vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-2-38-51vir-nw-1578Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESУстойчивость к засухе интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы с генетическим материалом пырея удлиненногоDrought resistance of introgressive spring common wheat lines with genetic material of tall wheatgrasshttps://orcid.org/0000-0002-9287-9870ПлотниковаЛ. Я.PlotnikovaL. Ya.

Людмила Яковлевна Плотникова, доктор биологических. наук, профессор

644008 Россия, Омск, Институтская пл., 1

 

Lyudmila Ya. Plotnikova, Dr. Sci. (Biology), Professor

1 Institutskaya Sq., Omsk 644008, Russia

lya.plotnikova@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0003-1477-371XСагендыковаА. Т.SagendykovaA. T.

Айнура Темирбулатовна Сагендыкова, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий специалист

644012 Россия, Омск, пр. Королева, 26

Ainura T. Sagendykova, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Specialist

6 Koroleva Ave., Omsk, 644012, Russia

aaidosova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2256-0434КузьминаС. П.KuzminaS. P.

Светлана Петровна Кузьмина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

644008 Россия, Омск, Институтская пл., 1

Svetlana P. Kuzmina, Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor

1 Institutskaya Sq., Omsk 644008, Russia

sp.kuzmina@omgau.orgОмский государственный аграрный университет имени П. А. СтолыпинаРоссияOmsk State Agrarian University named after P. A. StolypinRussian FederationОмский аграрный научный центрРоссияOmsk Agricultural Scientific CenterRussian Federation20232707202318423851Copyright © Плотникова Л.Я., Сагендыкова А.Т., Кузьмина С.П., 20232023Плотникова Л.Я., Сагендыкова А.Т., Кузьмина С.П.Plotnikova L.Y., Sagendykova A.T., Kuzmina S.P.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/1578   Актуальность

   Актуальность. Для создания засухоустойчивых сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) актуально использование генофондов родственных злаков, включая пырей удлиненный Thinopyrum ponticum (Podpěra) Z.-W. Liu & R.-C. Wang (= Agropyron elongatum (Host) P. Beauv.).

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Интрогрессивные линии яровой мягкой пшеницы с генетическим материалом T. ponticum и сорта-стандарты были изучены в полевых условиях в южной лесостепи Западной Сибири (г. Омск) по стандартным методам. Расчет показателей экологической пластичности образцов по продуктивности и элементам структуры урожая был проведен по методике S. A. Eberhart and W. A. Russell. В период исследований в регионе были отмечены длительная засуха в 2012 г., а также нерегулярные жесткие засухи в 2013, 2014 и 2017 гг.

   Результаты

   Результаты. Анализ экологической пластичности адаптированных к условиям региона стандартов показал, что сорт ‘Памяти Азиева’ соответствовал экстенсивному типу, а сорта ‘Дуэт’ и ‘Эритроспермум 59’ – интенсивному. В условиях засухи продуктивность сорта ‘Памяти Азиева’ определялась стабильным формированием числа продуктивных стеблей, числа зерен и массы зерна главного колоса, но отмечена пластичность по массе 1000 зерен. Сорта ‘Дуэт’ и ‘Эритроспермум 59’ проявили экологическую пластичность за счет усиления развития двух-трех элементов структуры урожая. Интрогрессивные линии в засушливые годы превосходили сорта-стандарты по продуктивности в 1,1–2,2 раза. Пять линий были схожи с сортом ‘Памяти Азиева’ по показателям пластичности и стабильности. В условиях засухи у них отмечено высокое и стабильное формирование трех или четырех элементов структуры урожая. Остальные линии интенсивного типа формировали урожай за счет компенсаторного развития трех элементов структуры урожая (в разных сочетаниях) при наступлении благоприятных условий.

   Заключение

   Заключение. Интрогрессивные линии с генетическим материалом T. ponticum перспективны для создания резистентных к засухе сортов яровой мягкой пшеницы с различными адаптационными механизмами.

   Background

   Background. To breed drought-resistant cultivars of common wheat1 (Triticum aestivum L.), it is important to use the gene pools of its relatives, including tall wheatgrass Thinopyrum ponticum (Podpěra) Z.-W. Liu & R.- C. Wang (= Agropyron elongatum (Host) Beauv.).

   Materials and methods

   Materials and methods. The introgressive lines of spring common wheat with T. ponticum genetic material and standard cultivars were studied in the field in the southern forest-steppe of Western Siberia using generally recognized methods. The ecological plasticity of cultivars and introgressive lines by grain yield and yield components was calculated according to the method of S. A. Eberhart and W. A. Russell. During the research period, there was a prolonged drought in 2012, and irregular short severe droughts occurred in 2013, 2014, and 2017.

   Results

   Results. An analysis of the ecological plasticity of standard cultivars adapted to the regional conditions showed that cv. ‘Pamyati Azieva’ corresponded to the extensive type, and cvs. ‘Duet’, and ‘Erythrospermum 59’ corresponded to the intensive type. Under drought conditions, the grain yield of cv. ‘Pamyati Azieva’ was determined by the stable development of productive tiller number, seed number and grain yield per main ear, but plasticity in 1000 grain weight was observed. Cvs. ‘Duet’ and ‘Erythrospermum 59’ showed ecological plasticity due to the adaptive development of two or three yield components. Introgressive lines exceeded the standard cultivars in grain yield (1.1–2.2 times) in dry seasons. Five lines were similar to cv. ‘Pamyati Azieva’ in plasticity and stability, and under drought conditions they demonstrated high and stable development of three or four yield components. The intensive lines formed their yield due to the compensatory development of three yield components in different combinations.

   Conclusion

   Conclusion. Introgressive lines with T. ponticum genetic material are valuable for breeding spring common wheat cultivars with various drought-adaptation mechanisms.

Triticum aestivumThinopyrum ponticumселекционный материалабиотические факторыэкологическая пластичностьTriticum aestivumThinopyrum ponticumbreeding materialabiotic factorsecological plasticityРабота выполнена по теме «Исследование фундаментальных основ устойчивости культурных и диких злаков к грибным болезням и абиотическим факторам среды» (государственная регистрация № 121111100022-4). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работыThe work was performed within the theme entitled “Investigation of the fundamental basis of the resistance of cultivated and wild cereals to fungal diseases and abiotic environmental factors” (state registration No. 121111100022-4). The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this workReferencesBaker L., Grewal S., Yang C.Y., Hubbart-Edwards S., Scholefield D., Ashling S., et al. Exploiting the genome of Thinopyrum elongatum to expand the gene pool of hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):2213-2226. DOI: 10.1007/s00122-020-03591-3Baker L., Grewal S., Yang C.Y., Hubbart-Edwards S., Scholefield D., Ashling S., et al. Exploiting the genome of Thinopyrum elongatum to expand the gene pool of hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):2213-2226. DOI: 10.1007/s00122-020-03591-3Белан И.А., Россеева Л.П., Блохина Н.П., Григорьев Ю.П., Мухинa Я.В., Трубачеева Н.В. и др. Ресурсный потенциал сортов пшеницы мягкой яровой для условий Западной Сибири и Омской области (аналитический обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(4):449-465. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.4.449-465Belan I.A., Rosseeva L.P., Blokhina N.P., Grigoriev Y.P., Mukhina Y.V, Trubacheeva N.V. et al. Resource potential of soft spring wheat varieties for the conditions of Western Siberia and Omsk region (analytical review). Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(4):449-465. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.4.449-465 [in Russian]Ceoloni C., Kuzmanović L., Forte P., Gennaro A., Bitti A. Targeted exploitation of gene pools of alien Triticeae species for sustainable and multi-faceted improvement of the durum wheat crop. Crop Pasture Science. 2014;65(1):96-111. DOI: 10.1071/CP13335Ceoloni C., Kuzmanović L., Forte P., Gennaro A., Bitti A. Targeted exploitation of gene pools of alien Triticeae species for sustainable and multi-faceted improvement of the durum wheat crop. Crop Pasture Science. 2014:65(1):96-111. DOI: 10.1071/CP13335Chen Q., Conner R.L., Laroche A., Thomas J.B. Genome analysis of Thinopyrum intermedium and Thinopyrum ponticum using genomic in situ hybridization. Genome. 1998;41(4):580-586. DOI: 10.1139/G98-055Chen Q., Conner R. L., Laroche A., Thomas J. B. Genome analysis of Thinopyrum intermedium and Thinopyrum ponticum using genomic in situ hybridization. Genome. 1998;41(4):580-586. DOI: 10.1139/G98-055Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany. 2006;57(5):1059-1078. DOI: 10.1093/JXB/ERJ124Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany. 2006;57(5):1059-1078. DOI: 10.1093/JXB/ERJ124David M. Pollen grain expression of intrinsic and osmolyte induced osmotic adjustment in a set of wheat cultivars. Romanian Agricultural Research. 2012;29(7):45-52.David M. Pollen grain expression of intrinsic and osmolyte induced osmotic adjustment in a set of wheat cultivars. Romanian Agricultural Research. 2012;29(7):45-52.Eberhart 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/cropsci1966.0011183X000600010011xЕрещенко Д.В., Хлебова Л.П. Использование пыльцевого анализа для оценки засухоустойчивости яровой твердой пшеницы. Труды молодых ученых Алтайского государственного университета. 2017;(14):6-9.Ereshchenko D.V., Khlebova L.P. The use of pollen analysis to assess the drought resistance of spring durum wheat (Ispolzovaniye pyltsevogo analiza dlya otsenki zasukhoustoychivosti yarovoy tverdoy pshenitsy). Trudy molodykh uchenykh Altayskogo gosudarstvennogo universiteta = Works of Young Scientists of Altai State University. 2017;(14):6-9. [in Russian]Goncharov N.P. Scientific support to plant breeding and seed production in Siberia in the XXI century. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2021;25(4):448-459. DOI: 10.18699/VJ21.050Goncharov N.P. Scientific support to plant breeding and seed production in Siberia in the XXI century. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2021;25(4):448-459. DOI: 10.18699/VJ21.050Койшыбаев М. Болезни пшеницы. Анкара: ФАО; 2018. URL: http://old.belal.by/elib/fao/1032.pdf [дата обращения: 05. 09. 2022].Koishybaev M. Wheat diseases. Ankara: FAO; 2018. [in Russian]Kosová K., Vítámvás P., Urban M.O., Kholová J., Prášil I.T. Breeding for enhanced drought resistance in barley and wheat – drought-associated traits, genetic resources and their potential utilization in breeding programmes. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2014;50(4):247-261. DOI: 10.17221/118/2014-CJGPBKosová K., Vítámvás P., Urban M.O., Kholová J., Prášil I.T. Breeding for enhanced drought resistance in barley and wheat – drought-associated traits, genetic resources and their potential utilization in breeding programmes. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2014;50(4):247-261. DOI: 10.17221/118/2014-CJGPBKuzmanović L., Ruggeria R., Ableb J.A., Bassic F.M., Maccaferrid M., Tuberosad R. et al. Yield of chromosomally engineered durum wheat–Thinopyrum ponticum recombinant lines in a range of contrasting rain-fed environments. Field Crops Research. 2018;228:147-157. DOI: 10.1016/j.fcr.2018.08.014Kuzmanović L., Ruggeria R., Ableb J.A., Bassic F.M., Maccaferrid M., Tuberosad R. et al. Yield of chromosomally engineered durum wheat–Thinopyrum ponticum recombinant lines in a range of contrasting rain-fed environments. Field Crops Research. 2018;228:147-157. DOI: 10.1016/j.fcr.2018.08.014Лепехов С.Б. Об оценке жаро- и засухоустойчивости растений. В кн.: Современное состояние и перспективы развития земледелия и растениеводства (к 60-летию Целины): сборник научных трудов. Барнаул; 2014. С.82-97.Lepekhov S.B. About assessment of heat and drought resistance (Ob otsenke zharo- i zasukhoustoychivosti rasteniy). In: Current state and prospects of agricultural development and crop production (dedicated to the 60 years of Tselina): collection of scientific works (Sovremennoye sostoyaniye i perspektivy razvitiya zemledeliya i rastenievodstva [k 60-letiyu Tseliny]: sbornik nauchnykh trudov). Barnaul; 2014. p.82-97. [in Russian]Li A., Liu D., Yang W., Kishii M., Mao L. Synthetic hexaploid wheat: yesterday, today, and tomorrow. Engineering. 2018;4(4):552-558. DOI: 10.1016/j.eng.2018.07.001Li A., Liu D., Yang W., Kishii M., Mao L. Synthetic hexaploid wheat: yesterday, today, and tomorrow. Engineering. 2018;4(4):552-558. DOI: 10.1016/j.eng.2018.07.001Passioura J. The drought environment: physical, biological and agricultural perspectives. Journal of Experimental Botany. 2007;58(2):113-117. DOI: 10.1093/jxb/erl212Passioura J. The drought environment: physical, biological and agricultural perspectives. Journal of Experimental Botany. 2007;58(2):113-117. DOI: 10.1093/jxb/erl212Плотникова Л.Я., Кузьмина С.П., Айдосова А.Т., Дегтярев А.И. Изменение агрономических свойств пшенично-пырейных гибридов при создании доноров для селекции пшеницы, адаптированных к условиям лесостепной зоны Западной Сибири. Омский научный вестник. 2014;2(134):155-159.Plotnikova L. Ya., Kuzmina S. P., Aydosova A. T., Degtyarev A. I. Changing agronomic characters of wheat–Agropyron elongatum hybrids when creating donors for wheat breeding adapted to forest-steppe zone of West Siberia. Omsk Scientific Bulletin. 2014;2(134):155-159. [in Russian]Плотникова Л.Я., Кузьмина С.П., Фризен Ю.В. Биохимические показатели качества зерна перспективных линий мягкой пшеницы с генами Аgropyron elongatum устойчивых к стеблевой ржавчине. Успехи современного естествознания. 2019;(12):20-26. DOI: 10.17513/use.37263Plotnikova L.Ya., Kuzmina S.P., Frizen Yu.V. Biochemical indicators of grain quality of promising mild wheat lines with genes of Agropyron elongatum, resistant to stem rust. Advances in Current Natural Sciences. 2019;(12):20-26. DOI: 10.17513/use.37263 [in Russian]Плотникова Л.Я., Сагендыкова А.Т., Кузьмина С.П. Оценка устойчивости к бурой ржавчине и экологической пластичности интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генами Аgropyron elongatum. Аграрная Россия. 2016;(9):5-13.Plotnikova L.Ya., Sagendykova A.T., Kuzmina S.P. Estimation of ecological plasticity and resistance to the leaf rust of introgressive lines of common wheat with Agropyron elongatum genes. Agrarian Russia. 2016;(9):5-13. [in Russian]Плотникова Л.Я., Серюков Г.М., Шварц Ю.К. Цитофизиологические механизмы устойчивости к бурой ржавчине у пшенично-пырейных гибридов, созданных на основе Agropyron elongatum. Микология и фитопатология. 2011;45(5):443-454.Plotnikova L.Ya., Seryukov G.M., Schvarts Yu.K. Cytophysiological resistance mechanisms to leaf rust in wheat–Agropyron hybrids created on the base of Agropyron elongatum. Mikologia I fitopatologia = Mycology and Phytopathology. 2011;45(5):443-454. [in Russian]Потоцкая И.В., Шаманин В.П., Шепелев С.С., Моргунов А.И. Синтетическая гексаплоидная пшеница как исходный материал для селекции на засухоустойчивость в условиях Западной Сибири. Вестник Омского ГАУ. 2019;1(33):38-46.Pototskaya I.V., Shamanin V.P., Shepelev S.S., Morgоunov A.I. Synthetic hexaploid wheat as a parent material for drought resistance breeding in the conditions of Western Siberia. Vestnik of Omsk SAU. 2019;1(33):38-46. [in Russian]Россеев В.М., Белан И.А., Россеева Л.П. Использование метода in vitro в селекции пшеницы мягкой яровой. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2016;2(136):5-9.Rosseyev V.M., Belan I.A., Rosseyeva L.P. The use of in vitro method in spring soft wheat selective breeding. Bulletin of Altai State Agricultural University. 2016;2(136):5-9. [in Russian]Salina E., Adonina I., Badaeva E., Kroupin P., Stasyuk A., Leonova I. et al. Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases. Euphytica. 2015;204(1):91-101. DOI: 10.1007/s10681-014-1344-5Salina E., Adonina I., Badaeva E., Kroupin P., Stasyuk A., Leonova I. et al. Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases. Euphytica. 2015;204(1):91-101. DOI: 10.1007/s10681-014-1344-5Sallam A., Alqudah A.M., Dawood M.F.A., Baenziger P.S., Börner A. Drought stress tolerance in wheat and barley: Advances in physiology, breeding and genetics research. International Journal of Molecular Science. 2019;20(13):3137. DOI: 10.3390/ijms20133137Sallam A., Alqudah A.M., Dawood M.F.A., Baenziger P.S., Börner A. Drought stress tolerance in wheat and barley: Advances in physiology, breeding and genetics research. International Journal of Molecular Science. 2019;20(13):3137. DOI: 10.3390/ijms20133137Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. Пребридинговые исследования почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы с комбинацией транслокаций от Agropyron elongatum (Host.) P. B. и Aegilops ventricosa Tausch. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(3):310-315. DOI: 10.18699/VJ15.040Sibikeev S.N., Druzhin A.E. Prebreeding research of near-isogenic lines of spring bread wheat with a combination of translocations from Agropyron elongatum (Host.) Р.В. and Aegilops ventricosa Tausch. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015;19(3):310-315. DOI: 10.18699/VJ15.040 [in Russian]Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию: [сайт]. URL: https://reestr.gossortrf.ru [дата обращения 01. 02. 2023].State Register for Selection Achievements Admitted for Usage: [website]. URL: https://reestr.gossortrf.ru [in Russian]Taeb M., Koebner R.M., Forster B.P. Genetic variation for waterlogging tolerance in the Triticeae and the chromosomal location of genes conferring waterlogging tolerance in Thinopyrum elongatum. Genome. 1993;36(5):825-830. DOI: 10.1139/G93-110Taeb M., Koebner R.M., Forster B.P. Genetic variation for waterlogging tolerance in the Triticeae and the chromosomal location of genes conferring waterlogging tolerance in Thinopyrum elongatum. Genome. 1993;36(5):825-830. DOI: 10.1139/G93-110Turner N.C. Adaptation to water deficits: a changing perspective. Australian Journal of Plant Physiology. 1986;13(1):175-190. DOI: 10.1071/PP9860175Turner N.C. Adaptation to water deficits: a changing perspective. Australian Journal of Plant Physiology. 1986;13(1):175-190. DOI: 10.1071/PP9860175Упелниек В.П., Белов В.И., Иванова Л.П., Долгова С.П., Демидов А.С. Наследие академика Н. В. Цицина – современное состояние и перспективы использования коллекции промежуточных пшенично-пырейных гибридов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(3):667-674.Upelniek V.P., Belov V.I., Ivanova L.P., Dolgova S.P., Demidov A.S. Heritage of Academician N.V. Tsitsin: state-of-the-art and potential of the collection of intermediate wheat × couch-grass hybrids. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(3):667-674. [in Russian]Василевский В.Д. Индексная оценка засухоустойчивости сортов мягкой яровой пшеницы разных групп спелости в южной лесостепи Западной Сибири. В кн.: Аграрная наука – сельскому хозяйству. Сборник материалов XIV Международной научно-практической конференции. В 2-х книгах. Книга 1. Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет; 2019. С.159-161.Vasilevsky V.D. Index assessment of drought resistance in spring bread wheat cultivars of different maturity groups in the southern forest-steppe of Western Siberia (Indeksnaya otsenka zasukhoustoychivosti sortov myagkoy yarovoy pshenitsy raznykh grupp spelosti v yuzhnoy lesostepi Zapadnoy Sibiri). In: Agrarian Science to Agriculture. Proceedings of the XIV International Scientific and Practical Conference. In 2 books. Book 1 (Agrarnaya nauka – selskomu khozyaystvu. Sbornik materialov XIV Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. V 2-kh knigakh. Kniga 1). Barnaul: Altai State Agricultural University; 2019. p.159-161. [in Russian]Zhang X., Dong Y., Wang R.R. Characterization of genomes and chromosomes in partial amphiploids of the hybrid Triticum aestivum × Thinopyrum ponticum by in situ hybridization, isozyme analysis, and RAPD. Genome. 1996;39(6):1062-1071. DOI: 10.1139/g96-133Zhang X., Dong Y., Wang R.R. Characterization of genomes and chromosomes in partial amphiploids of the hybrid Triticum aestivum × Thinopyrum ponticum by in situ hybridization, isozyme analysis, and RAPD. Genome. 1996;39(6):1062-1071. DOI: 10.1139/g96-133

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