomic resources. Front. Plant Sci. 2017;8:91. DOI 10.3389/ fpls.2017.00091.

13. Watanabe S., Harada K., Abe J. Genetic and molecular bases of photoperiod responses of flowering in soybean. Breed. Sci. 2012;61(5):531-543. DOI 10.1270/jsbbs.61.531.