Изучение эффекта генов короткостебельности пшеницы (Triticum aestivum L.) и ржи (Secale cereale L.) на примере расщепляющейся популяции яровой тритикале в условиях вегетационного опыта

Изучение эффекта генов короткостебельности пшеницы (Triticum aestivum L.) и ржи (Secale cereale L.) на примере расщепляющейся популяции яровой тритикале в условиях вегетационного опыта

Автор: Крупин П.Ю., Черноок А.Г., Карлов Г.И., Соловьев А.А., Коршунова А.Д., Дивашук М.Г.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Тритикале

Статья в выпуске: 5 т.54, 2019 года.

Бесплатный доступ

Интрогрессия генов короткостебельности считается одним из надежных приемов преодоления полегания у сортов тритикале. При этом снижение высоты растений тритикале может происходить под влиянием генов как пшеничного, так и ржаного происхождения. В нашей работе в геном яровой тритикале был перенесен ген ржаного происхождения Ddw1 и изучено влияние генов Ddw1 и Rht-B1b на ряд хозяйственно значимых признаков. Мы получили семена F2 от скрещивания сортов озимой тритикале Авангард ( Ddw1 Ddw1 Rht-B1a Rht-B1a ) и яровой тритикале Соловей Харьковский ( ddw1 ddw1 Rht-B1b Rht-B1b ). Из них в условиях вегетационного опыта вырастили 273 растения с яровым типом развития (расщепляющаяся популяция F2). У каждого растения индивидуально определяли высоту; число и длину междоузлий; длину, число колосков и плотность главного колоса; массу зерна, число зерен и массу 1000 зерен с главного колоса. Каждое изучаемое растение генотипировали по аллельному состоянию генов с использованием ПЦР маркеров: аллельное состояние Rht-B1 определяли с помощью комбинации праймеров BF, MR1 и WR1; аллельное состояние Ddw1 - с праймерами для микросателлитного локуса REMS1218, сцепленного с указанным геном. Для выявления механизма наследования изучаемых генов короткостебельности мы изучили их доминантные и аддитивные эффекты. При определении влияния алеллей короткостебельности на хозяйственно ценные признаки сравнивали между собой гомозиготы по аллелям дикого типа ( ddw1 и Rht-B1a ) и по аллелям короткостебельности ( Ddw1 и Rht-B1b ), рассматривая эффект каждого из генов (независимый анализ) и межлокусное взаимодействие. Статистическую значимость различий и ассоциаций между анализируемыми признаками и генотипом оценивали с помощью критерия F Фишера, U -теста Манна-Уитни и коэффициента ранговой корреляции r Спирмена. Наши исследования показали, что эффекты интродуцированных генов Ddw1 и Rht-B1b несколько отличаются от таковых у ржи и пшеницы. Ddw1 статистически значимо влиял на высоту растения (снижение достигало 40 %, p = 0,05), проявив себя как частично доминантный аллель. В присутствии Rht-B1b высота яровой тритикале тоже снижалась, но в меньшей степени, чем под воздействием гена Ddw1 (до 20 %, p = 0,05), то есть аллель Rht-B1b проявил себя как частично рецессивный. Наличие гена Rht-B1b привело к увеличению массы зерна с колоса с 1,4 г до 1,7 г (на 21,4 %, р = 0,05) за счет повышения плотности колоса, большего числа колосков и возросшей фертильности. Интрогрессия гена Ddw1 вызывала снижение общей массы зерен с колоса с 1,8 г до 1,5 г (на 16,7 %, р = 0,05) за счет уменьшения массы 1000 зерен с 45,7 г до 41,3 г (на 9,6 %, р = 0,05). В целом оба изучаемых гена по влиянию на показатели зерновой продуктивности выступали антагонистами. Полученные результаты свидетельствуют о том, что у яровой тритикале сочетание двух генов короткостебельности - ржаного Ddw1 и пшеничного Rht-B1b формирует потенциал для повышения урожайности при создании низкостебельных форм и перспективно для селекции этой культуры.

Еще

Яровая тритикале, структурный анализ, гены короткостебельности, днк маркеры, селекция

Короткий адрес: https://sciup.org/142226261

IDR: 142226261   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2019.5.920rus

Список литературы Изучение эффекта генов короткостебельности пшеницы (Triticum aestivum L.) и ржи (Secale cereale L.) на примере расщепляющейся популяции яровой тритикале в условиях вегетационного опыта

  • FAOSTAT. Data. Режим доступа: http://www.fao.org/faostat/en/#data. Дата обращения: 20.04.2018.
  • Горянина Т.А. Сорта озимой тритикале на зернофураж в Среднем Поволжье. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2017, 5(67): 42-44.
  • McGoverin C.M., Snyders F., Muller N., Botes W., Fox G., Manley M. A review of triticale uses and the effect of growth environment on grain quality. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2011, 91(7): 1155-1165 ( ). DOI: 10.1002/jsfa.4338
  • Liu W., Leiser W.L., Maurer H.P., Li J., Weissmann S., Hahn V., Würschum T. Evaluation of genomic approaches for marker-based improvement of lodging tolerance in triticale. Plant Breeding, 2015, 134(4): 416-422 ( ). DOI: 10.1111/pbr.12284
  • Losert D., Maurer H.P., Marulanda J.J., Würschum T. Phenotypic and genotypic analyses of diversity and breeding progress in European triticale (× Triticosecale Wittmack). Plant Breeding, 2017, 136(1): 18-27 ( ). DOI: 10.1111/pbr.12433
  • Navabi A., Iqbal M., Strenzke K., Spaner D. The relationship between lodging and plant height in a diverse wheat population. Canadian Journal of Plant Science, 2006, 86(3): 723-726 ( ).
  • DOI: 10.4141/p05-144
  • Würschum T., Liu W., Busemeyer L., Tucker M., Reif J., Weissmann E., Hahn V., Ruckelshausen A., Maurer H. Mapping dynamic QTL for plant height in triticale. BMC Genetics, 2014, 15(1): 59 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2156-15-59
  • Miedaner T., Hübner M., Korzun V., Schmiedchen B., Bauer E., Haseneyer G., Wilde P., Reif J.C. Genetic architecture of complex agronomic traits examined in two testcross populations of rye (Secale cereale L.). BMC Genomics, 2012, 13(1): 706 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2164-13-706
  • McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat, 2013. Режим доступа: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komu-gi/genes/macgene/2013/GeneSymbol.pdf. Дата обращения: 20.04.2018.
  • McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat, 2017. Режим доступа: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/sup-plement2017.pdf. Дата обращения: 20.04.2018.
  • Mo Y., Vanzetti L., Hale I., Spagnolo E., Guidobaldi F., Al-Oboudi J., Odle N., Pearce S., Helguera M., Dubcovsky J. Identification and characterization of Rht25, a locus on chromosome arm 6AS affecting wheat plant height, heading time, and spike development. Theoretical and Applied Genetics, 2018, 131(10): 2021-2035 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-018-3130-6
  • Jobson E., Martin J., Schneider T., Giroux M. The impact of the Rht-B1b, Rht-D1b, and Rht-8 wheat semi-dwarfing genes on flour milling, baking, and micronutrients. Cereal Chemistry, 2018, 95(6): 770-778 ( ).
  • DOI: 10.1002/cche.10091
  • Zhao K., Xiao J., Liu Y., Chen S., Yuan C., Cao A., You F., Yang D., An S., Wang H., Wang X. Rht23 (5Dq′) likely encodes a Q homeologue with pleiotropic effects on plant height and spike compactness. Theoretical and Applied Genetics, 2018, 131(9): 1825-1834 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-018-3115-5
  • Rebetzke G.J., Bonnett D.G., Ellis M.H. Combining gibberellic acid-sensitive and insensitive dwarfing genes in breeding of higher-yielding, sesqui-dwarf wheats. Field Crops Research, 2012, 127: 17-25 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.fcr.2011.11.003
  • Divashuk M., Vasilyev A., Bespalova L., Karlov G. Identity of the Rht-11 and Rht-B1e reduced plant height genes. Russian Journal of Genetics, 2012, 48(7): 761-763 ( ).
  • DOI: 10.1134/S1022795412050055
  • Divashuk M.G., Fesenko I.A., Karlov G.I., Bespalova L.A., Vasilyev A.V., Puzyrnaya O.Y. Reduced height genes and their importance in winter wheat cultivars grown in southern Russia. Euphytica, 2013, 190(1): 137-144 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10681-012-0789-7
  • Mahone G.S., Frisch M., Bauer E., Haseneyer G., Miedaner T., Falke K.C. Detection of donor effects in a rye introgression population with genome-wide prediction. Plant Breeding, 2015, 134(4): 406-415 ( ).
  • DOI: 10.1111/pbr.12283
  • Alheit K., Busemeyer L., Liu W., Maurer H., Gowda M., Hahn V., Weissmann S., Ruckelshausen A., Reif J., Würschum T. Multiple-line cross QTL mapping for biomass yield and plant height in triticale (× Triticosecale Wittmack). Theoretical and Applied Genetics, 2013, 127(1): 251-260 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-013-2214-6
  • Börner A., Plaschke J., Korzun V., Worland A. The relationships between the dwarfing genes of wheat and rye. Euphytica, 1996, 89(1): 69-75 ( ).
  • DOI: 10.1007/bf00015721
  • Кобылянский В.Д. Новые селекционные признаки озимой ржи. Материалы II Вавиловской международной конференции "Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке. Состояние, проблемы, перспективы". СПб, 2007: 476-477.
  • Stojałowski S., Myskow B., Hanek M. Phenotypic effect and chromosomal localization of Ddw3, the dominant dwarfing gene in rye (Secale cereale L.). Euphytica, 2015, 201(1): 43-52 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10681-014-1173-6
  • Hackauf B., Goldfisch M., Musmann D., Melz G., Wehling P. Evaluation of the dominant dwarfing gene Ddw1 with respect to its use in hybrid rye breeding. Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs, 2013, 63: 41-42.
  • Кобылянский В.Д., Солодухина О.В. Развитие идей Н.И. Вавилова в современных исследованиях рода Secale L. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 2012, 169: 53-64.
  • Wolski T., Gryka J. Semidwarf winter triticale. Triticale today and tomorrow /H. Guedes-Pinto, N. Darvey, V.P. Carnide (eds.). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht Boston London, 1996: 581-588.
  • Pojmaj M.S., Wolski T. Breeding strategies for improving lodging resistance in winter triticale in connection with heterosis. CIMMYT, 1991. Режим доступа: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=QY9200132. Без даты.
  • Ittu G., Saulescu N.N., Ittu M., Mustatea P. Introduction of short straw genes in Romanian triticale germplasm. Romanian Agricultural Research, 2007, 24: 7-10.
  • Banaszak Z. Breeding of triticale in DANKO. Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs, 2010, 61: 65-68.
  • Korshunova A.D., Divashuk M.G., Soloviev A.A., Karlov G.I. Analysis of wheat and rye semidwarfing gene distribution in spring hexaploid triticale (Triticosecale Wittm.) cultivars and breeding lines. Russian Journal of Genetics, 2015, 51(3): 272-277 ( ).
  • DOI: 10.1134/s1022795415030072
  • Коршунова А.Д., Дивашук М.Г., Карлов Г.И., Соловьев А.А. Распространение замещения 2R/2D среди сортообразцов яровой гексаплоидной тритикале (½ Triticosecale Wittm.). Известия ТСХА, 2014, 6: 5-14.
  • Bazhenov M.S., Divashuk M.G., Krupin P.Yu., Pylnev V.V., Karlov G.I. The effect of 2D (2R) substitution on the agronomical traits of winter triticale in early generations of two connected crosses. Cereal Research Communications, 2015, 43(3): 504-514 ( ).
  • DOI: 10.1556/0806.43.2015.002
  • Thomas S.G. Novel Rht-1 dwarfing genes: tools for wheat breeding and dissecting the function of DELLA proteins. Journal of Experimental Botany, 2017, 68(3): 354-358 ( ).
  • DOI: 10.1093/jxb/erw509
  • Bernatzky R., Tanksley S.D. Genetics of actin-related sequences in tomato. Theoretical and Applied Genetics, 1986, 72(3): 314-321 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00288567
  • Ellis M., Spielmeyer W., Gale K., Rebetzke G., Richards R. "Perfect" markers for the Rht-B1b and RhtD1b dwarfing genes in wheat. Theoretical and Applied Genetics, 2002, 105: 1038-1042 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00122-002-1048-4
  • Tenhola-Roininen T., Tanhuanpää P. Tagging the dwarfing gene Ddw1 in a rye population derived from doubled haploid parents. Euphytica, 2010, 172(3): 303-312 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10681-009-9982-8
  • Смиряев А.В., Кильчевский А.В. Генетика популяций и количественных признаков. М., 2007.
  • Ковтуненко В.Я., Тимофеев В.Б., Дудка Л.Ф., Панченко В.В. Селекционная программа по тритикале в краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко. Селекцiя i насiнництво, 2008, 96: 89-97.
  • Пинкаль А.В. Зимостойкость и устойчивость к полеганию гибридов озимой тритикале. Омский научный вестник, 2012, 2 (114): 167-172.
  • Гольдварг Б.А., Грициенко В.Г., Бораева Л.Н. Озимый тритикале - культура больших возможностей. Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства, 2007, 2(2-2): 124-128.
  • Тысленко А.М., Лукин С.М., Русакова И.В., Гриб С.И., Скатова С.Е., Богомолова Е.Н., Московкин В.В., Зуев Д.В., Швидченко В.К., Никитина В.И., Худенко М.А., Маннапова Г.С., Маннапова Г.С., Илалова Л.В., Гильмуллина Л.Ф., Пономарев С.Н., Пономарева М.Л., Буштевич Е.Н., Полякова Е.Л., Углик Т.В Инновационные сорта и технологии возделывания ярового тритикале: коллективная монография. Владимир, 2017.
  • Gale M.D., Salter A.M., Angus F.J. The effect of dwarfing genes on the expression of heterosis for grain yield in F1 hybrid wheat. In: Current options for cereal improvement /M. Maluszynski (ed.). Kluwer Academic, Dordrecht, 1989: 49-62.
  • Keyes G., Sorrells M. Rht1 and Rht2 semidwarf genes effect on hybrid vigor and agronomic traits of wheat. Crop Science, 1989, 29: 1442-1447 ( ).
  • DOI: 10.2135/cropsci1989.0011183X002900060023x
  • Flintham E., Borner A., Worland A., Gale M. Optimizing wheat grain yield effects of Rht (gibberellin-insensitive) dwarfing genes. The Journal of Agricultural Science, 1997, 128: 11-25 ( ).
  • DOI: 10.1017/S0021859696003942
  • Flintham J.E., Gale M.D. Plant height and yield components of inbred isogenic and F1 hybrid dwarf wheat. Journal of Applied Genetics, 1998, 39: 73-83.
  • Gale M.D., Youssefian S. Dwarfing genes in wheat. In: Progress in plant breeding /G.E. Russel (ed.). Butterworths and Co., London, 1985, V. 1: 1-35.
  • Li X., Lan S., Liu Y., Gale M., Worland T. Effects of different Rht-B1b, Rht-D1b and Rht-B1c dwarfing genes on agronomic characteristics in wheat. Cereal Research Communications, 2006, 34(2-3): 919-924 ( ).
  • DOI: 10.1556/CRC.34.2006.2-3.220
  • Chebotar G., Motsnyy I., Chebotar S., Sivolap Y. Effects of dwarfing genes on the genetic background of wheat varieties in Southern Ukraine. Cytology and Genetics, 2012, 46(6): 366-372 ( ).
  • DOI: 10.3103/S0095452712060023
  • Hu Y.G. Utilization of dwarfing genes to improve drought tolerance and yield potential in wheat, 2012. Режим доступа: http://www.ub.edu/optichinagriculture/data/uploads/workshop2/present-ations/hu-yin-gang-nwaandfu.pdf. Дата обращения: 20.04.2018.
  • Miralles D.J., Katz S.D., Colloca A., Slafer G.A. Floret development in near isogenic wheat lines differing in plant height. Field Crops Research, 1998, 59(1): 21-30 (
  • DOI: 10.1016/S0378-4290(98)00103-8)
  • Miralles D.J., Slafer G.A. Individual grain weight responses to genetic reduction in culm length in wheat as affected by source-sink manipulations. Field Crops Research, 1995, 43 (2-3): 55-66 (
  • DOI: 10.1016/0378-4290(95)00041-N)
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp