Изучение фертильности и цитогенетической изменчивости у андрогенных растений (R0 и R1) аллоплазматических интрогрессивных линий мягкой пшеницы

Культивирование пыльников – один из методов получения дигаплоидных (ДГ) линий пшеницы, широко используемых в генетике и селекции. Одним из ограничений в применении этого метода для генотипов пшеницы гибридного происхождения может быть цитогенетическая изменчивость андрогенных растений, которая приводит к снижению их фертильности или стерильности. Изучена фертильность андрогенных растений R0, а также фертильность и числа хромосом растений R1 аллоплазматических интрогрессивных линий мягкой пшеницы для выявления растений, необходимых для формирования 42-хромосомных дигаплоидных линий, сочетающих чужеродный генетический материал разных видов. В работу включены линии 311/134, 311/FL, 311/IR, имеющие цитоплазму ячменя Hordeum vulgare. Линия 311/134 несет пшенично-ржаную 1RS.1BL и пшенично-пырейную 7DL-7Ai транслокации; линия 311/FL – транслокацию 1RS.1BL и, возможно, интрогрессии от Agropyrum glaucum; линия 311/IR – пшенично-ржаную 1RS.1BL и пшенично-эгилопсную T2B/2S#2 транслокации. В культуре пыльников у всех линий получены зеленые проростки. Обнаружены различия между линиями по способности к андрогенезу и уровню фертильности растений R0 и R1. У линии 311/IR подавлена способность к андрогенезу и проявляются высокая частота стерильных растений R0 и низкий уровень фертильности растений R1 с преимущественным развитием анеуплоидов. Предполагается, что причина этому – цитогенетическая нестабильность гамет, вызванная действием гаметоцидных генов, локализованных на T2B/2S#2. Среди растений R1 линий 311/134 и 311/FL, выращенных из семян растений R0 с низким уровнем завязываемости семян, 63,3 % – анеуплоиды. Выявлены регенеранты R0, которые в R1-поколении расщеплялись по уровню фертильности и числам хромосом. Показано, что отбор растений для формирования ДГ-линий у изученных линий целесообразно проводить среди растений R1 c 2n = 42 и высоким уровнем фертильности, независимо от его уровня исходных растений R0.

аллоплазматические интрогрессивные линии (H. vulgare)-T. aestivum, культура пыльников, андрогенез, фертильность, число хромосом, дигаплоидные линии

1. Barnabas B., Szakacs Ĕ., Karsai I., Bedö Z. In vitro androgenesis of wheat: from fundamental to practical application. Euphytica. 2001; 119(1);211-216.

2. Belan I., Rosseeva L., Laikova L., Rosseev V., Pershina L., Trubacheeva N., Morgounov A., Zelenskiy Y. Utilization of new wheat genepool in breeding of spring bread wheat. [Proc. 8th Int. Wheat Conference]. St. Petersburg, 2010;69-70.

3. Belan I.A., Rosseeva L.P., Meshkova L.V., Shepelev S.S., Zelensky Yu.I. Immunological evaluation of “KASIB” material in southern forest–steppe of West Siberia. Vestnik Altayskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Bulletin of the Altai State Agricultural University. 2012b;10(96):39-43.

4. Belan I.A., Rosseeva L.P., Rosseev V.M., Badaeva E.D., Zelenskiy Y.I., Blokhina N.P., Shepelev S.S., Pershina L.A. Examination of adaptive and agronomic characters in lines of common wheat Omskaya 37 bearing translocations 1RS.1BL and 7DL-7Ai. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012а;16(1):178-186.

5. Belan I.A., Rosseeva L.P., Rosseev V.M., Badayeva E.D., Zelensky Yu.I., Blochina N.P., Shepelev S.S., Pershina L.A. Examination of adaptive and agronomic characters in lines of common wheat Omskaya 37 bearing translocations 1RS.1BL and 7DL-7Ai. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2015;5(1):41-47. DOI 10.1134/S2079059715010037

6. Chuang C.C., Ouyang J.W., Chia H., Chou S.M., Ching C.K. A set of potato media for wheat anther culture. Proc. Symp. Plant Tissue Culture. Peking, 1978:51-56.

7. Forster B.P., Thomas W.T.B. Doubled haploids in genetics and plant breeding. Plant Breed. Rev. 2005;25:57-88. DOI 10.1002/9780470650301.ch3

8. Friebe B., Jiang J., Raupp W.J., McIntosh R.A., Gill B.S. Characterization of wheat-alien translocations conferring resistance to diseases and pests: current status. Euphytica. 1996;91(1):59-87.

9. 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.

10. Germana M.A. Gametic embryogenesis and haploid technology as valuable support to plant breeding. Plant Cell Rep. 2011;30(5):839-857. DOI 10.1007/s00299-011-1061-7

11. Gupta S.K., Charpe A., Prabhu K.V., Haque Q.M. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat. Theor. Appl. Genet. 2006;113(6):1027-1036. DOI 10.1007/s00122-006-0362-7

12. Hu H., Huang B. Application of pollen-derived plants to crop improvement. Int. Rev. Cytol. 1987(107):293-313. DOI 10.1016/S0074-7696(08)61079-7

13. Hussain B., Khan M.A., Ali Q., Shaukat S. Double haploid production is the best method for genetic improvement and genetic studies of wheat? Int. J. Agro Veter. Med. Sci. 2012;6(4):216-228.

14. Jane A., Lorz H. Cereal microspore culture. Plant Sci. 1995;109(1):1-12.

15. Joshi R.K., Nayak S. Gene pyramiding – a broad spectrum technique for developing durable stress resistance in crop. Biotechnol. Mol. Biol. Rev. 2010;5(3):51-60.

16. Konieczny R., Czaplicki A.Z., Golczyk H., Przywara L. Two pathways of plant regeneration in wheat anther culture. Plant Cell, Tissue Organ Culture. 2003;73(2):177-187.

17. Liu S., Yu L.-X., Singh R.P., Jin Y., Sorrels M.E., Anderson J.A. Diagnostic and co-dominant PCR markers for wheat stem rust resistance genes Sr25 and Sr26. Theor. Appl. Genet. 2010;120(4):691-697. DOI 10.1007/s00122-009-1186-z

18. Liu W., Zheng M.Y., Polle E.A., Konzak C.F. Highly efficient doubledhaploid production in wheat (Triticum aestivum L.) via induced microspore embryogenesis. Crop Sci. 2002;42(3):686-692.

19. Mago R., Spielmeyer W., Lawrence J., Lagudah S., Ellis G., Pryor A. Identification and mapping of molecular markers linked to rust resistance genes located on chromosome 1RS of rye using wheat-rye translocation lines. Theor. Appl. Genet. 2002;104(8):1317-1324. DOI 10.1007/s00122-002-0879-3

20. Marais G.F., Bekker T.A., Eksteen A., McCallum B., Fetch T., Marais A.S. Attempts to remove gametocidal genes co-transferred to common wheat with rust resistance from Aegilops speltoides. Euphytica. 2010;171(1):71-85. DOI 10.1007/s10681-009-9996-2

21. Nasuda S., Friebe B., Gill B.S. The morphology of the chromosome fragments suggests that the Gc genes induce chromosome breaks in the G1 phase prior to DNA synthesis of the first postmeiotic mitosis. Genetics. 1998;149(2):1115-1124.

22. Niroula R.K., Bimb H.P. Overview of wheat × maize system of crosses for dihaploid induction in wheat. World Appl. Sci. J. 2009;7(8): 1037-1045.

23. Oleszczuk S., Rabiza-Swider J., Zimny J., Lukaszewski A.J. Aneuploidy among androgenic progeny of hexaploid triticale (×Triticosecale Wittmack). Plant Cell Rep. 2011;30(4):575-586. DOI 10.1007/s00299-010-0971-0

24. Oleszczuk S., Tyrka M., Zimny J. The origin of clones among androgenic regenerants of hexaploid triticale. Euphytica. 2014;198(3): 325-336.

25. Osadchaya T.S., Pershina L.A., Trubacheeva N.V., Belan I.A., Rosseeva L.P., Devyatkina E.P. Androgenesis ability in common wheat euplasmic lines and alloplasmic recombinant lines (H. vulgare)-T. aestivum possessing 1RS.1BL and 7DL-7Ai translocations and production of doubled haploids lines.Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(4/1): 650-659.

26. Osadchaya T.S., Pershina L.A., Trubacheeva N.V., Belan I.A., Rosseeva L.P., Devyatkina E.P. Androgenesis ability in common wheat euplasmic lines and alloplasmic recombinant lines (H. vulgare)-T. aestivum possessing 1RS.1BL and 7DL-7Ai translocations and production of double haploid lines. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2015; 5(3):174-181. DOI 10.1134/S2079059715030132

27. 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.

28. 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. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2013;3(4):246-253. DOI 10.1134/

29. S2079059713040096

30. Sibikeev S.N., Voronina S.A., Badaeva E.D., Druzhin A.E. Study of resistance to leaf and stem rusts in Triticum aestivum – Aegilops speltoides lines. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015;19(2):165-170.

31. Sibikeev S.N., Voronina S.A., Badaeva E.D., Druzhin A.E. Study of resistance to leaf and stem rust in Triticum aestivum – Aegilops speltoides lines. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2016;6(4):351-356. DOI 10.1134/S2079059716040183

32. Sibikeeva Yu.E., Sibikeev S.N., Krupnov V.A. The effect of Lr19-translocation on in vitro androgenesis and inheritance of leaf-rust resistance in DH3 lines and F2 hybrids of common wheat. Genetika = Genetics (Moscow). 2004;40(9):1224-1228.

33. Sibikeeva Yu.E., Sibikeev S.N., Krupnov V.A. The effect of Lr19-translocation on in vitro androgenesis and inheritance of leaf-rust resistance in DH3 lines and F2 hybrids of common wheat. Russ. J. Genet. 2004;40(9):1003-1006.

34. Singh N.K., Shepherd K.W., McIntosh R.A. Linkage mapping of genes for resistance to leaf, steam and stripe rust and ω-secalins on the short arm of rye chromosome 1R. Theor. Appl. Genet. 1990;80:609-616. DOI 10.1007/BF00224219. pmid:24221066

35. Sinha P., Tomar S.M., Vinod, Singh V.K., Balyan H.S. Genetic analysis and molecular mapping of a new fertility restorer gene Rf8 for Triticum timopheevi cytoplasm in wheat (Triticum aestivum L.) using SSR markers. Genetica. 2013;141(10-12):431-341. DOI 10.1007/s10709-013-9742-5

36. Stepochkin P.I., Ponomarenko V.I., Pershina L.A., Osadchaya T.S., Trubacheeva N.V. Utilization of distant hybridization for development of breeding material of winter wheat. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2012;6:37-38.

37. Tersi M., Xynias I.N., Gouli-Vadinoudi E., Roupakias D.G. Anther culture response of F1 durum bread wheat hybrids after colchicines. Plant Breed. 2006;125(5):457-460. DOI 10.1111/j.1439-0523.2006. 01285.x

38. Veilleux R.E. Gametoclonal variation in crop plants. Current Plant Sci. Biotechnol. Agricult. 1998;32;123-133.