Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Изучение потенциала исходного селекционного материала пшеницы (Triticum aestivum L.) в андрогенезе (Triticum aestivum L.)

https://doi.org/10.18699/VJGB-23-117

Аннотация

Создание удвоенных гаплоидов – ценный биотехнологический подход в селекции растений, позволяющий ускоренно создавать новые сорта за счет одноэтапного получения гомозиготных линий. Целью настоящего исследования было проведение оценки показателей андрогенеза in vitro в культуре пыльников исходного селекционного материала сортов и комбинаций F1 и F2 и выявление перспективных образцов с хорошей отзывчивостью. В работе использован растительный материал, перспективный для селекционных программ Сибирского научно-исследовательского института растениеводства и селекции – филиала ИЦиГ СО РАН. Десять сортов мягкой пшеницы и гибриды F1 и F2 девяти комбинаций скрещивания оценивали по основным параметрам андрогенеза in vitro: числу новообразований, числу альбиносов и зеленых растений-регенерантов и всех регенерировавших растений. Индукцию андрогенеза in vitro проводили в культуре пыльников на питательной среде Chu (N6), в качестве регулятора роста использовали 1 мг/л 2.4-Д. У изучаемых образцов обнаружен различный ответ на индукцию андрогенеза in vitro. Отмечен максимальный выход новообразований у гибридов F2 Новосибирская 15 × Лютесценс ШТ-335. Наибольшее количество зеленых растений-регенерантов обнаружено у F1 Новосибирская 15 × Лютесценс ШТ-335. По результатам дисперсионного анализа установлено достоверное ( p < 0.01) влияние генотипа на изучаемые признаки. Выявлены сорта с хорошей отзывчивостью в культуре пыльников (Новосибирская 15) и с отсутствием отзывчивости к андрогенезу in vitro (Новосибирская 31). Сорт Новосибирская 16 характеризовался низкой регенерационной способностью новообразований. Среди гибридов значительный гетерозисный эффект отмечен по признаку «число новообразований на 100 пыльников» в комбинациях Новосибирская 15 × Лютесценс ШТ-335, Новосибирская 15 × Лютесценс 111/09, Загора Новосибирская × Обская 2. Сорт Новосибирская 15 рекомендован к включению в скрещивания как сорт, обеспечи вающий высокую отзывчивость в андрогенезе in vitro гибридов. Применение технологии удвоенн ых гаплоидов позволило быстро создать DH-линии на основе изучаемого материала.

Об авторах

Н. В. Петраш
Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Т. Н. Капко
Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



В. В. Советов
Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Список литературы

1. Abd El-Fatah B.E.S., Sayed M.A., El-Sanusy S.A. Genetic analysis of anther culture response and identification of QTLs associated with response traits in wheat (Triticum aestivum L.). Mol. Biol. Rep. 2020;47(12):9289-9300. DOI 10.1007/s11033-020-06007-z

2. Agache S., Bachelier B., de Buyser J., Henry Y., Snape J. Genetic analysis of anther culture response in wheat using aneuploid, chromosome substitution and translocation lines. Theor. Appl. Genet. 1989; 77(1):7-11. DOI 10.1007/bf00292308

3. Canonge J., Roby C., Hamon C., Potin P., Pfannschmidt T., Philip- pot M. Occurrence of albinism during wheat androgenesis is correlated with repression of the key genes required for proper chloroplast biogenesis. Planta. 2021;254(6):123. DOI 10.1007/s00425021-03773-3

4. Castillo A.M., Sánchez-Díaz R.A., Vallés M.P. Effect of ovary induction on bread wheat anther culture: ovary genotype and developmental stage, and candidate gene association. Front. Plant Sci. 2015;6: 402. DOI 10.3389/fpls.2015.00402

5. Castillo A.M., Allue S., Costar A., Alvaro F., Valles M.P. Doubled haploid production from Spanish and Central European spelt by anther culture. J. Agric. Sci. Technol. 2019;21(5):1313-1324

6. Chaudhary H.K., Dhaliwal I., Singh S., Sethi G.S. Genetics of androgenesis in winter and spring wheat genotypes. Euphytica. 2003;132: 311-319. DOI 10.1023/A:1025094606482

7. Chu C.-C. The N6-medium and its application to anther culture of cereal crops. In: Proceedings of Symposium on Plant Tissue Culture (25–30 May 1978). Peking: Science Press, 1978:43-50

8. Dagüstü N. Diallel analysis of anther culture response in wheat (Triticum aestivum L.). Afr. J. Biotechnol. 2008;7(19):3419-3423

9. Dunford R., Walden R.M. Plastid genome structure and plastid-related levels in albino barley plants derived from anther culture. Curr. Genet. 1991;20(4):339-347. DOI 10.1007/BF00318524

10. Dunwell J.M. Haploids in flowering plants: origins and exploration. Plant Biotechnol. J. 2010;8(4):377-424. DOI 10.1111/j.1467-7652.2009.00498

11. Ekiz H., Konzak C.F. Preliminary diallel analysis of anther culture response in wheat (Triticum aestivum L.). Plant Breed. 1994;113(1): 47-52. DOI 10.1111/j.1439-0523.1994.tb00700.x

12. El-Hennawy M.A., Abdalla A.F., Shafey S.A., Al-Ashkar I.M. Production of doubled haploid wheat lines (Triticum aestivum L.) using anther culture technique. Ann. Agric. Sci. 2011;56(2):63-72. DOI 10.1016/j.aoas.2011.05.008

13. Embryological Foundations of the Wheat Androclinium: Atlas. Moscow: Nauka Publ., 2005 (in Russian)

14. Forster B.P., Thomas W.T. Doubled haploids in genetics and plant breeding. In: Janick J. (Ed.). Plant Breeding Reviews. Vol. 25. John Wiley & Sons, 2005;57-88. DOI 10.1002/9780470650301.ch3

15. Gamborg O.L., Eveleigh D.E. Culture methods and detection of glucanases in suspension cultures of wheat and barley. Can. J. Biochem. 1968;46(5):417-421. DOI 10.1139/o68-063

16. Grauda D., Žagata K., Lanka G., Strazdina V., Fetere V., Lisina N., Krasnevska N., Fokina O., Mikelsone A., Ornicans R., Belogrudova I., Rashal I. Genetic diversity of wheat (Triticum aestivum L.) plants-regenerants produced by anther culture. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(4):537-544. DOI 10.18699/VJ16.176

17. Griffing B. Concept of general and specific combining ability in relation to diallel crossing systems. Aust. J. Biol. Sci. 1956;9:463-493

18. Guha S., Maheshwari S. In vitro production of embryos from anthers of Datura. Nature. 1964;204(4957):497-497. DOI 10.1038/204497a0

19. Hale B., Ferrie A.M., Chellamma S., Samuel J.P., Phillips G.C. Androgenesis-based doubled haploidy: Past, present, and future perspectives. Front. Plant Sci. 2022;12:751230. DOI 10.3389/fpls.2021.751230

20. Hao M., Chen J., Zhang L., Luo J., Yuan Z., Yan Z., Liu D. The genetic study utility of a hexaploid wheat DH population with non-recombinant A- and B-genomes. SpringerPlus. 2013;2(1):131. DOI 10.1186/2193-1801-2-131

21. Kanbar O.Z., Lantos C., Chege P., Kiss E., Pauk J. Generation of doubled haploid lines from winter wheat (Triticum aestivum L.) breeding material using in vitro anther culture. Czech J. Genet. Plant Breed. 2020;56(4):150-158. DOI 10.17221/113/2019-CJGPB

22. Kasha K.J., Maluszynski M. Production of doubled haploids in crop plants. An introduction. In: Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I. (Eds.). Doubled Haploid Production in Crop Plants. Dordrecht: Springer, 2003;1-4. DOI 10.1007/978-94-0171293-4_1

23. Kolesnikova E.O., Donskikh E.I., Berdnikov R.V. Haploid biotechnology as a tool for creating a selection material for sugar beets. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(8):812-821. DOI 10.18699/VJ21.094 (in Russian)

24. Kondic-Špika A., Vukosavljev M., Kobiljski B., Hristov N. Relationships among androgenic components in wheat and their responses to the environment. J. Biol. Res. 2011;16:217-223

25. Lantos C., Pauk J. Anther culture as an effective tool in winter wheat (Triticum aestivum L.) breeding. Russ. J. Genet. 2016;52(8):794-801. DOI 10.1134/S102279541608007X

26. Lantos C., Pauk J. Factors influencing the efficiency of wheat anther culture. Acta Biol. Crac. Ser. Bot. 2020;62(2):7-16. DOI 10.24425/abcsb.2020.131671

27. Lantos C., Weyen J., Orsini J.M., Gnad H., Schlieter B., Lein V., Kontowski S., Jacobi A., Mihály R., Broughton S., Pauk J. Efficient application of in vitro anther culture for different European winter wheat (Triticum aestivum L.) breeding programmes. Plant Breed. 2013;132(2):149-154. DOI 10.1111/pbr.12032

28. Lazaridou T., Pankou C., Xynias I., Roupakias D. Effect of D genome on wheat anther culture response after cold and mannitol pretreatment. Acta Biol. Crac. Ser. Bot. 2016;58(1):95-102. DOI 10.1515/abcsb-2016-0006

29. Li H., Singh R.P., Braun H.J., Pfeiffer W.H., Wang J. Doubled haploids versus conventional breeding in CIMMYT wheat breeding programs. Crop Sci. 2013;53(1):74-83. DOI 10.2135/CROPSCI2012.02.0116

30. Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I. (Eds.). Doubled Haploid Production in Crop Plants. Dordrecht: Springer, 2003. DOI 10.1007/978-94-017-1293-4

31. Mozgova G.V., Orlov P.A., Shalygo N.V. Variation in evolutionary unstable regions of the chloroplast genome in plants obtained in the anther culture of dihaploid wheat lines. Genetika = Genetics. 2006; 42(2):192-197 (in Russian)

32. Nielsen N.H., Andersen S.U., Stougaard J., Jensen A., Backes G., Jahoor A. Chromosomal regions associated with the in vitro culture response of wheat (Triticum aestivum L.) microspores. Plant Breed. 2015;134(3):255-263. DOI 10.1111/pbr.12257

33. Omarov D.S. On the methodology of recording and assessing heter osis in plants. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 1975;10(1):123-127 (in Russian)

34. Ouyang J.W., Hu H., Chuang C.C., Tseng C.C. Induction of pollen plants from anthers of Triticum aestivum L. cultured in vitro. Sci. Sin. 1973;16:79-95

35. Pederson D.G. The estimation of heritability and degree of dominance from a diallel cross. Heredity. 1971;27(2):247-264. DOI 10.1038/hdy.1971.88

36. Pershina L.A., Osadchaya T.S., Badaeva E.D., Belan I.A., Rosseeva L.P. Features of androgenesis in anther cultures of varieties and a promising accession of spring common wheat bred in West Siberia differing in the presence or absence of wheat-alien translocations. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(1):40-49 (in Russian)

37. Pershina L., Trubacheeva N., Badaeva E., Belan I., Rosseeva L. Study of androgenic plant families of alloplasmic introgression lines (H. vulgare)–T. aestivum and the use of sister DH lines in breeding. Plants. 2020;9(6):764. DOI 10.3390/plants9060764

38. Petrash N.V., Orlova E.A., Likhenko I.E., Piskarev V.V. The study of the efficiency of anther culture in vitro of bread wheat varieties and hybrids (Triticum aestivum L.). Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2022;14(6):17-22. DOI 10.31367/2079-8725-2022-83-6-17-22 (in Russian)

39. Seguí-Simarro J.M., Moreno J.B., Fernández M.G., Mir R. Species with haploid or doubled haploid protocols. In: Segui-Simarro J.M. (Ed.). Doubled Haploid Technology. Methods in Molecular Biology. Vol. 2287. New York: Humana, 2021a;41-103. DOI 10.1007/978-1-0716-1315-3_3

40. Seguí-Simarro J.M., Jacquier N.M., Widiez T. Overview of in vitro and in vivo doubled haploid technologies. In: Segui-Simarro J.M. (Ed.). Doubled Haploid Technology. Methods in Molecular Biology. Vol. 2287. New York: Humana, 2021b;3-22. DOI 10.1007/978-1-0716-1315-3_1

41. Seldimirova O.A. Formation of polyembryoids in in vitro culture of wheat anthers. Fiziologiya i Biokhimiya Kulturnykh Rastenii = Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants. 2009;41(6):531-538 (in Russian)

42. Sharma S., Sethi G.S., Chaudhary H.K. Influence of winter and spring wheat genetic backgrounds on haploid induction parameters and trait correlations in the wheat × maize system. Euphytica. 2005; 144(1-2):199-205. DOI 10.1007/s10681-005-5812-9

43. Sorokin O.D. Applied Statistics on the Computer. Novosibirsk, 2004 (in Russian)

44. Timonova E.M., Adonina I.G., Salina E.A. The influence of combinations of alien translocations on in vitro androgenesis in spring common wheat (Triticum aestivum L.). Trudy po Prikladnoy Botan ike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Gene tics and Breeding. 2022;183(1):127-134. DOI 10.30901/2227-8834-2022-1-127-134 (in Russian)

45. Tuvesson S., Ljungberg A., Johansson N., Karlsson K.E., Suijs L.W., Josset J.P. Large‐scale production of wheat and triticale double haploids through the use of a single‐anther culture method. Plant Breed. 2000;119(6):455-459. DOI 10.1046/j.1439-0523.2000.00536.x

46. Tuvesson S.A., von Post R., Ljungberg A. Wheat anther culture. In: Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I. (Eds.). Doubled Haploid Production in Crop Plants. Dordrecht: Springer, 2003;71-76. DOI 10.1007/978-94-017-1293-4_12

47. Urazaliyev K.R. Doubled haploids technology in plants. Biotekhnolo giya. Teoriya i Praktika = Biotechnology. Theory and Practice. 2015;3:33-44. DOI 10.11134/btp.3.2015.4 (in Russian)

48. Wędzony M., Forster B.P., Żur I., Golemiec E., Szechyńska-Hebda M., Dubas E., Gotębiowska G., Wędzony M. Progress in doubled haploid technology in higher plants. In: Touraev A., Forster B.P., Jain S.M. (Eds.). Advances in Haploid Production in Higher Plants. Dordrecht: Springer, 2009;1-33. DOI 10.1007/978-1-4020-8854-4_1

49. Zhao L., Liu L., Wang J., Guo H., Gu J., Zhao S., Li J., Xie Y. Development of a new wheat germplasm with high anther culture ability by using of gamma-ray irradiation and anther culture. J. Sci. Food Agric. 2015;95(1):120-125. DOI 10.1002/jsfa.6691

50. Zhao P., Wang K., Zhang W., Liu H.Y., Du L.P., Hu H.R., Ye X.G. Comprehensive analyses of differently expressed genes and proteins in albino and green plantlets from a wheat anther culture. Biol. Plant. 2017;61:255-265. DOI 10.1007/s10535-016-0662-y


Рецензия

Просмотров: 352


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


ISSN 2500-3259 (Online)