vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-1-144-153vir-nw-1506Research ArticleОТЕЧЕСТВЕННАЯ СЕЛЕКЦИЯ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕDOMESTIC PLANT BREEDING AT THE PRESENT STAGEФенотипическая стабильность регенерантных линий яровой мягкой пшеницыPhenotypic stability of spring bread wheat regenerant lineshttps://orcid.org/0000-0002-4430-2719СтупкоВ. Ю.StupkoV. Yu.

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

660041 Россия, Красноярск, пр. Свободный, 66

Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher 

 66 Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041, Russia 

stupko@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1274-2098СидоровА. В.SidorovA. V.

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией 

660041 Россия, Красноярск, пр. Свободный, 66

 Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Head of a Laboratory 

 66 Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041, Russia 

asidorovs@list.ruФедеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», Красноярский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАНРоссияKrasnoyarsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture – Division of KSC SB RASRussian Federation2023210420231841144153Copyright © Ступко В.Ю., Сидоров А.В., 20232023Ступко В.Ю., Сидоров А.В.Stupko V.Y., Sidorov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1506

Актуальность. В создании сортов с высоким адаптивным потенциалом сомаклональная изменчивость может стать основой для появления линий с отличающимся от донорных генотипов уровнем фенотипической стабильности. Цель исследования – определение применимости культур дедифференцированных клеток для получения форм с различным уровнем адаптивности.Материалы и методы. Объектами исследования служили 10 регенерантных линий пшеницы, полученных на базе каллусной культуры, и генотипы, чьи незрелые зародыши послужили основой для ее формирования (доноры). Опыты проводили на делянках 1 м2.Результаты. Анализ данных по массе 1000 зерен и урожайности показал большую стабильность регенерантных линий от сорта ‘Новосибирская 15’, как агрономическую (s2d, Pi_масса1000, Pi_урожайность), так и биологическую (σ2САСi), по сравнению с донорным сортом. По данным GGE-biplot-анализа они отнесены к одной экологической нише и характеризуются близким к единице коэффициентом bi. Находящиеся в противоположных нишах сорт ‘Таёжная’ и высокопродуктивная регенерантная линия РС(Таежная)3.6 занимали первые места в рейтинге по s2d и σ2САСi и отнесены к генотипам, хорошо переносящим неблагоприятные условия возделывания (bi < 0,7). Регенерантные линии от высокоурожайной линии К-142-4 продемонстрировали большую вариабельность значений параметров стабильности, но в среднем были более требовательны к условиям культивирования, чем генотип сравнения – сорт ‘Минуса’. Регенерантная линия от этого сорта имела меньшую стабильность массы зерна.Заключение. Культура дедифференцированных клеток служит источником образцов, значительно отличающихся по фенотипической стабильности как от своих донорных, так и от полученных в этой же клеточной культуре генотипов.

Background. Selection of somaclonal variation under callus culture (СС) conditions is one of the methods of undirected genome change induction which has become actively used in the development of cultivars with high adaptive potential. The aim of the present study was the estimation of the applicability of dedifferentiated cell culture to obtain cultivars with different levels of phenotypic stability.Materials and methods. Ten wheat regenerant lines (RLs), obtained under selective (NaCl, low pH, drought) and nonselective conditions on the basis of СС were assessed along with their donor genotypes or the ones considered equivalent to them (in the case where the breeding variety was a donor) under field conditions on plots of 1 m2. 1000 grain weight data were used for the evaluation of the agronomic (bi, s2di) and biological (σ2САСi) stability. The yield-based superiority measure (Pi) was also calculated.Results. RLs from cv. ‘Novosibirskaya 15’ were more stable than their donor genotype from the biological viewpoint as well as from the agronomic one. The GGE-biplot analysis shows that they belong to the same “environment” (sector) with the vertex genotype ‘Novosibirskaya 15’ with bi being close to 1. Cv. ‘Tayozhnaya’ and its high-yielding salt tolerant RL RS(Tayozhnaya)3.6 were located in the opposite sectors and appeared to be highly stable genotypes. They are considered to be better adapted to low-yielding locations (bi < 0,7) along with the RZ(К-79-2)7.16 RL, selected for drought tolerance. The RLs from the high-yielding K-142-4 line showed a wide range of values of the stability parameters. They were better adapted to high-yielding locations than their reference genotype, cv. ‘Minusa’. Thus, its RL had a low stability of 1000 grain weight.Conclusion. Consequently, cell selection is a valuable source of breeding material that differs significantly in phenotypic stability both from the donor genotype and from other RLs, developed under CC of the same donor plant.

взаимодействие «генотип × среда»сомаклональная изменчивостьGGEповышение адаптивностиселекция in vitrogenotype × environment interactionsomaclonal variabilityGGEadaptability increasein vitro selectionРабота выполнена в рамках Государственного задания согласно тематическому плану по проекту № 121052500127-8 (FWES-2021-0037) «Комплексный подход к отбору новых генотипов растений с высокими хозяйственно ценными признаками продуктивности и устойчивости к био- и абиострессорам с использованием физиологических, биотехнологических, генетических и иммунологических способов в сочетании с традиционными селекционными подходами».The work was done within the framework of the state task according to the thematic plan under Project No. 121052500127-8 (FWES-2021-0037) “An integrated approach to the selection of new plant genotypes with high economically valuable productivity traits and resistance to biotic and abiotic stressors using physiological, biotechnological, genetic and immunological methods in combination with traditional breeding approaches”.ReferencesБоме Н.А., Вайсфельд Л.И., Бабаев Е.В., Боме А.Я., Колоколова Н.Н. Агробиологические признаки яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) при обработке семян химическим мутагеном фосфемидом. Сельскохозяйственная биология. 2017;52(3):570-579. DOI: 10.15389/agro biology. 2017.3.570rusBome N.A., Weisfeld L.I., Babaev E.V., Bome A.Ya., Kolokolova N.N. Influence of phosphomide, a chemical mutagen, on agrobiological signs of soft spring wheat Triticum aestivum L. Agricultural Biology. 2017;52(3):570-579. [in Russian]. DOI: 10.15389/agro biology. 2017.3.570rusCheshkova A. Stability analysis for agricultural research (Agrostab). 2019. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/agrostab/agrostab.pdf [дата обращения: 05.05.2022].Cheshkova A. Stability analysis for agricultural research (Agrostab). 2019. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/agrostab/agrostab.pdf [дата обращения: 05.05.2022].Чешкова А.Ф., Гребенникова И.Г., Алейников А.Ф., Чанышев Д.И. Реализация методов оценки стабильности сортов сельскохозяйственных культур в пакете функций Agrostab программной среды R. Достижения науки и техники АПК. 2020a;34(7):91-96. DOI: 10.24411/0235-2451-2020-10716Cheshkova A.F., Grebennikova I.G., Aleynikov A.F., Chanyshev D.I. Implementation of methods for assessing the stability of crop varieties in the Agrostab package of functions of R software environment. Achievements of Science and Technology of AIC. 2020a;34(7):91-96. [in Russian]. DOI: 10.24411/0235-2451-2020-10716Cheshkova A.F., Stepochkin P.I., Aleynikov A.F., Grebennikova I.G., Ponomarenko V.I. A comparison of statistical methods for assessing winter wheat grain yield stability. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020b;24(3):267-275. DOI: 10.18699/VJ20.619Cheshkova A.F., Stepochkin P.I., Aleynikov A.F., Grebennikova I.G., Ponomarenko V.I. A comparison of statistical methods for assessing winter wheat grain yield stability. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020b;24(3):267-275. DOI: 10.18699/VJ20.619Eberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Science. 1966;6(1):36-40. DOI: 10.2135/cropsci1966.0011183X000600010011xEberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Science. 1966;6(1):36-40. DOI: 10.2135/cropsci1966.0011183X000600010011xGauch H.G., Piepho H.P., Annicchiarico P. Statistical analysis of yield trials by AMMI and GGE: further considerations. Crop Science. 2008;48(3):866-889. DOI: 10.2135/cropsci2007.09.0513Gauch H.G., Piepho H.P., Annicchiarico P. Statistical analysis of yield trials by AMMI and GGE: further considerations. Crop Science. 2008;48(3):866-889. DOI: 10.2135/cropsci2007.09.0513Gubatov T., Delibaltova V. Evaluation of wheat varieties by the stability of grain yield in multienvironmental trails. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2020;26(2):384-394.Gubatov T., Delibaltova V. Evaluation of wheat varieties by the stability of grain yield in multienvironmental trails. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2020;26(2):384-394.Хакимова А.Г., Фадеева И.Д., Газизов И.Н., Митрофанова О.П. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 925. Озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.): Агробиологическая характеристика, адаптивная способность и стабильность образцов в условиях севера Среднего Поволжья / под ред. О.П. Митрофановой. Санкт-Петербург: ВИР; 2020. DOI: 10.30901/978-5-907145-53-5Khakimova A.G., Fadeeva I.D., Gazizov I.N., Mitrofanova O.P. Catalogue of the VIR Global Collection. Issue 925. Winter bread wheat (Triticum aestivum L.): Agrobiological description, adaptability and stability of accessions in the north of the Middle Volga Region. O.P. Mitrofanova (ed.). St. Petersburg: VIR; 2020. [in Russian]. DOI: 10.30901/978-5-907145-53-5Кильчевский А.В. Генетико-экологические основы селекции растений. Информационный вестник ВОГиС. 2005;9(4):518-526.Kilchevsky A.V. Genetic and ecological bases of plant breeding. The Herald of Vavilov Society for Geneticists and Breeding Scientists. 2005;9(4):518-526. [in Russian].Крупин П.Ю., Дивашук М.Е., Карлов Г.И. Использование генетического потенциала многолетних дикорастущих злаков в селекционном улучшении пшеницы (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2019;54(3):409-425. DOI: 10.15389/agrobiology.2019.3.409rusKrupin P.Yu., Divashuk M.E., Karlov G.I. Gene resources of perennial wild cereals involved in breeding to improve wheat crop (review). Agricultural Biology. 2019;54(3):409-425. [in Russian]. DOI: 10.15389/agrobiology.2019.3.409rusLin C.S., Binns M.R. A superiority measure of cultivar performance for cultivar × location data. Canadian Journal of Plant Science. 1988;68(1):193-198. DOI: 10.4141/cjps88-018Lin C.S., Binns M.R. A superiority measure of cultivar performance for cultivar × location data. Canadian Journal of Plant Science. 1988;68(1):193-198. DOI: 10.4141/cjps88-018Lin C.S., Binns M.R., Lefkovitch L.P. Stability analysis: where do we stand? Crop Science. 1986;26(5):894-900. DOI: 10.2135/cropsci1986.0011183X002600050012xLin C.S., Binns M.R., Lefkovitch L.P. Stability analysis: where do we stand? Crop Science. 1986;26(5):894-900. DOI: 10.2135/cropsci1986.0011183X002600050012xМетодика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Москва: Колос; 1985.Methods of state variety trials for agricultural crops (Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur). Moscow: Kolos; 1985. [in Russian].Никитина Е.Д., Хлебова Л.П., Пронина Р.Д. Сомаклональная изменчивость in vitro как источник создания исходного материала для селекции мягкой пшеницы. Acta Biologica Sibirica. 2015;1(3-4):171-186.Nikitina E.D., Khlebova L.P., Pronina R.D. In vitro somaclonal variation as initial material for bread wheat breeding. Acta Biologica Sibirica. 2015;1(3-4):171-186. [in Russian].Olivoto T., Lúcio A.D. metan: An R package for multi-environment trial analysis. Methods in Ecology and Evolution. 2020;11(6):783-789. DOI: 10.1111/2041-210X.13384Olivoto T., Lúcio A.D. metan: An R package for multi-environment trial analysis. Methods in Ecology and Evolution. 2020;11(6):783-789. DOI: 10.1111/2041-210X.13384Pérez-Clemente R., Gómez-Cadenas A. In vitro tissue culture, a tool for the study and breeding of plants subjected to abiotic stress conditions. In: A. Leva, L.M.R. Rinaldi (eds). Recent Advances in Plant in vitro Culture. London: InTech; 2012. p.91-108. DOI: 10.5772/50671Pérez-Clemente R., Gómez-Cadenas A. In vitro tissue culture, a tool for the study and breeding of plants subjected to abiotic stress conditions. In: A. Leva, L.M.R. Rinaldi (eds). Recent Advances in Plant in vitro Culture. London: InTech; 2012. p.91-108. DOI: 10.5772/50671Поползухина Н.А., Поползухин П.В., Гайдар А.А., Паршуткин Ю.Ю., Якунина Н.А. ‘Омская юбилейная’ – адаптивный сорт яровой мягкой пшеницы для Сибирского региона. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(4):120-126. DOI 10.30901/2227-8834-2020-4-120-126Popolzukhina N.A., Popolzukhin P.V., Gaidar A.A., Parshutkin Yu.Yu., Yakunina N.A. Development of the adaptive spring bread wheat cultivar ‘Omskaya Yubileynaya’ under the conditions of the Siberian region. Proceedings on Applied Botany, Genetic, and Breeding. 2020;181(4):120-126. [in Russian]. DOI 10.30901/2227-8834-2020-4-120-126Pour-Aboughadareh A., Khalili M., Poczai P., Olivoto T. Stability indices to deciphering the genotype-by-environment interaction (GEI) effect: an applicable review for use in plant breeding programs. Plants. 2022;11(3):414. DOI: 10.3390/plants11030414Pour-Aboughadareh A., Khalili M., Poczai P., Olivoto T. Stability indices to deciphering the genotype-by-environment interaction (GEI) effect: an applicable review for use in plant breeding programs. Plants. 2022;11(3):414. DOI: 10.3390/plants11030414Рожанская О.А., Горшкова Е.М. Кyльтyра in vitro как источник биоразнообразия для селекции сои. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2019;49(4):24-31. DOI: 10.26898/0370-8799-2019-4-3Rozhanskaya O.A., Gorshkova E.M. In vitro culture as a source of biodiversity for soybean breeding. Siberian Herald of Agricultural Science. 2019;49(4):24-31. [in Russian]. DOI: 10.26898/0370-8799-2019-4-3Ступко В.Ю., Луговцова С.Ю., Зобова Н.В. Полевая оценка результативности создания in vitro стрессоустойчивых форм ячменя и пшеницы. Достижения науки и техники АПК. 2014;(6):11-14.Stupko V.Yu., Lugovtsova S.Yu., Zobova N.V. Field evaluation of stress tolerant barley and wheat varieties in vitro creation effectiveness. Achievements of Science and Technology of AIC. 2014;(6):11-14. [in Russian].Terletskaya N.V., Stupko V.Yu., Altayeva N.A., Kudrina N.O., Blavachinskaya I.V., Kurmanbayeva M.S. et al. Photosynthetic activity of Triticum dicoccum × Triticum aestivum alloplasmic lines during vegetation in connection with productivity traits under varying moister conditions. Photosynthetica. 2021;59(1):74-83. DOI: 10.32615/ps.2021.003Terletskaya N.V., Stupko V.Yu., Altayeva N.A., Kudrina N.O., Blavachinskaya I.V., Kurmanbayeva M.S. et al. Photosynthetic activity of Triticum dicoccum × Triticum aestivum alloplasmic lines during vegetation in connection with productivity traits under varying moister conditions. Photosynthetica. 2021;59(1):74-83. DOI: 10.32615/ps.2021.003Yan W., Kang M.S. GGE biplot analysis: a graphical tool for breeders, geneticists and agronomists. Boca Raton: CRC Press; 2003. DOI: 10.1201/9781420040371Yan W., Kang M.S. GGE biplot analysis: a graphical tool for breeders, geneticists and agronomists. Boca Raton: CRC Press; 2003. DOI: 10.1201/9781420040371Yan W., Kang M.S., Ma B., Woods S., Cornelius P.L. GGE biplot vs. AMMI analysis of genotype-by-environment data. Crop Science. 2007;47(2):643-653. DOI: 10.2135/cropsci2006.06.0374Yan W., Kang M.S., Ma B., Woods S., Cornelius P.L. GGE biplot vs. AMMI analysis of genotype-by-environment data. Crop Science. 2007;47(2):643-653. DOI: 10.2135/cropsci2006.06.0374Егорова Н.А., Ставцева И.В. Биотехнологические приемы получения форм шалфея, устойчивых к осмотическому стрессу in vitro. Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2013;8(27):93-100.Yegorova N.A., Stavtzeva I.V. Biotechnological methods of obtaining sage forms resistant to osmotic stress in vitro. Ecosystems, Their Optimization and Protection. 2013;8(27):93-100. [in Russian].Зобова Н.В., Луговцова С.Ю., Ступко В.Ю. Условия обеспечения эффективных процессов регенерации в культуре изолированных зародышей ячменя, пшеницы и овса. Вестник КрасГАУ. 2011;12(63):110-116.Zobova N.V., Lugovtsova S.Yu., Stupko V.Yu. Conditions for providing the effective regeneration processes in the culture of the barley, wheat and oat isolated germs. The Bulletin of KSAU. 2011;12(63):110-116. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.