vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-2-38-49vir-nw-1961Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESИзучение регенерантных линий сои по хозяйственно ценным и биохимическим характеристикамStudying regenerated soybean lines for their useful agronomic and biochemical characteristicshttps://orcid.org/0000-0002-2879-3570БутовецЕ. С.ButovetsE. S.

Екатерина Сергеевна Бутовец, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, и. о. заведующего лабораторией

692539; ул. Воложенина, 30; Уссурийск; пос. Тимирязевский

Ekaterina S. Butovets, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Acting Head of a Laboratory

692539; 30 Volozhenina St.; Ussuriysk; Timiryazevsky Settlem

otdelsoy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7584-4652ЛукьянчукЛ. М.LukyanchukL. M.

Людмила Михайловна Лукьянчук, научный сотрудник

692539; ул. Воложенина, 30; Уссурийск; пос. Тимирязевский

lyudmila M. lukyanchuk, Researcher

692539; 30 Volozhenina St.; Ussuriysk; Timiryazevsky Settlem

otdelsoy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2414-5699КодироваГ. А.KodirovaG. A.

Галина Александровна кодирова, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

675027; Игнатьевское ш., 19; Благовещенск

Galina A. Kodirova, Cand. Sci. (Engineering), Leading Researcher

675027; 19 Ignatievskoye Hwy.; Blagoveshchensk

kga@vniisoi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6074-902XКубанковаГ. В.KubankovaG. V.

Галина Викторовна Кубанкова, старший научный сотрудник

675027; Игнатьевское ш., 19; Благовещенск

Galina V. Kubankova, Senior Researcher

675027; 19 Ignatievskoye Hwy.; Blagoveshchensk

kgv@vniisoi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9212-2117ЕфремоваO. С.EfremovaO. S.

Ольга Сергеевна Ефремова, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник

190000; ул. Большая Морская, 42, 44; Санкт-Петербург

Olga S. Efremova, Cand. Sci. (Agriculture), Researcher

190000; 42, 44 Bolshaya Morskaya Street; St. Petersburg

efremo.olga2010@yandex.ruФедеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока имени А.К. ЧайкиРоссияFederal Scientific Center of Agricultural Biotechnology of the Far East named after A.K. ChaikaRussian FederationФедеральный научный центр Всероссийский научно-исследовательский институт соиРоссияAll-Russian Research Institute of SoybeanRussian Federationедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20241707202418523849Copyright © Бутовец Е.С., Лукьянчук Л.М., Кодирова Г.А., Кубанкова Г.В., Ефремова O.С., 20242024Бутовец Е.С., Лукьянчук Л.М., Кодирова Г.А., Кубанкова Г.В., Ефремова O.С.Butovets E.S., lukyanchuk l.M., Kodirova G.A., Kubankova G.V., Efremova O.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1961   Актуальность

   Актуальность. Ионы тяжелых металлов могут быть причиной стресса у растений, приводящего к генетическим изменениям. В ряде исследований показана возможность их применения в качестве мутагенного фактора при работе in vitro. Изучение влияния ионов Cu2+ и Cd2+ на показатели хозяйственно ценных признаков, качества семян, устойчивости к болезням регенерантных линий сои представляет интерес для селекции культуры.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Тестирование генетически измененных регенерантных линий сои проводилось в лаборатории сельскохозяйственной биотехнологии и лаборатории селекции сои Федерального научного центра агробиотехнологий Дальнего Востока имени А. К. Чайки, лаборатории переработки сельскохозяйственной продукции Всероссийского научно-исследовательского института сои.

   Объект исследования

   Объект исследования: 15 регенерантных линий сои и исходные сорта (‘Приморская 13’, ‘Приморская 301’, ‘Приморская 81’, ‘Ходсон’).

   Результаты

   Результаты. В итоге были отобраны образцы, перспективные для селекционных целей, с высокими показателями хозяйственно значимых признаков, качественных характеристик семян и устойчивости к грибным заболеваниям, превышающие по изученным признакам исходные формы. Наибольшая урожайность отмечена у линий R 1490 (0,41 кг/м2) и R 1606 (0,38 кг/м2), крупносемянность – у R 1568 (масса 1000 семян – 200,0 г) и R 1609 (190,2 г). Комплексную устойчивость к грибным болезням на естественном фоне развития патогенов проявили R 1584, R 1568, R 1606, на искусственном – R 1490. Линии сорта ‘Ходсон’ выделялись повышенным содержанием белка, гистидина, валина, метионина + цистина, масла – R 1605, R 1609. У всех линий выявлены изменения в соотношении ненасыщенных жирных кислот С18:2/С18:1.

   Background

   Background. The effect of heavy metal ions can cause ionic stress in plants – the problem of significant interest among researchers. This study was dedicated to the evaluation of genetically modified regenerated soybean lines obtained on nutrient media with heavy metal ions as a mutagenic factor.

   Materials and methods

   Materials and methods. Genetically modified regenerated soybean lines were tested at the Agricultural Biotechnology Laboratory and Soybean Breeding Laboratory, Federal Scientific Center of Agricultural Biotechnology of the Far East named after A. K. Chaika, and at the Agricultural Product Processing Laboratory, All-Russian Research Institute of Soybean.

   Object of the study

   Object of the study. Fifteen regenerated soybean lines and source cultivars (‘Primorskaya 13’, ‘Primorskaya 301’, ‘Primorskaya 81’, and ‘Hodson’) served as the research material.

   Results

   Results. Soybean accessions promising for further breeding were selected on the basis of their useful agronomic traits, grain quality, and resistance to fungal diseases. Accessions R 1490 (0.41 kg/m2) and R 1606 (0.38 kg/m2) were identified for having the highest yield in the experiment. Accessions R 1568 (1000 seed weight was 200.0 g) and R 1609 (190.2 g) had the largest seeds. Accessions R 1584, R 1568 and R 1606 manifested complex resistance to fungal diseases under natural conditions, while accession R 1490 was the most resistant under artificial infection pressure. The experiment resulted in selecting a group of lines regenerated from cv. ‘Hodson’ with high content of protein, histidine, valine, methionine, and cysteine. Accessions R 1605 and R 1609 demonstrated the highest oil content. The study revealed changes in the proportions of unsaturated fatty acids С18:2/С18:1 in all regenerant groups.

соярегенерантытяжелые металлыгрибные болезнисодержание белка и маслааминокислотыsoybeanheavy metalsfungal diseasesprotein and oil contentamino acidsРабота выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных научных исследований ДВО РАН «Дальний Восток» на 2018–2020 гг. (грант № 0812-2018-0024)This work was financially supported by the Fundamental Scientific Research Program “Far East” of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences for 2018–2020 (Grant No. 0812-2018-0024)ReferencesAssefa Y., Bajjalieh N., Archontoulis S., Casteel S., Davidson D., Kovács P., et al. Spatial characterization of soybean yield and quality (amino acids oil, and protein) for United States. Scientific Reports. 2018;8(1):14653. DOI: 10.1038/s41598-018-32895-0Assefa Y., Bajjalieh N., Archontoulis S., Casteel S., Davidson D., Kovács P., et al. Spatial characterization of soybean yield and quality (amino acids oil, and protein) for United States. Scientific Reports. 2018;8(1):14653. DOI: 10.1038/s41598-018-32895-0Белимов А.А., Тихонович И.А. Микробиологические аспекты устойчивости и аккумуляции тяжелых металлов у растений. Сельскохозяйственная биология. 2011;46(3):10-15.Belimov A.A., Tihonovich I.A. Microbiological aspects of resistance and accumulation of heavy metals in plants. Agricultural Biology. 2011;46(3):10-15. [in Russian]Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. (eds). Biochemistry and molecular biology of plants. 2<sup>nd</sup> ed. Chichester: Wiley Blackwell; 2015.Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. (eds). Biochemistry and molecular biology of plants. 2<sup>nd</sup> ed. Chichester: Wiley Blackwell; 2015.Бутовец Е.С., Васина Е.А., Лукьянчук Л.М. Скрининг гермоплазмы сои в условиях Приморского края. Достижения науки и техники АПК. 2020;34(8):23-27. DOI: 10.24411/0235-2451-2020-10803Butovets E.S., Vasina E.A., Luk’yanchuk L.M. Screening of soybean germplasm under conditions of the Primorsky territory. Achievements of Science and Technology of AIC. 2020;34(8):23-27. [in Russian] DOI: 10.24411/0235-2451-2020-10803Чайка А.К., Тильба В.А., Моисеенко А.А., Ващенко А.П., Синеговская В.Т., Емельянов А.Н., Красковская Н.А., Губин А.В., Никишин В.М., Фоменко Н.Д., Гайдученко А.Н., Мащенко Н.В., Чайка Н.В., Капустин Ю.С., Ступин В.М., Мороховец В.Н. Адаптивные и прогрессивные технологии возделывания сои и кукурузы на Дальнем Востоке : метод. рекомендации. Владивосток: Дальнаука; 2009.Chaika A.K., Tilba V.A., Moiseenko A.A., Vashchenko A.P. Sinegovskaya V.T., Emelyanov A.N., Kraskovskaya N.A., Gubin A.V., Nikishin V.M., Fomenko N.D., Gaiduchenko A.N., Mashchenko N.V., Chaika N.V., Kapustin Yu.S., Stupin V.M., Morokhovets V.N. Adaptive and innovative technologies for cultivation of soybean and maize in the Russian Far East: guidelines. (Adaptivnye i progressivnye tekhnologii vozdelyvaniya soi i kukuruzy na Dalnem Vostoke : metod. rekomendatsii). Vladivostok: Dalnauka; 2009. [in Russian]Дега Л.А., Бутовец Е.С., Лукьянчук Л.М. Соя: болезни и вредители. Москва: Известия; 2022.Dega L.A., Butovets E.S., Lukyanchuk L.M. Soybean: diseases and pests (Soya: bolezni i vrediteli). Moscow: Izvestiya; 2022. [in Russian]Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. Москва: Книга по требованию; 2012.Dospekhov B.A. Methodology of field trial with fundamentals of statistical processing of research results (Metodika polevogo opyta s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy). Moscow: Kniga po trebovaniyu; 2012. [in Russian]Дёмин А.А., Цмокалюк Н.М., Судаков В.В., Борисова Г.Я. Влияние загрязнения почвы ТМ на хозяйственно полезные показатели сои в условиях Уссурийского района Приморского края. Известия Международной академии аграрного образования. 2007;(5):15-22).Dyomin A.A., Tsmokaljuk N.M., Sydakov V.V., Borisova G.Ja. Influence of pollution of ground TM on economic useful parameters of a soya in conditions of Ussuriyskogo area of Primorski Krai. Izvestia MAAO = News of the International Academy of Agrarian Education. 2007;(5):15-22. [in Russian]Ефремова О.С., Фисенко П.В. Влияние мутагенного действия ионов меди на уровень генетической изменчивости регенерантов сои. Дальневосточный аграрный вестник. 2017;4(44):30-36.Efremova O.S., Fisenko P.V. Effect of mutagenic action of copper ions upon the level of genetic variability of soybean regenerants. Far East Agrarian Bulletin. 2017;4(44):30-36. [in Russian]Гладков Е.А. Биотехнологические методы получения растений полевицы побегоносной Agrostis stolonifera, обладающих устойчивостью к кадмию и свинцу. Сельскохозяйственная биология. 2008;43(3):83-87.Gladkov E.A. Biotechnological methods of obtaining of Agrostis stolonifera plants resistant to Cd and Pb. Agricultural Biology. 2008;43(3):83-87. [in Russian]Кипшакбаева Г.А., Тлеулина З.Т., Ошергина И.П., Амантаев Б.О., Сарбасова Н.А. Влияние условий возделывания сортов сои различного происхождения на формирование показателей продуктивности и качества. Наука и образование. 2022;2-1(67):213-222. URL: https://elibrary.ru/item.asp?ysclid=lyptrwvrvm266972836&id=50738978Kipshakbayeva G.A., Tleulina Z.T., Oshergina I.P., Amantaev B.O., Sarbasova N.A. Influence of conditions of cultivation of soybean varieties of various origin on the formation of productivity and quality indicators. Gylym zhane Bilim = Science and Education. 2022;2-1(67):213-222. [in Russian] URL: https://elibrary.ru/item.asp?ysclid=lyptrwvrvm266972836&id=50738978Кодирова Г.А., Кубанкова Г.В., Ефремова О.С. Биохимическая оценка сомаклональных линий, резистентных к ионам кадмия. Дальневосточный аграрный вестник. 2018;3(47):37-42. DOI: 10.24411/1999-6837-2018-13055Kodirova G.A., Kubankova G.V., Efremova O.S. Biochemical assessment of somaclonal lines of soybean resistant to ions of cadmium. Far East Agrarian Bulletin. 2018;3(47):37-42. [in Russian] DOI: 10.24411/1999-6837-2018-13055Кодирова Г.А., Кубанкова Г.В., Ефремова О.С., Фисенко П.В. Изменчивость жирнокислотного состава масла в семенах сомаклональных линий сои. Дальневосточный аграрный вестник. 2019;3(51):38-44. DOI: 10.24411/1999-6837-2019-13033Kodirova G.A., Kubankova G.V., Efremova O.S., Fisenko P.V. Variability of the fatty acid composition of oil in the seeds of somaclonal soybean lines. Far Eastern Agrarian Bulletin. 2019;3(51):38-44. [in Russian] DOI: 10.24411/1999-6837-2019-13033Коротченко И.С. Влияние тяжелых металлов на содержание фотосинтетических пигментов в листьях моркови. Вестник Крас-ГАУ. 2011;4(55):86-91.Korotchenko I.S. Heavy metal influence on the photosynthetic pigment availability in carrot leaves. The Bulletin of Kras-GAU. 2011;4(55):86-91. [in Russian]Методические указания по изучению устойчивости сои к грибным болезням / сост. Н.И. Корсаков, А.М. Овчиникова, В.М. Мизева. Ленинград: ВИР; 1979.Korsakov N.I., Ovchinikova A.M., Mizeva V.M. (comp.). Guidelines for studying soybean resistance to fungal diseases (Metodicheskiye ukazaniya po izucheniyu ustoychivosti soi k gribnym boleznyam). Leningrad: VIR; 1979. [in Russian]Кошкин Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. Москва: Дрофа; 2010.Koshkin E.I. Physiology of crop resistance (Fiziologiya ustoychivosti selskokhozyaystvennykh kultur). Moscow: Drofa; 2010. [in Russian]Kulaeva O.A, Tsyganov V.E. Molecular-genetic basis of cadmium tolerance and accumulation in higher plants. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2011;1(5):349-360. DOI: 10.1134/S2079059711050108Kulaeva O.A, Tsyganov V.E. Molecular-genetic basis of cadmium tolerance and accumulation in higher plants. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2011;1(5):349-360. DOI: 10.1134/S2079059711050108Li M., Liu Y., Wang C., Yang X., Li D., Zhang X. et al. Identification of traits contributing to high and stable yields in different soybean varieties across three Chinese latitudes. Frontiers in Plant Science. 2020;10:1642. DOI: 10.3389/fpls.2019.01642Li M., Liu Y., Wang C., Yang X., Li D., Zhang X. et al. Identification of traits contributing to high and stable yields in different soybean varieties across three Chinese latitudes. Frontiers in Plant Science. 2020;10:1642. DOI: 10.3389/fpls.2019.01642Murashige T., Skoog F.A. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog F.A. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xNizkii S., Kodirova G., Kubankova G. Determining the amino acid composition of soybean proteins using IR scanners. International Journal of Pharmaceutical Research and Allied Sciences. 2020;9(2):45-49.Nizkii S., Kodirova G., Kubankova G. Determining the amino acid composition of soybean proteins using IR scanners. International Journal of Pharmaceutical Research and Allied Sciences. 2020;9(2):45-49.Петибская В.С. Соя: химический состав и использование. Майкоп: Полиграф-ЮГ; 2012.Petibskaya V.S. Soybean: chemical composition and uses (Soya: khimicheskiy sostav i ispolzovaniye). Maikop: Poligraf-Yug; 2012. [in Russian]Reutova N.V. Mutagenic potential of some heavy metals. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2017;7(2):175-179. DOI: 10.1134/S2079059717020101Reutova N.V. Mutagenic potential of some heavy metals. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2017;7(2):175-179. DOI: 10.1134/S2079059717020101Рожанская О.А., Ломова Т.Г., Шилова Т.В., Горшкова Е.М. Новые сомаклональные линии сои для селекции в Сибири. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016;(2):35-42.Rozhanskaya O.A., Lomova T.G., Shilova T.V., Gorshkova E.M. New somaclonal lines of soybean to be bred in Siberia. Siberian Herald of Agricultural Science. 2016;2:35-42. [in Russian]Шахова М.Н., Бутова С.В., Воронцов В.В. Разработка технологии получения белково-липидного комплекса из семян сои. Технологии и товароведение сельскохозяйственной продукции. 2023;2(21):65-73). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54123319Shahova M.N., Butova S.V., Vorontsov V.V. Development of a technology for obtaining a protein-lipid complex from soybean seeds. Tekhnologii i tovarovedeniye selskokhozyaystvennoy produktsii = Technologies and Merchandising of Agricultural Products. 2023;2(21):65-73. [in Russian] URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54123319Tessari P., Lante A., Mosca G. Essential amino acids: master regulators of nutrition and environmental footprint? Scientific Reports. 2016;6:26074. DOI: 10.1038/srep26074Tessari P., Lante A., Mosca G. Essential amino acids: master regulators of nutrition and environmental footprint? Scientific Reports. 2016;6:26074. DOI: 10.1038/srep26074Цмокалюк Н.М., Судаков В.В. Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на развитие и продуктивность потомства сои. В кн.: Мировое сельское хозяйство: современное состояние, актуальные проблемы и тенденции развития : материалы Международного симпозиума, посвященного пятидесятилетию ФГБОУ ВО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия». Уссурийск; 2008. С.108-116.Tsmokalyuk N.M., Sudakov V.V. The effect of soil contamination with heavy metals on the development and productivity of soybean progeny (Vliyaniye zagryazneniya pochvy tyazhelymi metallami na razvitiye i produktivnost potomstva soi). In: World Agriculture: Current State, Urgent Problems, and Development Trends: Proceedings of the International Symposium Dedicated to the Fifty-Year Anniversary of Primorsky State Agricultural Academy (Mirovoye selskoye khozyaystvo: sovremennoye sostoyaniye, aktualnye problemy i tendentsii razvitiya : materialy Mezhdunarodnogo simpoziuma, posvyashchennogo pyatidesyatiletiyu FGBOU VO “Primorskaya gosudarstvennaya selskokhozyaystvennaya akademiya”). Ussuriysk; 2008. p.108-116. [in Russian]Цыганов В.Е., Жернаков А.И., Кулаева О.А., Цыганова А.В., Балушка Ф., Нох М., Эллис Н., Тихонович И.А. Генетический и структурный анализ устойчивости гороха посевного к токсичным концентрациям кадмия. В кн.: Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале ХХI века : материалы Всероссийской конференции (Петрозаводск, 22–27 сентября 2008 г. Часть 6: Экологическая физиология и биохимия растений. Интродукция растений. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН; 2008. С.140-142). URL: http://resources.krc.karelia.ru/geobotany/doc/botany2008/Botanika6.pdf [дата обращения: 12. 09. 2023.Tsyganov V.E., Zhernakov A.I., Kulaeva O.A., Tsyganova A.V., Balushka F., Noh M., Ellis N., Tikhonovich I.A. Genetic and structural analysis of common pea resistance to toxic concentrations of cadmium (Geneticheskiy i strukturny analiz ustoychivosti gorokha posevnogo k toksichnym kontsentratsiyam kadmiya). In: Fundamental and Applied Problems of Botany in the Beginning of the 21<sup>st</sup> Century: Proceedings of the All-Russian Conference (Petrozavodsk, September 22–27, 2008). Part 6. Environmental Physiology and Biochemistry of Plants. Plant Introduction (Fundamentalnye i prikladnye problemy botaniki v nachale XXI veka : materialy Vserossiyskoy konferentsii (Petrozavodsk, 22–27 sentyabrya 2008 g. Chast 6: Ekologicheskaya fiziologiya i biokhimiya rasteniy. Introduktsiya rasteniy). Petrozavodsk: Karelian Scientific Center of the RAS; 2008. p.140-142. [in Russian] URL: http://resources.krc.karelia.ru/geobotany/doc/botany2008/Botanika6.pdfУсанова З.И. Методика выполнения научных исследований и курсовой работы по растениеводству : учебное пособие. 3-е изд. Тверь: Тверская ГСХА; 2017.Usanova Z.I. Methodology for carrying out scientific research and coursework on crop production : a tutorial (Metodika vypolneniya nauchnykh issledovaniy i kursovoy raboty po rastenievodstvu : uchebnoye posobiye). 3<sup>rd</sup> ed. Tver: Tver State Agricultural Academy; 2017. [in Russian]Ващенко А.П., Мудрик Н.В., Фисенко П.П., Дега Л.А., Чайка Н.В., Капустин Ю.С. Соя на Дальнем Востоке. Владивосток: Дальнаука; 2014.Vashchenko A.P., Mudrik N.V., Fisenko P.P., Dega L.A., Chaika N.V., Kapustin Yu.S. Soybean in the Russian Far East (Soya na Dalnem Vostoke). Vladivostok: Dalnauka; 2014. [in Russian]

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