doi: 10.15389/agrobiology.2020.1.15rus
УДК 633.11:631.526.324(571.1)
Исследование проведено при финансовой поддержке РНФ (проект № 16-16-10005).
ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ И ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛИНИЙ ГЕКСАПЛОИДНОЙ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ПШЕНИЦЫ (AABBDD) ПО ПАРАМЕТРАМ ЗЕРНОВКИ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
И.В. ПОТОЦКАЯ1, В.П. ШАМАНИН1, С.С. ШЕПЕЛЕВ1,
В.Е. ПОЖЕРУКОВА1, А.И. МОРГУНОВ2
Пшеница — основная продовольственнаяи экономически значимоая культура в Российской Федерации. Использование в селекционной работе диких сородичей пшеницы, несущих новые гены и аллели, позволит расширить генетическое разнообразие сортов для получения высоких и стабильных урожаев. В настоящей работе мы представлеям результаты изучения морфометрических параметров зерновки и генотипирования по 47 SNP (single nucleotide polymorphisms), в том числе по 13 маркерам, сцепленными с генами, контролирующими размер и массу зерновки. Такие данные для набора генотипов синтетической гексаплоидной пшеницы (геном AABBDD), у которых D геном перенесен из образцов Aegilops tauschii, происходящих из районов с наибольшим генетическим разнообразием этого вида, в условиях Западной Сибири получены впервые. Изучение 47 линий синтетической гексаплоидной пшеницы проводили на опытном поле Омского ГАУ в 2016-2018 годах (г. Омск). Синтетические линии селекции СIMMYT были созданы посредством скрещивания сортов твердой пшеницы селекции Селекционно-генетического института (г. Одесса, Украина) и сорта Pandur (Румыния) (Triticum durum Desf., геном AB) с образцами эгилопса Тауша (Aegilops tauschii Coss., syn. Aegilops squarrosa, геном D) из Germaplasm Bank (CIMMYT). Синтетические линии селекции университета Киото (Япония) получали в результате гибридизации сорта твердой пшеницы Langdon (США) с образцами Aegilops tauschii различного экологического происхождения. После уборки урожая в лабораторных условиях проводили структурный анализ компонентов продуктивности растений: число продуктивных стеблей на растение, число продуктивных колосков в колосе, число зерен в главном колосе, число зерен в колоске, число зерен с растения, масса зерна с главного колоса, масса зерна с растения, масса 1000 зерен. Изучали морфометрические характеристики зерновки (площадь, длина, ширина, периметр, циркулярность). Генотипирование синтетических линий по 47 SNP маркерам осуществляли с использованием технологии KASР™ («LGС Genomics», Великобритания). Синтетические линии характеризовались низкой вариабельностью параметров зерновки (Cv = 3,3-6,5 %) и более высокими средними значениями длины (7,58 мм), площади (21,1 мм2), периметра зерновки (19,7 мм) и массы 1000 зерен (34,9-46,7 г), чем у стандарта (сорт Памяти Азиева). В 2017-2018 годах была отмечена положительная сопряженность урожайности с длиной, площадью, периметром зерновки и отрицательная связь с показателями качества зерна (содержание белка и клейковины). Установлена несущественная связь между длиной и шириной зерновки (r от -0,08 до -0,23). Результаты генотипирования показали, что синтетические линии пшеницы могут служить генетическими источниками для повышения массы 1000 зерен. Выявлено 9 локусов, контролирующих размер зерновки и массу 1000 зерен: TaTTP6A, TaTGW2-6A, TaGASR-A1, TaGS5-3A, TaTGW6, TaTGW-7A, TaCwi-A1, TaGS-D1 и TaCKX-D1. Основной вклад в формирование размера и массы зерновки вносили сорта озимой твердой пшеницы, участвовавшие в создании синтетических линий, и гены, локализованные в геноме А. Синтетические линии селекции университета Киото формировали более крупное и тяжеловесное зерно (длина зерновки — 8,22-8,51 мм; масса 1000 зерен — 43,8-46,4 г) по сравнению с линиями селекции CIMMYT. Более высокие показатели массы 1000 зерен (41,2-42,5 г) имели гибридные комбинации Aisberg/Ae. squarrosa (511), Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (392), Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (1027) и Langdon/Ae. squarrosa. Линии № 8 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (392), № 37 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (310), № 44, 46 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (1027), № 27 Leuc 84693/Ae. squarrosa (409), № 41 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (1027), № 29 Langdon/IG 126387 имели пирамиду генов,отвечающих за размер зерновки и массу 1000 зерен: TaCwi-A1, TaGASR-A1, TaGS5-3A, TaGW2, TaTGW-7A, TaGS-D1 и TaCKX-D1 (№ 29 — за исключением TaGW2). Выявленные в настоящей работе образцы могут служить ценными источниками комбинаций генов, отвечающих за размер зерновки и массу 1000 зерен, для селекции в условиях Западно-Сибирского региона.
Ключевые слова: синтетическая пшеница, размер зерновки, масса 1000 зерен, SNР маркер, селекция.
I.V. Pototskaya 1, V.P. Shamanin1, S.S. Shepelev1, V.E. Pozherukova1,
A.I. Morgounov2
Wheat is both a vital food crop and an economically important commodity for Russia. Plant breeders are increasingly looking to wild relatives to introduce new genes and alleles to obtain high, stable wheat yields. In this paper, we present the study results for grain morphometric parameters and genotyping with usage of 47 SNP (single nucleotide polymorphisms), including 13 markers assosiated with genes responsible for grain size/weight. For the first time in Western Siberia these data were obtained for synthetic hexaploid wheat genotypes set (the genome AABBDD) in which the genome D was transferred from Aegilops tauschii, originated from regions with the highest genetic diversity of this species. The evaluation of 47 synthetic hexaploid wheat lines was performed on the experimental field of Omsk SAU (Omsk city) in 2016-2018. The synthetic lines were created in CIMMYT by crossing durum wheat (Triticum durum Desf., АВ genome) with different entries of Aegilops tauschii Coss. (synonym Ae. squarrosa, D genome) from Germaplasm Bank (CIMMYT). Synthetic lines of Kyoto University (Japan) were bred via hybridization of durum wheat variety Langdon (USA) with entries of Aegilops tauschii of different ecological origin. After harvesting the structural analysis of yield components, i.e. the number of tillers per plant, number of spikelets per spike, grains per spike, grains per plant, grain weight per spike, grain weight per plant, 1000-grain weight, was carried out. The basic morphometric parameters of grain (area, length, width, perimeter, circularity) were evaluated. Synthetic lines were genotyped with 47 SNP markers using KASPTM technology («LGC Genomics», UK). Synthetic lines were characterized by low variability of grain parameters (Cv = 3.3-6.5 %), higher grain lenght (7.58 mm), area (21.1 mm2), perimeter (19.7 mm), and thousand kernel weight (34.9-46.7 g) than standard variety Pamyati Azieva. In 2017-2018, the grain yield positively correlated with grain lenght, area, perimeter and negativeley correlated with grain quality indicators (protein and gluten content). An insignificant relationship between the grain lenght and width (r from -0.08 to -0.23) was established. The results indicate that synthetic wheat lines are useful genetic donors for increasing thousand kernel weight due to genes TaTPP6A, TaGW2-6A, TaGASR-A1, TaGS5-3A, TaTGW6, TaTGW-7A, TaCwi-A1, TaGS-D1, and TaCKX-D1. The winter durum wheat varieties, which were used in the creation of synthetic lines, and genes of the A genom mainly contribute to grain size/weight. Synthetic lines from Kyoto University had larger and heavier grains (length 8.22-8.51 mm; thousand kernel weight 43.8-46.4 g) compared to the CIMMYT lines. Hybrid combinations Aisberg/Ae. squarrosa (511), Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (392), Ukr.-Od.1530.94/Ae.squarrosa (1027), and Langdon/Ae. squarrosa had the highest thousand kernel weight. Lines No. 8 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (392), No. 37 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (310), No. 44, 46 Ukr.-Od.1530.94/Ae. squarrosa (1027), No. 27 Leuc 84693/Ae. squarrosa (392), No. 41 Ukr.-Od.1530.94/Ae.squarrosa (1027), No. 29 Lang-don/IG 126387 (with exception of TaGW2) are recommended as promisis soucers for pyramiding genes TaCwi-A1,TaGASR-A1, TaGS5-3A, TaGW2, ТaTGW-7A, TaGS-D1, and TaCKX-D1 which are responsible for grain size and thousand kernel weight. The indentified entries in this studies are valuable souces of combination of genes responsible for grain size and thousand kernel weight for breeding under conditions of Western Siberia region.
Keywords: synthetic wheat, grain size, thousand kernel weight, SNP marker, breeding.
1ФГБОУ ВО Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, |
Поступила в редакцию |
