doi: 10.15389/agrobiology.2017.3.487rus
УДК 633.1:58.056:631.523.4:631.527:575.22:51-76
Работа поддержана Российским фондом фундаментальный исследований
(грант № 16-04-199).
НЕКАНОНИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ
НАСЛЕДСТВЕННОГО ПОВЫШЕНИЯ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ
У РАСТЕНИЙ (на примере хлебных злаков)
В.А. ДРАГАВЦЕВ1, И.М. МИХАЙЛЕНКО1, М.А. ПРОСКУРЯКОВ2
В связи с глобальным потеплением и нарастающим удорожанием хлебопекарного и кормового зерна проблема наследственного повышения засухоустойчивости зерновых культур превращается в одну из главнейших задач обеспечения продовольственной безопасности человечества. На основе анализа сложной структуры свойства засухоустойчивости хлебных злаков (фенотипирования) показана ограниченность канонического геноцентрического подхода и подходов молекулярной генетики к решению задачи существенного наследственного повышения засухоустойчивости. Предложен приоритетный эпигенетический подход к наследственному повышению засухоустойчивости, основанный на теории эколого-генетической организации количественных признаков (ТЭГОКП), которая оперирует не признаками продуктивности, а с семью генетико-физиологическими системами (ГФС), повышающих урожаи: аттракции; микрораспределений аттрагированных пластических веществ между зернами и мякиной в колосе; адаптивности (засухо-, холодо-, морозо,- жаро-, солестойкости и т.п.); горизонтального иммунитета; «оплаты» сухой биомассой лимитирующего фактора почвенного питания (N,P,K…); толерантности к загущению фитоценоза; наследственной вариабельности подолжительности фаз онтогенеза. В представлемой статье рассматривается один из компонентов сложной ГФС — адаптивность, в частонсти засухоустойчивость. Показана необходимость фенотайпинга — расчленения сложного свойства засухоустойчивости, в формировании которой участвуют не менее 22 компонентных признаков. Это позволяет строить эколого-генетические портреты (ЭГП) родительских пар (гистограммы величин всех компонентов засухоустойчивости для каждого родителя) на стадии экспериментальных исследований в камерах искусственного климата для разных типов засухи и подбирать родительские пары с дополняющими друг друга элементами ЭГП. По полученному прогнозному ЭГП посредством математических моделей, отражающих вклады компонентных признаков в результирующую засухоустойчивость, можно определить те компоненты итоговой засухоустойчивости, которые в процессе управления подбором родительских пар и гибридизации приведут к оптимальной комбинации максимальных положительных аддитивных вкладов выбранных компонентов в результирующую засухоустойчивость нового сорта.
Ключевые слова: хлебные злаки, засухоустойчивость, фенотипирование, эколого-генетические портреты, управление подбором родительских пар.
V.A. Dragavtsev1, I.M. Mikhailenko1, M.A. Proskuryakov2
Improvement of hereditary drought resistance in crops is recently being among the main objectives for food security of humanity because of global warming and the growing costs for bakery and forage grain. Analysis of complex properties of drought resistance in cereals (phenotyping) shows the limitations of a canonical genocentric approach and the approaches based on molecular genetics to solve the problem of significant hereditary improvement of drought resistance. The priority epigenetic approach that we propose is based on the theory of eco-genetic organization of quantitative traits (TEGOQT). In TEGOQT seven genetic-physiological systems (GPS) involved in harvest increasing, but not particular traits of productivity, are to be operated with. These GPS are attractions; micro-distribution of attractive plastic substances between grains and chaff in ear; adaptability to drought, cold, frost, heat, salt, etc; horizontal immunity; «payment» by dry biomass for a limitative factor of soil nutrition — N, P, K, etc; tolerance to plant density in phytocenosis; hereditary variability in duration of the phases of ontogenesis). In this paper we discuss drought adaptability as a part of GPS complex. It is shown that phenotyping evaluation is necessary to analyze drought tolerance, the complex property to which no less than 22 component characters contribute. This allows to construct a set of eco-genetic portraits (EGP) of parent plants at different types of drought simulated in an artificial climate control chamber. The EGP are histograms which reflect the values of all components of drought resistance for each parent thus allowing to select pairs complementary in the elements of the EGP. Based on a predictive EGP, it is possible to define, through mathematical models that reflect the contribution of each component to the resulting drought tolerance, the optimum combination of components for ensuring maximum positive additive effect, and thus to manage selection of the parents for hybridization in view to create new drought resistant varieties.
Keywords: сrop cereals, drought resistance, phenotyping, eco-genetic portraits, management by selection of parental pairs.
1ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский
институт, |
Поступила в редакцию |
