Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Фенотипическое проявление аллеля низкостебельности Rht-B1p (Rht-17) у яровой твердой пшеницы в двух климатических условиях

https://doi.org/10.18699/VJ19.567

Полный текст:

Аннотация

Аллели генов, определяющие низкостебельность, играют большую роль в селекции твердой пшеницы, так как не только снижают высоту растений, обеспечивая их устойчивость к полеганию, но и обладают рядом плейотропных эффектов. Твердая пшеница несет два субгенома, A и B, что ограничивает использование аллелей генов субгенома D и требует расширения арсенала аллелей низкостебельности и изучения их влияния на высоту и агрономически важные признаки. В настоящей работе изучали фенотипическое проявление аллеля Rht- B1p (Rht- 17) в семьях B2F2:3, полученных в результате скрещивания Chris Mutant/#517//LD222 в полевом опыте в Москве и Краснодаре. Показано, что растения, гомозиготные по аллелю Rht-B1p, по сравнению с растениями, несущими аллель дикого типа Rht-B1a, были ниже на 36.3 см (40 %) в Москве и на 49.5 см (48 %) в Краснодаре. В полевом опыте в Краснодаре у растений с Rht-B1p было на одно междоузлие меньше, чем у растений дикого типа, что также внесло вклад в снижение высоты растений. Масса зерна в главном колосе у растений с аллелем Rht-B1p была ниже, чем у растений с Rht-B1a, на 12 % в Москве и на 23 % в Краснодаре из-за снижения массы 1000 зерен в обоих регионах проведения полевого опыта. Число зерен в главном колосе у растений с Rht-B1p было выше по сравнению с растениями с Rht-B1a на 6.5 % в Москве благодаря увеличению числа колосков в главном колосе и на 11 % в Краснодаре вследствие большей озерненности колоска. Колошение у растений с аллелем низкостельности Rht-B1p по сравнению с растениями с аллелем дикого типа Rht-B1a в Краснодаре наступило позже в среднем на семь дней. Обсуждаются возможность и перспективы использования Rht-B1p в селекции твердой пшеницы.

Об авторах

А. Г. Черноок
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений; Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, Центр молекулярной биотехнологии
Россия
Москва.


П. Ю. Крупин
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений; Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, Центр молекулярной биотехнологии
Россия
Москва.


Л. А. Беспалова
Национальный центр зерна им. П.П. Лукьяненко
Россия
Краснодар.


В. В. Панченко
Национальный центр зерна им. П.П. Лукьяненко
Россия
Краснодар.


В. Я. Ковтуненко
Национальный центр зерна им. П.П. Лукьяненко
Россия
Краснодар.


М. С. Баженов
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений; Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, Центр молекулярной биотехнологии
Россия
Москва.


Л. А. Назарова
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений
Россия
Москва.


Г. И. Карлов
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений; Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, Центр молекулярной биотехнологии
Россия
Москва.


А. Ю. Крупина
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений
Россия
Москва.


М. Г. Дивашук
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, лаборатория прикладной геномики и частной селекции сельскохозяйственных растений; Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, Центр молекулярной биотехнологии
Россия
Москва.


Список литературы

1. Беспалова Л.А. Реализация модели полукарликового сорта академика П.П. Лукьяненко и ее дальнейшее развитие. В: Пшеница и тритикале: Матер. науч.-практ. конф. «Зеленая революция П.П. Лукьяненко». Краснодар, 2001;60-71. [Bespalova L.A. The implementation of the semi-dwarf variety model of Academician P.P. Lukyanenko and its further development. In: Wheat and Triticale: Proceedings of the Scientific-Practical Conf. “P.P. Lukyanenko: Green Revolution”. Krasnodar, 2001;60-71. (in Russian)]

2. Беспалова Л.А., Васильев А.В., Аблова И.Б., Филобок В.А., Худокормова Ж.Н., Давоян Р.О., Давоян Э.Р., Карлов Г.И., Соловьев А.А., Дивашук М.Г., Майер Н.К., Дудников М.В., Мироненко Н.В., Баранова О.А. Применение молекулярных маркеров в селекции пшеницы в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1): 37-43. [Bespalova L.A., Vasilyev A.V., Ablova I.B., Filobok V.A., Khudokormova Z.N., Davoyan R.O., Davoyan E.R., Karlov G.I., Soloviev A.A., Divashuk M.G., Mayer N.K., Dudnikov M.V., Mironenko N.V., Baranova O.A. The use of molecular markers in wheat breeding at the Lukyanenko Agricultural Research Institute. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2012;2(4):286-290.]

3. Билова Т.Е., Рябова Д.Н., Анисимова И.Н. Молекулярные основы признака карликовости у культурных растений. Сообщение II. Della-белки, их структура и функции. С.-х. биология. 2016; 51(5):571-584. DOI 10.15389/agrobiology.2016.5.571rus. [Bilova T.E., Ryabova D.N., Anisimova I.N. Molecular basis of the dwarfism character in cultivated plants. II. Della proteins: their structure and functions. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2016;51(5):571-584. DOI 10.15389/agrobiology. 2016.5.571rus. (in Russian)]

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. [Dospekhov B.A. Methodology of Field Experiment. Moscow: Agropromizdat Publ., 1985. (in Russian)]

5. Кулаева О.Н. Карликовые мутанты и их роль в «Зеленой революции». Сорос. образоват. журн. 2000;6(8):18-23. [Kulaeva O.N. Dwarf mutants and their role in “Green Revolution”. Sorosovskiy Obrazovatel’nyy Zhurnal = Soros Educational Journal. 2000;6(8):18-23. (in Russian)]

6. Лукьяненко П.П. Выведение новых сортов интенсивного типа. Аграр. наука. 1970;4:54. [Lukyanenko P.P. Breeding of new intensive type varieties. Agrarnaya Nauka = Agricultural Science. 1970;4:54. (in Russian)]

7. Мальчиков П.Н. Доноры генов редукции высоты растений твердой пшеницы. Достижения науки и техники АПК. 2009;9:8-11. [Malchikov P.N. Donors of genes of a reduction of height of plants wheat durum. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2009;9:8-11. (in Russian)]

8. Мальчиков П.Н., Сидоренко В.С., Мясникова М.Г., Розова М.А., Мудрова А.А., Цыганков В.И., Мухитов Л.А., Тугарева Ф.В. Результаты селекции сортов яровой твердой пшеницы с укороченной соломиной. Зернобобовые и крупяные культуры. 2017; 4(24):97-106. [Malchikov P.N., Sidorenko V.S., Myasnikova M.G., Rozova M.A., Mudrova A.A., Tsygankov V.I., Mukhitov L.A., Tugareva F.V. Results of breading of durum wheat cultivars with shorted stem. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Cereals. 2017;4(24): 97-106. (in Russian)]

9. Миков Д.С., Давоян Э.Р., Болдаков Д.М., Зубанова Ю.С. Применение молекулярных маркеров для идентификации генов хозяйственно ценных признаков мягкой пшеницы. В: XVIII Всероссийская конференция молодых ученых «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии». М.: Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяй- ственной биотехнологии. 2018;49. [Mikov D.S., Davoyan E.R., Boldakov D.M., Zubanova Yu.S. Application of molecular markers to identify genes for economically valuable traits of bread wheat. In: XVIII All-Russian Conference of Young Scientists “Biotechnology in Crop Production, Animal Husbandry, and Veterinary Medicine.” Moscow: All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology. 2018;49. (in Russian)]

10. Мудрова А.А., Яновский А.C. Результативность использования исходного материала при селекции сортов пшеницы твердой озимой в условиях Кубани. Зерновое хозяйство России. 2016;1: 24-27. [Mudrova A.A., Yanovsky A.C. The results of use of the initial material during durum winter wheat breeding in the Kuban conditions. Zernovoe Khozyaystvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2016;1: 24-27. (in Russian)]

11. Самофалова Н.Е., Иличкина Н.П., Лещенко М.А., Дубинина О.А., Ионова Е.В. Достижения и проблемы в селекции твердой озимой пшеницы. Зерновое хозяйство России. 2014;6:15-22. [Samofalova N.E., Ilichkina N.P., Leshchenko M.A., Dubinina O.A., Ionova E.V. Achievements and problems in selection of durum winter wheat. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2014;6:15-22. (in Russian)]

12. Álvaro F., Isidro J., Villegas D., García del Moral L., Royo C. Old and modern durum wheat varieties from Italy and Spain differ in main spike components. Field Crop. Res. 2008;106(1):86-93. DOI 10.1016/j.fcr.2007.11.003.

13. Bazhenov M.S., Divashuk M.G., Amagai Y., Watanabe N., Karlov G.I. Isolation of the dwarfing Rht-B1p (Rht17) gene from wheat and the development of an allele-specific PCR marker. Mol. Breed. 2015; 35(11):213. DOI 10.1007/s11032-015-0407-1.

14. Bernatzky R., Tanksley S. Genetics of actin-related sequences in tomato. Theor. Appl. Genet. 1986;72(32):314-321. DOI 10.1007/BF00288567.

15. Borojevic K., Borojevic K. The transfer and history of “reduced height genes” (Rht) in wheat from Japan to Europe. J. Hered. 2005;96(4): 455-459. DOI 10.1093/jhered/esi060.

16. Butler J., Byrne P., Mohammadi V., Chapman P., Haley S. Agronomic performance of alleles in a spring wheat population across a range of moisture levels. Crop Sci. 2005;45(3):939. DOI 10.2135/cropsci2004.0323.

17. Chebotar G.A., Chebotar S.V., Sivolap Yu.M. DELLA mutations in plants with special emphasis on wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1): 170-177.

18. Chen H., Moakhar N., Iqbal M., Pozniak C., Hucl P., Spaner D. Genetic variation for flowering time and height reducing genes and important traits in western Canadian spring wheat. Euphytica. 2016;208: 377-390. DOI 10.1007/s10681-015-1615-9.

19. Chen L., Yang Y., Cui C., Lu S., Lu Q., Du Y., Su R., Chai Y., Li H., Chen F., Yu F., Hu Y. Effects of Vrn-B1 and Ppd-D1 on developmental and agronomic traits in Rht5 dwarf plants of bread wheat. Field Crop. Res. 2018;219:24-32. DOI 10.1016/j.fcr.2018.01.022.

20. Divashuk M., Bespalova L., Vasilyev A., Fesenko I., Puzyrnaya O., Karlov G. Reduced height genes and their importance in winter wheat cultivars grown in southern Russia. Euphytica. 2013;190(1):137-

21. DOI 10.1007/s10681-012-0789-7.

22. Ellis M., Rebetzke G., Chandler P., Bonnett D., Spielmeyer W., Richards R. The effect of different height reducing genes on the early growth of wheat. Funct. Plant Biol. 2004;31(6):583-589. DOI 10.1071/FP03207.

23. Grover G., Sharma A., Gill H.S., Srivastava P., Bains N.S. Rht8 gene as an alternate dwarfing gene in elite Indian spring wheat cultivars. PLoS One. 2018;13(6):e0199330. DOI 10.1371/journal.pone.0199330.

24. Hedden P. The genes of the Green revolution. Trends Genet. 2003; 19(1):5-9. DOI 10.1016/S0168-9525(02)00009-4.

25. Heiner R.E., Elsayed F.A. Registration of MN6616M wheat germplasm (Reg. No. GP 36). Crop Sci. 1974;14:342. DOI 10.2135/cropsci1974.0011183X001400020065x.

26. Kiseleva A., Shcherban A., Leonova I., Frenkel Z., Salina E. Identification of new heading date determinants in wheat 5B chromosome. BMC Plant Biol. 2016;16:35-46. DOI 10.1186/s12870-015-0688-x.

27. Knopf C., Becker H., Ebmeyer E., Korzun V. Occurrence of three dwarfing Rht genes in German winter wheat varieties. Cereal Res. Commun. 2008;36(4):553-560. DOI 10.1556/CRC.36.2008.4.4.

28. Komyshev E., Genaev M., Afonnikov D. Evaluation of the Seed- Counter, a mobile application for grain phenotyping. Front. Plant Sci. 2017;7:1990. DOI 10.3389/fpls.2016.01990.

29. Kroupin P., Chernook A., Karlov G., Soloviev A., Divashuk M. Effect of dwarfing gene Ddw1 on height and agronomic traits in spring triticale in greenhouse and field experiments in a Non-Black Earth Region of Russia. Plants. 2019;8(5):131. DOI 10.3390/plants8050131.

30. Liu Y., Zhang J., Hu Y., Chen J. Dwarfing genes Rht4 and Rht-B1b affect plant height and key agronomic traits in common wheat under two water regimes. Field Crop. Res. 2017;204:242-248. DOI 10.1016/j.fcr.2017.01.020.

31. Mathews K., Chapman S., Trethowan R., Singh R., Crossa J., Pfeiffer W., van Ginkel M., DeLacy I. Global adaptation of spring bread and durum wheat lines near-isogenic for major reduced height genes. Crop Sci. 2006;46:603. DOI 10.2135/cropsci2005.05-0056 10.2135/cropsci2005.05-0056.

32. McClung A.M., Cantrell R.G., Quick J.C., Gregory R.S. Influence of the Rht1 semidwarf gene on yield, yield components, and grain protein in durum wheat. Crop Sci. 1986;26:1095. DOI 10.2135/cropsci1986.0011183x002600060001x.

33. Miralles D., Calderini D., Pomar K., D’Ambrogio A. Dwarfing genes and cell dimensions in different organs of wheat. J. Exp. Bot. 1998; 49(324):1119-1127. DOI 10.1093/jxb/49.324.1119.

34. Motzo R., Giunta F. The effect of breeding on the phenology of Italian durum wheats: From landraces to modern cultivars. Eur. J. Agron. 2007;26:462-470. DOI 10.1016/j.eja.2007.01.007.

35. Okada T., Jayasinghe J., Eckermann P., Watson-Haigh N., Warner P., Hendrikse Y., Baes M., Tucker E., Laga H., Kato K., Albertsen M., Wolters P., Fleury D., Baumann U., Whitford R. Effects of Rht-B1 and Ppd-D1 loci on pollinator traits in wheat. Theor. Appl. Genet. 2019. DOI 10.1007/s00122-019-03329-w.

36. Peng J., Richards D.E., Hartley N.M., Murphy G.P., Devos K.M., Flintham J.E., Beales J., Fish L.J., Worland A.J., Pelica F., Sudhakar D., Christou P., Snape J.W., Gale M.D., Harberd N.P. ‘Green revolution’ genes encode mutant gibberellin response modulators. Nature. 1999;400:256-261. DOI 10.1038/22307.

37. Rebetzke G., Bonnett D., Ellis M. Combining gibberellic acid-sensitive and insensitive dwarfing genes in breeding of higher-yielding, sesqui- dwarf wheats. Field Crop. Res. 2012;127:17-25. DOI 10.1016/j.fcr.2011.11.003.

38. Rebetzke G., Ellis M., Bonnett D., Condon A., Falk D., Richards R. The Rht13 dwarfing gene reduces peduncle length and plant height to increase grain number and yield of wheat. Field Crop. Res. 2011; 124(3):323-331. DOI 10.1016/j.fcr.2011.06.022.

39. Richards R. The effect of dwarfing genes in spring wheat in dry environments. I. Agronomic characteristics. Aust. J. Agric. Res. 1992a; 43(3):517-527. DOI 10.1071/ar9920517.

40. Richards R. The effect of dwarfing genes in spring wheat in dry environments. II. Growth, water use and water-use efficiency. Aust. J. Agric. Res. 1992b;43(3):529-539. DOI 10.1071/ar9920529.

41. Shcherban A., Efremova T., Salina E. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Mol. Breed. 2012;29(3):675-685. DOI 10.1007/s11032-011-9581-y.

42. StatSoft, Inc.: Электронный учебник по статистике. М.: StatSoft, 2012. WEB: http://www.statsoft.ru/home/textbook/default.htm.

43. Subira J., Ammar K., Álvaro F., García del Moral L., Dreisigacker S., Royo C. Changes in durum wheat root and aerial biomass caused by the introduction of the Rht-B1b dwarfing allele and their effects on yield formation. Plant Soil. 2016;403(1-2):291-304. DOI 10.1007/s11104-015-2781-1.

44. Trethowan R., Singh R., Huerta-Espino J., Crossa J., Ginkel M. van. Coleoptile length variation of near-isogenic Rht lines of modern CIMMYT bread and durum wheats. Field Crop. Res. 2001;70:167-176. DOI 10.1016/s0378-4290(00)00153-2.

45. Van de Velde K., Ruelens P., Geuten K., Rohde A., van der Straeten D. Exploiting DELLA signaling in cereals. Trends Plant Sci. 2017; 22(10):880-893. DOI 10.1016/j.tplants.2017.07.010.

46. Vikhe P., Patil R., Chavan A., Oak M., Tamhankar S. Mapping gibberellin- sensitive dwarfing locus Rht18 in durum wheat and development of SSR and SNP markers for selection in breeding. Mol. Breed. 2017;37(3):28. DOI 10.1007/s11032-017-0641-9.

47. Vikhe P., Venkatesan S., Chavan A., Tamhankar S., Patil R. Mapping of dwarfing gene Rht14 in durum wheat and its effect on seedling vigor, internode length and plant height. Crop. J. 2019;7(2):187-197. DOI 10.1016/j.cj.2018.11.004.

48. Watanabe N. Genetic collection and development of near-isogenic lines in durum wheat. Informatsionnyy Vestnik VOGiS = The Herald of Vavilov Society for Geneticists and Breeding Scientists. 2008; 12(4):636-643.

49. Würschum T., Langer S., Longin C., Tucker M., Leiser W. A threecomponent system incorporating Ppd-D1, copy number variation at Ppd-B1, and numerous small-effect quantitative trait loci facilitates adaptation of heading time in winter wheat cultivars of worldwide origin. Plant Cell Environ. 2018a;41:1407-1416. DOI 10.1111/pce.13167.

50. Würschum T., Leiser W., Langer S., Tucker M., Longin C. Phenotypic and genetic analysis of spike and kernel characteristics in wheat reveals long-term genetic trends of grain yield components. Theor. Appl. Genet. 2018b;131:2071-2084. DOI 10.1007/s00122-018-3133-3.

51. Zaccai M., Pinthus M., Levy A. The effect of the Rht1 gene on grain protein content in tetraploid wheat Triticum turgidum. J. Cereal Sci. 1987;6:27-32. DOI 10.1016/s0733-5210(87)80037-1.

52. Zhang J., Dell B., Biddulph B., Drake-Brockman F., Walker E., Khan N., Wong D.B., Hayden M., Appels R. Wild-type alleles of Rht-B1 and Rht-D1 as independent determinants of thousand-grain weight and kernel number per spike in wheat. Mol. Breed. 2013;32(4):771-783. DOI 10.1007/s11032-013-9905-1.


Просмотров: 268


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)