Фенотипическое разнообразие линий мягкой пшеницы с интрогрессиями от диплоидного злака Aegilops speltoides по технологическим свойствам зерна и муки

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.

1. Адонина 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.

2. Вавилов Н.И. Иммунитет растений к инфекционным заболевани- ям. М., 1986.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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).

7. ГОСТ Р 54478-2011. Зерно. Методы определения количества и качества клейковины в пшенице. Дата введения: 2013-01-01.

8. ГОСТ Р 51415-99 (ИСО 5530-4-91) Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Определение реологических свойств с применением альвеографа. Дата введения: 2001-03-01.

9. 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.

10. 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.

11. Егоров Г.А. Управление технологическими свойствами зерна. Воронеж, 2000.

12. Козьмина Н.П. Зерно. М., 1969.

13. Крупнова О.В. Качество зерна яровой мягкой пшеницы с транслокациями от сородичей: Дис. … д-ра биол. наук. Саратов, 2010.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Mетодика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1988.

18. Митрофанова О.П. Генетические ресурсы пшеницы в России: состояние и предселекционное изучение. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1):10-20.

19. 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.

20. Цицин Н.В. Отдаленная гибридизация в семействе злаковых. М., 1958.

21. Шибаев П.Н., Гусев И.С., Самсонов М.М. Стекловидность и структурно-механические свойства зерна пшеницы. Селекция и семеноводство. 1974;3:22-26.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. Martin D.J., Stewart B.G. Dough stickiness in rye-derived wheat cultivars. Euphytica. 1990;51:77-86. https://doi.org/10.1007/BF00022895.

29. 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.

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. 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.