Определение селекционной ценности коллекционных образцов нута (Cicer arietinum L.) методом кластерного анализа

Оценка генетических ресурсов нута (Cicer arietinum L.) в нетипичной для выращивания зоне (восточная часть лесостепи Украины) дает возможность выделить ценный исходный материал для приоритетных направлений селекции. В статье представлены результаты кластерного анализа образцов нута Национального центра генетических ресурсов растений Украины (НЦГРРУ) по комплексу агрономических характеристик. В период 2005-2017 гг. были изучены 653 образца базовой коллекции нута НЦГРРУ: 369 образцов морфотипа kabuli и 284 - desi. Выделены 152 источника ценных признаков по 11 показателям: засухоустойчивости, устойчивости к аскохитозу, скороспелости (длительности вегетационного периода), урожайности, продуктивности, количеству продуктивных бобов, количеству семян с одного растения, реакции на нитрагинизацию, содержанию белка, крупности семян, разваримости. Эти образцы (77 типа kabuli - светлоокрашенные и 75 desi - темноокрашенные) были сгруппированы по комплексу ценных хозяйственных признаков с помощью кластерного анализа методом евклидовых расстояний. Результаты исследования показали, что представленная выборка состоит из четырех кластеров. В кластере 1 преобладают образцы типа kabuli с оптимальным сочетанием ценных признаков: засухоустойчивость, устойчивость к аскохитозу, крупносемянность, высокая урожайность и продуктивность, количество бобов и семян, содержание белка в семенах. В этот кластер вошли стандарты и большинство эталонов, которые характеризуются высокой адаптивностью к условиям восточной части лесостепи Украины. Образцы кластера 2 отличаются высокой устойчивостью к аскохитозу, позднеспелостью, мелкосемянностью, низким содержанием белка, средней реакцией на нитрагинизацию и высокой продуктивностью за счет большого количества продуктивных бобов и семян с одного растения. Большая часть образцов этого кластера - мелкосемянные позднеспелые образцы типа kabuli. Кластер 3 состоит из трех образцов, отличающихся высокой крупностью семян, средним уровнем урожайности, высокой реакцией на нитрагинизацию и повышенным содержанием белка при низкой устойчивости к аскохитозу. Кластер 4 объединяет преимущественно образцы морфотипа desi (63 %), среднеспелые со средними показателями урожайности, содержания белка и устойчивости к аскохитозу, с невысокой крупностью семян и продуктивностью, низкой разваримостью и засухоустойчивостью. Представители этого кластера - преимущественно источники одного признака - и могут иметь узкое применение в специализированных селекционных программах. На основе полученных данных предлагается приоритетное использование образцов первого кластера в селекционных программах по созданию сортов нута для лесостепной зоны.

1. Aarif M., Rastogi N.K., Johnson P.L., Yadav S.K. Genetic divergence analysis in kabuli chickpea (Cicer arietinum L.). J. Pharmacogn. Phytochem. 2017;6(4):1775-1778.

2. Aggarwal H., Rao A., Kumar A., Singh J., Rana J.S., Naik P.K., Chho-kar V. Assessment of genetic diversity among 125 cultivars of chickpea (Cicer arietinum L.) of Indian origin using ISSR markers. Turk. J. Bot. 2015;39:218-226. DOI 10.3906/bot-1401-1480.

3. Akinina G.E., Popov V.N. Polymorphism of microsatellite loci in Europian chickpea cultivars. Tsitologiya i Genetika = Cytology and Genetics. 2012;46(1):27-36. (in Ukrainian)

4. Aliu S., Kaul H.-P., Rusinovich I., Shala-Mayrhofer V., Fetahu S., Zeka D. Genetic diversity for some nutritive traits of chickpea (Cicer arietinum L.) from different regions in Kosova. Turk. J. Field Crops. 2016;21(1):156-161. DOI 10.17557/tjfc.57905.

5. Araujo L.F., Almeida W.S., Bertini C.H.C.M., Chagas Vidal Neto F., Bleicher E. The use of different clustering methods in the evaluation of genetic diversity in upland cotton. Rev. Cien. Agron. 2014;45(2): 312-318.

6. Benzohra I.E., Bendahmane B.S., Labdi M., Benkada M.Y. Sources of resistance in chickpea germplasm to three pathotypes of Ascochyta rabiei (Pass.) Labr. in Algeria. World Appl. Sci. J. 2013;21(6):873-878. DOI 10.5829/idosi.wasj.2013.21.6.2874.

7. Bezuglaya O.H., Kobyzeva L.N., Kosenko N.A. Sources of chickpea adaptability to a zone of unstable humidification. Genetychni Resursy Roslyn = Plant Genetic Resources (Kharkiv). 2007;4:78-83. (in Ukrainian)

8. Bezuglaya O.N., Kobyzeva L.N., Ryabchun V.K., Petrenkova V.P., Sokol T.V., Dokukina K.I., Markova T.Yu. Broad Harmonized Classifier of the Genus Cicer L. Kharkiv, 2012. (in Ukrainian)

9. Bouslama M., Schapaugh W.T. Stress tolerance in soybean. Part 1: evaluation of three screening techniques or heat and drought tolerance. Crop Sci. 1984;24:933-937. DOI 10.2135/cropsci1984.0011183X002400050026x.

10. Didovich S.V., Tolkachev N.Z., Melnichuk T.N., Parkhomenko T.Yu., Kameneva I.A., Chaikovskaya L.A., Kuznetsova L.N., Shersto-boyev N.K., Gritchina L.Yu., Alekseenko N.V., Parkhomenko A.L., Abdurashitov S.F., Tokmakova L.N., Nadkernichny S.P., Sichkar V.I., Bushulyan O.V., Kobyzeva L.N., Bezuglaya O.N., Pashtetskiy V.S., Adamen F.F., Schigortsova E.L., Ptashnik O.P., Klyuchenko V.V., Plokhenko D.V., Pronin V.A. Biologization of the Agrotechnology of Chickpea Cultivation (Recommendations for the Effective Use of Microbial Aents). Simferopol, 2010. (in Russian)

11. Evgenidis G., Traka-Mavrona E., Koutsika-Sotiriou M. Principal component and cluster analysis as a tool in the assessment of tomato hybrids and cultivars. Int. J. Agron. 2011. Article ID 697879. DOI 10.1155/2011/697879.

12. FAOSTAT, 2016. URL: http://faostat3.fao.org/compare/E.

13. Fisher R.A., Maurer R. Drought resistance in spring wheat cultivars. 1. Grain yield responses. Aust. J. Agric. Res. 1978;29(5):897-912.

14. Gavuzzi P., Rizza F., Palumbo M., Campanile R.G., Ricciardi G.L., Borghi B. Evaluation of field and laboratory predictors of drought and heat tolerance in winter cereals. Can. J. Plant Sci. 1997;77:523-531.

15. Gridnev G.A., Bulyntsev S.V., Sergeyev Ye.A. Sources of commercially valuable traits for chickpea breeding in the Tambov region. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Groat Crops. 2012;2:51-54. (in Russian)

16. Gupta N., Gill M., Arora N.K. Cluster analysis for fruit yield components in grapes. Electron. J. Plant Breed. 2017;8(1):306-310. DOI 10.5958/0975-928X.2017.00044.8.

17. Hajibarat Z., Saidi A., Hajibarat Z., Talebi R. Genetic diversity and population structure analysis of landrace and improved chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes using morphological and microsatellite markers. Environ. Exp. Biol. 2014;12:161-166.

18. Haralayya D., Salimath P.M., Aghora T.S., Adivappar N., Ganga P.S. Genetic diversity analysis by D2 clustering of yield and yield attributing traits in French bean (Phaseolus vulgaris L.). J. Pharmacogn. Phytochem. 2017;6(6):1331-1335.

19. Kahraman A., Onder M., Ceyhan E. Cluster analysis in common bean genotypes (Phaseolus vulgaris L.). Turk. J. Agric. Nat. Sci. 2014;Sp. Is.1:1030-1035.

20. Kayan N., Adak M.S. Associations of some characters with grain yield in chickpea (Cicer arietinum L.). Pak. J. Bot. 2012;44(1):267-272.

21. Kazydub N.G., Kuzmina S.P., Demyanenko K.A. Variety studies into chickpea collections in the southern forest-steppe of Siberia. Sovre-mennye Problemy Nauki i Obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2015;1(1):1658. URL: https://science-edu-cation.ru/ru/article/view?id=17249. (in Russian)

22. Kernasyuk Yu. Promising chickpea: Technology of chickpea cultivation in Ukraine. Ekonomichnyy Gectar = Economic Hectare. 2018. http://agro-business.com.ua/agro/ekonomichnyi-hektar/item/10611-perspektyvnyi-nut.html. (in Ukrainian)

23. Khamassi K., Kaab L.B.B., Khoufi S., Chaabane R., Teixeira Da Silva J.A., Mackay I.J., Ben Naceur M. Morphological and molecular diversity of Tunisian chickpea. Europ. J. Hort. Sci. 2012;77:1611-4426.

24. Khodadadi M., Fotokian M.H., Miransari M. Genetic diversity of wheat (Triticum aestivum L.) genotypes based on cluster and principal component analyses for breeding strategies. Aust. J. Crop Sci. 2011;5(1):17-24.

25. Kobyzeva L.N., Bezuglaya O.N., Sylenko S.I., Kolotylov V.V., Sokol T.V., Dokukina K.I., Vasylenko A.A., Bezuglyy I.M., Vus N.A. Methodological Recommendations for Studies into Grain Legume Genetic Resources. Kharkiv, 2016. (in Ukrainian)

26. Komarov V.I., Proreshneva R.K. Technological Evaluation of Pea, Lentil, and Bean Grain. Methodological Recommendations. Leningrad, 1992. (in Russian)

27. Kosenko N.O., Bezuglaya O.N. Chickpea sources of adaptability to the conditions of the eastern forest-steppe of Ukraine. In: Abstracts from the International Scientific and Practical Conference of Young Scientists “Theoretical and Practical Achievements of Young Agrarian Scientists”. Dnepropetrovsk, 2006;22-23. (in Ukrainian)

28. Kroonenberg P.M., Basford K.E., Ebskamp A.G.M. Three way cluster and component analyses of mais variety trials. Euphytica. 1995;84: 31-42.

29. Malik S.R., Shabbir G., Zubir M., Iqbal S.M., Ali A. Genetic diversity analysis of morpho-genetic traits in Desi chickpea (Cicer arietinum L.). Int. J. Agric. Biol. 2014;16:956-960.

30. Mecha B., Alamerew S., Assefa A., Assefa E., Dutamo D. Genetic diversity based on multivariate analysis for yield and it’s contributing characters in bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Agri. Res. Tech. 2017;8(5):555748. DOI 10.19080/ARTOAJ.2017.08.555748.

31. Methodical Guidelines for Studies of Resistance of Grain Legumes to Diseases. Leningrad: VIR Publ., 1976. (in Russian)

32. Methodical Recommendations for Studies into Grain Legume Genetic Resources of the All-Union Research Institute of Plant Breeding. Leningrad, 1975. (in Russian)

33. Motavassel H. Grouping phenological and morphological characteristics of chickpea genotypes (Cicer arietinum L.) Ardabil region using cluster analysis and detection function. IJFAS. 2013;2(23):1091-1094.

34. Naghavi M.R., Monfared S.R., Humberto G. Genetic diversity in Iranian chickpea (Cicer arietinum L.) landraces as revealed by microsatellite markers. Czech J. Genet. Plant Breed. 2012;48(3):131-138.

35. Nandini B., Gangappa E., Rajanna M.P., Mahadevu P., Ramesh S., Hittalmani P.V.S. Genetic variability analysis for grain yield and its components traits in traditional rice varieties (TRVs). Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2017;6(8):494-502. DOI 10.20546/ijcmas.2017.608.064.

36. Oliveira E.J., Aud F.F., Morales C.F.G., Oliveira S.A.S., Santos V.S. Non-hierarchical clustering of Manihotesculenta Crantz germplasm based on quantitative traits. Rev. Cien. Agron. 2016;47(3):548-555. DOI 10.5935/1806-6690.20160066.

37. Reddy M.V., Singh K.B. Evaluation of a world collection of chickpea germplasm accessions for resistance to ascochyta blight. Plant Dis. 1984;68(10):900-901.

38. Ribaut J.-M., Poland D. (Eds.). Molecular approaches for the genetic improvement of cereals for stable production in water-limited environments. A Strategic Planning Workshop held at CIMMYT. Mexico, 1999.

39. Rosielle A.A., Hamblin J. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Sci. 1981;21(6):943-946.

40. Serebrovskiy A.S. Animal and Plant Breeding. Moscow: Kolos Publ., 1969. (in Russian)

41. Shikhaliyeva K.B., Abbasov M.A., Rustamov Kh.N., Babayeva S.M., Akperov Z.I. Role of lentil genepool (Lens culinaris Medik.) from legume collection in the solution of breeding problems in Azerbaijan. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Groat Crops. 2018;2(26):36-43. DOI 10.24411/2309-348Х-2018-10013. (in Russian)

42. Shrestha J. Cluster analysis of maize inbred lines. J. Nepal Agric. Res. Council. 2016;2:33-36. DOI 10.3126/jnarc.v2i0.16119.

43. Singh P.K., Shrivastava N., Sharma B., Bhagyawant S.S. Effect of domestic processes on chickpea seeds for antinutritional contents and their divergence. Am. J. Food Sci. Technol. 2015;3(4):111-117.

44. Subramanian A., Subbaraman N. Hierarchical cluster analysis of genetic diversity in maize germplasm. Electron. J. Plant Breed. 2010; 1(4):431-436.

45. Syed M.A., Islam M.R., Hossain M.S., Alam M.M., Amin M.N. Genetic divergence in chickpea (Cicer arietinum L.). Bangladesh J. Agril. Res. 2012;37(1):129-136.

46. Taleei A., Shaabani J. Yield potential analysis of Desi chickpea genotypes in water stress conditions. Adv. Sci. Technol. Let. (BSBT). 2016;142:9-16. DOI 10.14257/astl.2016.142.02.

47. The Second Report on the State of the World’s Plant Genetic Resources for Food and Agriculture. Rome, 2010.

48. Tripathi S., Sridhar V., Jukanti A.K., Suresh K., Rao B.V., Gowda C.L.L., Gaur P.M. Genetic variability and interrelationships of phenological, physicochemical and cooking quality traits in chickpea. Plant Genet. Resour. 2012;10(3):194-201. DOI 10.1017/S1479262112000251.

49. Vavilov N.I. Selected Works: In 2 Vols. Leningrad: Nauka Publ., 1967. (in Russian)

50. Vilchynskaya L.A., Gorodyska O.P., Dyianchuk M.V., Kaminna O.O. Cluster analysis in buckwheat breeding. Visnyk Ukrainskoho Tova-rystva Henetykiv i Selektsioneriv = Herald of the Ukrainian Society of Geneticists and Breeders. 2017;15(2):145-149. ISSN 2415-3680 (Online), ISSN 1810-7834 (Print). (in Ukrainian)

51. Vural H., Karasu A. Agronomical characteristics of several chickpea ecotypes (Cicer arietinum L.) grown in Turkey. Not. Bot. Hort. Agrobot. Cluj. 2007;35(2):33-38.

52. Vus N.A., Bezuglaya O.N., Kobyzeva L.N. Formation of a work chickpea collection by Ascochyta blight tolerance. Zernobobovye i Krupyanye Kultury = Legumes and Groat Crops. 2017a;4:19-24. (in Russian)

53. Vus N.A., Kobyzeva L.N. Infection degree of chickpea accessions depending on phases of plant development in the eastern forest-steppe of Ukraine. Visnyk Lvivskogo Natsionalnogo Agrarnogo Universytetu: Agronomiya = Proceedings of the Lviv National Agrarian University. Agricultural Sciences. 2018;22(1):210-217. (in Ukrainian)

54. Vus N.A., Kobyzeva L.N., Bezuglaya O.N. Breeding value of chickpea accessions in terms of drought resistance in the conditions of the eastern forest-steppe of Ukraine. Naukovi Dopovidi NUBiP = Scientific Reports of the National University of Bioresources and Nature Management. 2017b;4(68):17. (in Ukrainian)

55. Yermakov A.I. Methods of Biochemical Investigations of Plants. Leningrad: Agropromizdat Publ., 1987. (in Russian)

56. Yucel D., Mart D. Drought tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes. Turk. J. Agric. Nat. Sci. 2014; Sp. Is. 1:1299-1303.

57. Zali H., Farshadfar E., Sabaghpour S.H. Genetic variability and interrelationships among agronomic traits in chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes. Crop Breed. J. 2011;1(2):127-132.