vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-3-27-37vir-nw-2024Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESИспользование вида Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. для расширения генетического разнообразия яровой мягкой пшеницыThe use of the species Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. to expand the genetic diversity of spring bread wheathttps://orcid.org/0000-0002-3968-2470ДружинА. Е.DruzhinA. E.

Александр Евгеньевич Дружин, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

410010, Саратов, ул. Тулайкова, 7

Alexander E. Druzhin, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher 

7 Tulaikova St., Saratov 410010

alex_druzhin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8324-9765СибикеевС. Н.SibikeevS. N.

Сергей Николаевич Сибикеев, доктор биологических наук, главный научный сотрудник 

410010, Саратов, ул. Тулайкова, 7

Sergey N. Sibikeev, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher 

7 Tulaikova St., Saratov 410010

sibikeev_sergey@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3631-1084АндрееваЛ. В.AndreevaL. V.

Любовь Владимировна Андреева, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

410010, Саратов, ул. Тулайкова, 7

Lubov B. Andreeva, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher 

7 Tulaikova St., Saratov 410010

l.v.andreeva_75@mail.ruФедеральный аграрный научный центр Юго-ВостокаРоссияFederal Center of Agriculture Research of the South-East RegionRussian Federation20241810202418532738Copyright © Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Андреева Л.В., 20242024Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Андреева Л.В.Druzhin A.E., Sibikeev S.N., Andreeva L.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/2024

Актуальность. Вид Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. имеет ряд положительных признаков (качеств), но редко используются в селекционных программах по улучшению сортов мягкой пшеницы. Интрогрессия генетического материала от этого вида в генофонд Triticum aestivum L. не только позволит расширить генетическое разнообразие мягкой пшеницы по ряду признаков, но и поможет изучить экспрессию генов от T. petropavlovskyi в новой генетической среде. Материалы и методы. Объектом изучения были линии яровой мягкой пшеницы Л163, Л164, созданные с участием сорта яровой мягкой пшеницы ‘Воевода’ и образца вида T. petropavlovskyi. Исследования включали фенологические, фитопатологические, генетические и технологические оценки, которые проводили по общепринятым методикам. Результаты. Линии яровой мягкой пшеницы Л163, Л164 были изучены по морфологическим, фенологическим параметрам, устойчивости к патогенам, продуктивности и качеству зерна. Установлены различия по ряду признаков между линиями и сортом-реципиентом. Выделена линия Л163, которая отличается устойчивостью к возбудителям листовой ржавчины, мучнистой росы, толерантна к злаковой тле, сочетает высокую продуктивность с повышенным по сравнению с сортом-реципиентом содержанием белка в зерне и имеет хорошие реологические свойства теста. Заключение. Комбинация генетического материала от T. petropavlovskyi и яровой мягкой пшеницы сорта ‘Воевода’ позволила создать линии, имеющие ряд положительных характеристик. Выделенная линия Л163, сочетающая в себе эффективную устойчивость к ряду заболеваний, продуктивность зерна и качество получаемой продукции, была включена в селекционный процесс.

Background. The species Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. has a number of positive traits, but has rarely been used in breeding programs to improve bread wheat cultivars. The introgression of genetic material from this species into the Triticum aestivum L. gene pool will not only expand the genetic diversity of bread wheat with a set of traits valuable for breeders, but also help to analyze the expression of genes from T. petropavlovskyi in a new genetic environment. Materials and methods. Spring bread wheat lines L163 and L164 produced with the participation of bread wheat cv. ‘Voevoda’ and an accession of T. petropavlovskyi were target materials of the study. Conventional methods were applied to perform phenological, phytopathological, genetic, and bread quality evaluations. Statistical processing of the resulting data was carried out using the Agros-2.10 software. Results. L163 and L164 were studied for their morphological and phenological indicators, resistance to pathogens, productivity, and grain quality. Differences in a number of traits between the lines and the recipient cultivar were observed. The introgression of the T. petropavlovskyi genetic material into bread wheat showed both positive and negative effects on some agronomic characteristics. L163 was identified for its resistance to the pathogens of leaf rust and powdery mildew, and tolerance to cereal aphids. It combined high productivity with an increased grain protein content compared to the recipient cultivar. In addition, this line demonstrated good rheological properties of its dough. Conclusion. Merging genetic materials from T. petropavlovskyi and bread wheat cv. ‘Voevoda’ made it possible to produce lines with a set of positive characteristics. The selected line, L163, combined effective resistance to a number of diseases, high grain productivity, and good breadmaking qualities, so it was included in the breeding process.

Triticum aestivum L.пшеница Петропавловскогоинтрогрессия геновустойчивость к болезнямхозяйственно полезные признакиTriticum aestivum L.Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch.gene introgressiondisease resistanceuseful agronomic traitsработа выполнена в рамках государственного задания по теме № 123011900038-8 «Создание и совершенствование системы видов и сортов (гибридов) сельскохозяйственных культур, адаптивных к абиострессорам и устойчивых к основным патогенам, сочетающих высокую потенциальную продуктивность с качеством урожая, с целью снижения экономических рисков в растениеводстве и повышения биоразнообразия в регионе». Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.the work was carried out within the framework of the state task, Project No. 123011900038-8 “Development and improvement of the system of crop species and cultivars (hybrids) adaptive to abiostressors and resistant to major pathogens, combining high potential productivity with harvest quality, in order to reduce economic risks in crop production and increase biodiversity in the region”.ReferencesБерлянд-Кожевников В.М., Дмитриев А.П., Будашкина Е.Б., Шитова И.П., Рейтер Б.Г. Устойчивость пшеницы к бурой ржавчине (Генетическое разнообразие популяций гриба и растения-хозяина). Новосибирск: Наука; 1978.Berlyand-Kozhevnikov V.M., Dmitriyev A.P., Budashkina E.B., Shitova I.T., Reyter V.G. Resistance of wheat against leaf rust (Genetic diversity of the fungus’ populations and the host plant) (Ustoychivost pshenitsy k buroy rzhavchine [Geneticheskoye raznoobraziye populyatsiy griba i rasteniya-khozyaina]). Novosibirsk: Nauka; 1978. [in Russian]Chen Q., Song J., Du W.P., Xu L.Y., Yu G.R. Possible origin of Triticum petropavlovskyi based on cytological analyses of crosses between T. petropavlovskyi and tetraploid, hexaploid, and synthetic hexaploid (SHW-DPW) wheat accessions. Spanish Journal of Agricultural Research. 2016;14(4):e0713. DOI: 10.5424/sjar/2016144-8476Chen Q., Song J., Du W.P., Xu L.Y., Yu G.R. Possible origin of Triticum petropavlovskyi based on cytological analyses of crosses between T. petropavlovskyi and tetraploid, hexaploid, and synthetic hexaploid (SHW-DPW) wheat accessions. Spanish Journal of Agricultural Research. 2016;14(4):e0713. DOI: 10.5424/sjar/2016144-8476Chen Q.F. Discussion on origin of Chinese endemic wheat. Guizhou Agricultural Sciences. 1999;27:20-25.Chen Q.F. Discussion on origin of Chinese endemic wheat. Guizhou Agricultural Sciences. 1999;27:20-25.Добровольская О.Б., Дресвянникова А.Е., Бадаева Е.Д., Попова К.И., Травничкова М., Мартинек П. Изучение генетических факторов, определяющих признак «тетраостость» мягкой пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020;24(6):568-574. DOI: 10.18699/VJ20.650Dobrovolskaya O.B., Dresvyannikova A.E., Badaeva E.D., Popova K.I., Trávníčková M., Martinek P. The study of genetic factors that determine the awned glume trait in bread wheat. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(6):568-574. [in Russian] DOI: 10.18699/VJ20.650Efremova T.T., Maystrenko O.I., Laikova L.I., Arbuzova V.S., Popova O.M. Comparative genetic analysis of hexaploid wheats Triticum petropavlovskyi Udasz. et Migusch. and Triticum aestivum L. Russian Journal of Genetics. 2000;36(10):1142-1148.Efremova T.T., Maystrenko O.I., Laikova L.I., Arbuzova V.S., Popova O.M. Comparative genetic analysis of hexaploid wheats Triticum petropavlovskyi Udasz. et Migusch. and Triticum aestivum L. Russian Journal of Genetics. 2000;36(10):1142-1148.Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый. Общая часть / под ред. М.А. Федина. Москва: Госкомиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур; 1989.Fedin M.A. (ed.). Methodology for state crop variety trials. First issue. General provisions (Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur. Vypusk pervy. Obshchaya chast). Moscow: State Commission for Crop Variety Trials; 1989. [in Russian]Фисенко А.В., Упелниек В.П., Калмыкова Л.П., Кузнецова Н.Л., Драгович А.Ю. Взаимосвязь между составом глиадинов, морфологией колоса и качеством зерна у яровой пшеницы. Достижения науки и техники АПК. 2018;32(9):24-27. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10906Fisenko A. V., Upelniek V. P., Kalmykova L. P., Kuznetsova N. L., Dragovich A.Yu. Relationship between the gliadin composition, ear morphology and grain quality of spring wheat. Achievements of Science and Technology of AIC. 2018;32(9):24-27. [in Russian] DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10906Фу Х., Гончаров Н.П. Эндемичные пшеницы Китая как ресурсы селекции. Генетичні ресурси рослин. 2019;(25):11-25. DOI: 10.36814/ pgr.2019.25.01Fu H., Goncharov N.P. Endemic wheats of China as resources for breeding. Plant Genetic Resources. 2019;(25):11-25. [in Russian] DOI: 10.36814/ pgr.2019.25.01Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. 2-е изд. Новосибирск: Гео; 2012.Goncharov N.P. Comparative genetics of wheats and their relatives (Sravnitelnaya genetika pshenits i ikh sorodichey). 2nd ed. Novosibirsk: Geo; 2012. [in Russian]Gultyaeva E.I., Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Shaydayuk E.L. Enlargement of genetic diversity of spring bread wheat resistance to leaf rust (Puccinia triticina Eriks.) in Lower Volga region. Agricultural Biology. 2020;55(1):27-44. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27engGultyaeva E.I., Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Shaydayuk E.L. Enlargement of genetic diversity of spring bread wheat resistance to leaf rust (Puccinia triticina Eriks.) in Lower Volga region. Agricultural Biology. 2020;55(1):27-44. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27engLi J., Jiang Y., Yao F., Long L., Wang Y., Wu Y. et al. Genome-wide association study reveals the genetic architecture of stripe rust resistance at the adult plant stage in Chinese endemic wheat. Frontiers in Plant Science. 2020;11:625. DOI: 10.3389/fpls.2020.00625Li J., Jiang Y., Yao F., Long L., Wang Y., Wu Y. et al. Genome-wide association study reveals the genetic architecture of stripe rust resistance at the adult plant stage in Chinese endemic wheat. Frontiers in Plant Science. 2020;11:625. DOI: 10.3389/fpls.2020.00625Luo W., Zhou J., Liu J., Liu Y., Mu Y., Tang H. et al. Fine mapping of the Hairy glume (Hg) gene in a chromosome variation region at the distal terminus of 1AS. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1006510. DOI: 10.3389/fpls.2022.1006510Luo W., Zhou J., Liu J., Liu Y., Mu Y., Tang H. et al. Fine mapping of the Hairy glume (Hg) gene in a chromosome variation region at the distal terminus of 1AS. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1006510. DOI: 10.3389/fpls.2022.1006510Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(2):89-120.Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(2):89-120.Masum Akond A.S.M.G., Watanabe N. Genetic variation among Portuguese landraces of ‘Arrancada’ wheat and Triticum petropavlovskyi by AFLP-based assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2005;52(5):619-628. DOI: 10.1007/s10722-005-6843-8Masum Akond A.S.M.G., Watanabe N. Genetic variation among Portuguese landraces of ‘Arrancada’ wheat and Triticum petropavlovskyi by AFLP-based assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2005;52(5):619-628. DOI: 10.1007/s10722-005-6843-8Masum Akond A.S.M.G., Watanabe N., Furuta Y. Comparative genetic diversity of Triticum aestivum – Triticum polonicum introgression lines with long glume and Triticum petropavlovskyi by AFLP-based assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2008;55(1):133-141. DOI: 10.1007/s10722-007-9221-xMasum Akond A.S.M.G., Watanabe N., Furuta Y. Comparative genetic diversity of Triticum aestivum – Triticum polonicum introgression lines with long glume and Triticum petropavlovskyi by AFLP-based assessment. Genetic Resources and Crop Evolution. 2008;55(1):133-141. DOI: 10.1007/s10722-007-9221-xOkamoto Y., Takumi S. Pleiotropic effects of the elongated glume gene P1 on grain and spikelet shape-related traits in tetraploid wheat. Euphytica. 2013;194(2):207-218. DOI: 10.1007/s10681-013-0916-0Okamoto Y., Takumi S. Pleiotropic effects of the elongated glume gene P1 on grain and spikelet shape-related traits in tetraploid wheat. Euphytica. 2013;194(2):207-218. DOI: 10.1007/s10681-013-0916-0Радченко Е.Е. Злаковые тли. В кн.: Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. Методическое пособие. Москва: Россельхозакадемия; 2008. С.214-257.Radchenko E.E. Cereal aphids (Zlakovye tli). In: The study of the genetic resources of cereal crops for resistance to harmful organisms. Guidelines (Izucheniye geneticheskikh resursov zernovykh kultur po ustoychivosti k vrednym organizmam. Metodicheskoye posobiye). Moscow: Russian Academy of Agricultural Sciences; 2008. p.214-257. [in Russian]Radchenko E.E. Resistance of Triticum species to cereal aphids. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2011;47(10):67-70. DOI: 10.17221/3257-CJGPBRadchenko E.E. Resistance of Triticum species to cereal aphids. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2011;47(10):67-70. DOI: 10.17221/3257-CJGPBRoelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: http://hdl.handle.net/10883/1153 [accessed May 22, 2024].Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: http://hdl.handle.net/10883/1153 [accessed May 22, 2024].Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Gultyaeva E.I. et al. Comparative analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv. 6Agi and 6Agi2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat–wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017;53(3):314-324. DOI: 10.1134/S1022795417030115Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Gultyaeva E.I. et al. Comparative analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv. 6Agi and 6Agi2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat–wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017;53(3):314-324. DOI: 10.1134/S1022795417030115Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений. Методики испытаний на ООС: [сайт]. URL: https://gossortrf.ru/publication/metodiki-ispytaniy-na-oos.php [дата обращения: 17.05.2024].State Commission of the Russian Federation for Testing and Protecting Breeding Achievements. Testing methods at Experiment Stations (Gosudarstvennaya komissiya Rossiyskoy Federatsii po ispytaniyu i okhrane selektsionnykh dostizheniy): [website]. [in Russian] URL: https://gossortrf.ru/publication/metodiki-ispytaniy-na-oos.php [дата обращения: 17.05.2024].Трущенко А.Ю., Шаманин В.П. Эффекты морфологических и биологических признаков по урожайности и элементам продуктивности растений у изогенных линий Новосибирская 67. Современные проблемы науки и образования. 2015;(2-1):538.Truschenko A.Y., Shamanin V.P. Effects of morphological and biological characteristics of yield components and plant productivity in isogenic lines Novosibirsk 67. Modern Problems of Science and Education. 2015;(2-1):538. [in Russian]Wang H.J., Huang X.Q., Röder M.S., Börner A. Genetic mapping of loci determining long glumes in the genus Triticum. Euphytica. 2002;123:287-293. DOI: 10.1023/A:1014909331902Wang H.J., Huang X.Q., Röder M.S., Börner A. Genetic mapping of loci determining long glumes in the genus Triticum. Euphytica. 2002;123:287-293. DOI: 10.1023/A:1014909331902Watanabe N, Imamura I. Genetic control of long glume phenotype in tetraploid wheat derived from Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. Euphytica. 2002;128(2):211-217. DOI: 10.1023/A:1020829821620Watanabe N, Imamura I. Genetic control of long glume phenotype in tetraploid wheat derived from Triticum petropavlovskyi Udacz. et Migusch. Euphytica. 2002;128(2):211-217. DOI: 10.1023/A:1020829821620Якубцинер М.М. К познанию пшеницы Китая. Ботанический журнал. 1959;44(10):1425-1436.Yakubtsiner M.M. More on Chinese wheats. Botanicheskii zhurnal = Botanical Journal. 1959;44(10):1425-1436. [in Russian]Yang W.Y., Yen C., Yang J.L. Cytogenetic study on the origin of some special Chinese landraces of common wheat. Wheat Information Service. 1992;75:14-20.Yang W.Y., Yen C., Yang J.L. Cytogenetic study on the origin of some special Chinese landraces of common wheat. Wheat Information Service. 1992;75:14-20.Зуев Е.В. Хозяйственно-биологические особенности вида пшеницы T. petropavlovskyi Udacz. et Migusch.: дис. … канд. с.-х. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 1992.Zuev E.V. Economic and biological features of the wheat species T. petropavlovskyi Udacz. et Migusch. (Khozyaystvenno-biologicheskiye osobennosti vida pshenitsy T. petropavlovskyi Udacz. et Migusch.) [dissertation]. St. Petersburg: VIR; 1992. [in Russian]

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