Биологические и хозяйственные характеристики аллотетраплоида из семейства злаковых с геномной формулой DDAuAu

Синтез аллополиплоидных генотипов злаков – важная задача, нацеленная на вовлечение в селекционные программы новых генетических  ресурсов.  Диплоидные виды родов  Triticum и Aegilops, сородичей мягкой пшеницы, – существенный  источник агрономически ценных признаков. Тетраплоидный синтетик (геномная формула DDАuАu) был получен Н.А. Наврузбековым путем скрещивания видов Aegilops tauschii Coss. и Triticum urartu Thum. ex Gandil. Целью настоящей  работы было изучение  хромосомного состава, биологических и хозяйственно важных признаков тетраплоида. Цитогенетический анализ с использованием флуоресцентной гибридизации in situ показал присутствие всех хромосом генома D в составе генома синтетика. С помощью ступенчатой яровизации установлен озимый образ жизни растений тетраплоидного синтетика с оптимальной потребностью в яровизации в 45 дней. В условиях теплицы обнаружено две группы генотипов с разницей по дате цветения  в 6.5 дней, что может указывать на аллелизм по локусу Vrn-3. Наличие антоциановой окраски колеоптиле,  стебля и пыльников  предполагает регуляцию этого признака  доминантными аллелями локусов Rc-1, Pc-1 и Pan-1. Окраска алейронового слоя зерновки может свидетельствовать о том, что донорский вид T. urartu является  носителем  гена Ba, контролирующего голубую окраску. Былтакже обнаружен новый морфотип опушения листа. По показателям продуктивности тетраплоид сопоставим с мягкой пшеницей.  Зерно  характеризуется супермягкой  структурой, высоким  содержанием сырой клейковины  – от 39–45 до 65 % – в полевых и тепличных условиях соответственно. Таким образом,  тетраплоид может быть использован при создании  новых генотипов  в селекции  пшеницы как источник еще не освоенного генетического разнообразия, а также как новая генетическая модель  для исследования закономерностей эволюции полиплоидных растений.

1. Aminov N.H., Navruzbekov N.A. Cytogenetic characteristics of a new amphidiploid with genome constitution AuAuDD. Doklady VASKhNIL = Reports of the Academy of Agricultural Sciences. 1985;6:16. (in Russian)

2. Babayants O.V., Babayants L.T., Gorash A.F., Vasil’ev A.A., Tras­ kovetskaya V.A., Palyasnyi V.A. Genetic determination of wheat resistance against Puccinia graminis ( f. sp. Tritici) derived from Aegilops cylindrica, Triticum erebuni, and amphidiploid 4. Cy­ tol. Genet. 2012;46(1):9­14.

3. Badaeva E.D., Amosova A.V., Goncharov N.P., Macas J., Ruban A.S., Grechishnikova I.V., Zoshchuk S.A., Houben A. A set of cytogenetic markers allows the precise identifica­ tion of all A­genome chromosomes in diploid and polyploid wheat. Cytogenet. Genome Res. 2015;146:71­79. DOI 10.1159/000433458.

4. Badaeva E.D., Friebe B., Gill B.S. Genome differentiation in Aegilops. 1. Distribution of highly repetitive DNA sequences on chromosome of diploid species. Genome. 1996;39(2):293­306.

5. Bedbrook J.R., Jones J., O’Dell M., Thompson R.D., Flavell R.B. A molecular description of telomeric heterochromatin in Secale species. Cell. 1980;19:545­560.

6. Davoyan E.R., Mikov D.S., Zubanova Y.S., Boldakov D.M., Da­ voyan R.O., Bebyakina I.V., Bibishev V.A. Study of introgressive lines of common wheat with Aegilops tauschii genetic material for resistance to leaf rust. Vavilovskiy Zhurnal Genetiki i Selek­ tsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(1): 97­101. DOI 10.18699/VJ18.336. (in Russian)

7. Gandilyan P.A. A new species of tetraploid wheat: Triticum erebuni Gandil. Nauchno­technicheskiy Bulleten VIR = Scientific and Technical Bulletin of VIR. 1984;142:77­78. (in Russian)

8. Gautier M.­F., Cosson P., Guirao A., Alary R., Joudrier Ph. Puroin­ doline genes are highly conserved in diploid ancestor wheatsand related species but absent in tetraploid Triticum species. Plant Sci. 2000;153:81­91.

9. Genaev M.A., Doroshkov A.V., Pshenichnikova T.A., Kolcha­ nov N.A., Afonnikov D.A. Extraction of quantitative character­ istics describing wheat leaf pubescence with a novel image­processing technique. Planta. 2012;236:1943­1954. DOI 10.1007/s00425­012­1751­6.

10. State Standard R 54478­2011. Grain. Methods for Determining Gluten Content and Quality in Wheat. Moscow: Stadartinform Publ., 2012. (in Russian)

11. Ivanov G.I. A new amphidiploid of wheat with genomes DDAbAb. Nauchno­technicheskiy Bulleten VIR = Scientific and Technical Bulletin of VIR. 1984;142:78­79. (in Russian)

12. Jakubtziner M.M., Savitzkii M.C. Grain crops. In: Manual for As­ sessment of Crops. Moscow: Sel’khozgiz Publ., 1947. (in Rus­ sian)

13. Jing H.­C., Kornyukhin D., Kanyuka K., Orford S., Zlatska A., Mitrofanova O.P., Koebner R., Hammond­Kosack K. Identifica­ tion of variation in adaptively important traits and genome­wide analysis of trait–marker associations in Triticum monococcum. J. Exp. Bot. 2007;58(13):3749­3764. DOI 10.1093/jxb/erm225.

14. Johnson H.B. Plant pubescence: an ecological perspective. Bot. Rev. 1975;41:233­258.

15. Khlestkina E.K. Genes determining coloration of different organs in wheat. Vavilovskiy Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1):202­216. DOI 10.18699/VJ18.336. (in Russian)

16. Khlestkina E.K., Pshenichnikova T.A., Röder M.S., Salina E.A., Arbuzova V.S., Börner A. Comparative mapping of genes for glume coloration and pubescence in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet. 2006;113:801­807. DOI 10.1007/s00122­006­0331­1.

17. Kubaláková M., Kovářová P., Suchánková P., Číhalíkova J., Bartoš J., Lucretti S., Watanabe N., Kianian S.F., Doležel J. Chromosome sorting in tetraploid wheat and its potential for genome analysis. Genetics. 2005;170:823­829. DOI 10.1534/genetics.104.039180.

18. Matsuoka Y. Evolution of polyploid Triticum wheats under cultiva­ tion: the role of domestication, natural hybridization and allo­ polyploid speciation in their diversification. Plant Cell Physiol. 2011;52(5): 750­764. DOI 10.1093/pcp/pcr018.

19. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: 12th International Wheat Genetics Symposium, 8–13 September 2013, Yokohama, Japan.

20. Methods of the State Testing of Agricultural Crop Varieties. Moscow, 1988. (in Russian)

21. Navruzbekov N.A. Synthesis of new wheat­Aegilops hybrids. Tru­ dy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1982;73(3):141. (in Russian)

22. Navruzbekov N.A. Crossing of wheat­aegilops tetraploid amphi­ diploid with genome composition AuD to some species of genera Triticum L., Aegilops L., Secale L. and Haynaldiya vilossa (L.). Nauchno­technicheskiy Bulleten VIR = Scientific and Technical Bulletin of VIR. 1984;146:64­67. (in Russian)

23. Pshenichnikova T.A., Bokarev I.E., Shchukina L.V. Hybrid and monosomic analyses of smoky coloration of the ear in common wheat. Genetika = Genetics. 2005;41(8):1147­1149. (in Russian)

24. Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Simonov A.V., Afon­ nikov D.A., Börner A. Diversity of leaf pubescence in bread wheat and relative species. Genet. Resour. Crop. Evol. 2017;64: 1761­1773. DOI 10.1007/s10722­016­0471­3.

25. Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Simonov A.V., Yudi­ na M.A., Afonnikov D.A., Permyakova M.D., Permyakov A.V., Osipova S.V., Börner A. Leaf hairiness in wheat: genetic, evolutional and physiological aspects. EWAC Newsletter. 2019. Proceedings of the 17th International EWAC Conference, 3–8 June 2018, Bucharest, Romania: 32­38.

26. Rayburn A.L., Gill B.S. Isolation of a D­genome specific repeated DNA sequence from Aegilops squarrosa. Plant Mol. Biol. Rep. 1986;4(2):102­109.

27. Salina E.A., Lim Y.K., Badaeva E.D., Shcherban A.B., Ado­ nina I.G., Amosova A.V., Samatadze T.E., Vatolina T.Yu., Zo­ shchuk S.A., Leitch A.A. Phylogenetic reconstruction of Aegilops section Sitopsis and the evolution of tandem repeats in the diploids and derived wheat polyploids. Genome. 2006;49:1023­1035. DOI 10.1139/G06­050.

28. Schneider A., Linc G., Molnar­Lang M. Fluorescence in situ hybridization polymorphism using two repetitive DNA clones indifferent cultivars of wheat. Plant Breed. 2003;122:396­400. DOI 10.1046/j.1439­0523.2003.00891.x.

29. Schuepp P.H. Leaf boundary layers. New Phytologist. 1993;125: 477­507.

30. Singh K., Ghai M., Garg M., Chhuneja P., Kaur P., Schnurbusch T., Keller B., Dhaliwal H.S. An integrated molecular linkage map of diploid wheat based on a Triticum boeoticum ×T. monococcum RIL population. Theor. Appl. Genet. 2007;115:301­312. DOI 10.1007/s00122­007­0543­z.

31. State Standard R 54478­2011. Grain. Methods for determining glu­ ten content and quality in wheat. Moscow: Stadartinform, 2012.

32. Tsunewaki K., Ebana K. Production of near­isogenic lines of com­ mon wheat for glaucousness and genetic basis of this trait clarified by their use. Genes Genet. Syst. 1999;74:33­41.