vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-4-186-195vir-nw-2126Research ArticleИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ПРОБЛЕМIDENTIFICATION OF THE DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES FOR SOLVING FUNDAMENTAL AND APPLIED PROBLEMSРазнообразие коллекции Lupinus angustifolius L. ВИР по окраске соцветийDiversity of VIr’s collection of Lupinus angustifolius L. in the inf lorescence colorhttps://orcid.org/0000-0003-3285-8186ВласоваЕ. В.VlasovaE. V.

Елена Викторовна Власова - кандидат биологических наук, заведующая лабораторией.

115598 Москва, ул. Загорьевская, 4

Elena V. Vlasova - Cand. Sci. (Biology), Head of a Laboratory.

4 Zagorevskaya St., Moscow, 115598

stevlas@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8645-3072ЕгороваГ. П.EgorovaG. P.

Галина Павловна Егорова - ведущий специалист.

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Galina P. Egorova - Leading Specialist.

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

g.egorova@vir.nw.ruФедеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководстваРоссияFederal Horticultural Center for Breeding, Agrotechnology and NurseryRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation2024100120251854186195Copyright © Власова Е.В., Егорова Г.П., 20252025Власова Е.В., Егорова Г.П.Vlasova E.V., Egorova G.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/2126Актуальность

Актуальность. Фенотипическое разнообразие Lupinus angustifolius L. динамически расширяется из-за рекомбиногенеза и мутаций. Поэтому сложившиеся представления о разнообразии окраски соцветий у люпина узколистного нуждаются в регулярном обновлении.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектом исследования служили 887 образцов люпина узколистного коллекции ВИР. Морфологические описания образцов проводили в 2009–2023 гг. в условиях полевого опыта в Московской области РФ. Многолетние наблюдения позволили оценить возможные модификации окраски соцветий в варьирующих погодных условиях.

Результаты

Результаты. В генофонде выявлено 15 биотипов, которые различались по антоциановой пигментации отдельных частей соцветия: флага, крыльев и лодочки цветка, а также оси соцветия. Биотипы характеризовались также индивидуальными особенностями окраски семядолей, листьев, стебля и семян. Проведена сверка фенотипических характеристик биотипов с диагностическими признаками внутривидовых таксонов и известных генов окраски цветка.

Заключение

Заключение. Выявлены 3 новые разновидности и 6 подразновидностей. Установлены вероятные носители генов как основной окраски цветка – roseus (fco 1), violaceus (fco 3), albus (fco 4), leucospermus (fco 21, fco 22), так и ее модификаций – Supercoeruleus, dispersus, discolor, albiflorus. Описания некоторых биотипов не соответствовали данным о фенотипической экспрессии ни одного из известных генов, что указывало на наличие новых мутаций, рекомбинаций либо неизученных ассоциаций генов.

Background

Background. The phenotypic structure of Lupinus angustifolius L. is dynamically expanding due to genetic recombinations and mutagenesis. Therefore, the existing concepts of the inflorescence color diversity in narrowleaf lupine need regular updating.

Materials and methods

Materials and methods. Research materials consisted of 887 narrowleaf lupine accessions from the VIR collection. Their morphological descriptions were made in 2009–2023 during field trials under the conditions of Moscow Province, Russia. Longterm observations made it possible to evaluate probable color modifications in inflorescences under varying weather conditions.

Results

Results. The lupine gene pool was divided into 15 biotypes differing in the anthocyanin pigmentation of separate inflorescence parts, such as the vexillum, wings, and keel, as well as the inflorescence axis. Individual color features of cotyledons, leaves, stem, and seeds also characterized the biotypes. Phenotypic characteristics of lupine biotypes were compared with diagnostic traits of intraspecific taxa and known genes for flower color.

Conclusion

Conclusion. Three new varieties and six new subvarieties were marked out for narrowleaf lupine. Probable carriers of genes responsible for the flower’s basic color: roseus (fco 1), violaceus (fco 3), albus (fco 4), and leucospermus (fco 21, fco 22), and its modifications: Supercoeruleus, dispersus, discolor, and albiflorus, were identified. Descriptions of some biotypes failed to agree with the data on any known gene’s phenotypic expression, which attested to the presence of new mutations, recombinations, or unstudied gene associations.

люпин узколистныйокраска цветкавнутривидовое разнообразиеантоцианыnarrowleaf lupineflower colorintraspecific diversityanthocyaninsработа выполнена в рамках реализации государственных заданий Федерального научного селекционно-технологического центра садоводства и питомниководства № 0432-2021-0003 «Сохранить, пополнить, изучить генетические коллекции сельскохозяйственных растений и создать репозитории плодовых и ягодных культур, заложенные свободными от вредоносных вирусов растениями» и в соответствии с тематическим планом ВИР по проекту № FGEM-2022-0002 «Выявление возможностей генофонда бобовых культур для оптимизации их селекции и диверсификации использования в различных отраслях народного хозяйства»the research was carried out within the framework of the state tasks assigned to the Federal Horticultural Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery, No. 0432-2021-0003 “Preserve, replenish, and study genetic collections of agricultural plants and establish repositories of fruit and berry crops planted free of viruses”, and the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), No. FGEM-2022-0002 “Identifying possibilities in the genetic diversity of leguminous crops to optimize their breeding and diversify uses in various sectors of the national economy”ReferencesCowling W.A. Genetic diversity in narrow-leafed lupin breeding after the domestication bottleneck. In: K.B. Singh, L.G. Kamphuis, M.N. Nelson (eds). The Lupin Genome. Cham: Springer, 2020. p.1-17. DOI: 10.1007/978-3-030-21270-4_1Cowling W.A. Genetic diversity in narrow-leafed lupin breeding after the domestication bottleneck. In: K.B. Singh, L.G. Kamphuis, M.N. Nelson (eds). The Lupin Genome. Cham: Springer, 2020. p.1-17. DOI: 10.1007/978-3-030-21270-4_1Gladstones J.S. Distribution, origin, taxonomy, history and importance. In: J.S. Gladstones, C.A. Atkins, J. Hamblin (eds). Lupins as Crop Plants: Biology, Production, and Utilization. Wallingford: CAB International; 1998. p.1-36.Gladstones J.S. Distribution, origin, taxonomy, history and importance. In: J.S. Gladstones, C.A. Atkins, J. Hamblin (eds). Lupins as Crop Plants: Biology, Production, and Utilization. Wallingford: CAB International; 1998. p.1-36.Hackbarth J. Die Gene der Lupinenarten. III. Schmallblaettige Lupinen (Lupinus angustifolius L.). Zeitschrift für Pflanzenzüchtung. 1957;37(1):81-95. [in German]Hackbarth J. Die Gene der Lupinenarten. III. Schmallblaettige Lupinen (Lupinus angustifolius L.). Zeitschrift für Pflanzenzüchtung. 1957;37(1):81-95. [in German]Hallqvist C. The inheritance of the flower colour and the seed colour in Lupinus angustifolius. Hereditas. 1921;2(3):299-363. DOI: 10.1111/j.1601-5223.1921.tb02633.xHallqvist C. The inheritance of the flower colour and the seed colour in Lupinus angustifolius. Hereditas. 1921;2(3):299-363. DOI: 10.1111/j.1601-5223.1921.tb02633.xКупцов Н.С., Попов Е.Г. Технология хранения максимального количества генов вида растений в минимальном количестве компонентов его биологического банка генов. Актуальная биотехнология. 2019;3(30):592-595.Kuptsov N.S., Popov E.G. The technology of storing the maximum number of genes of a plant species in the minimum number of components of its biological gene bank (Tekhnologiya khraneniya maksimalnogo kolichestva genov vida rasteniy v minimalnom kolichestve komponentov yego biologicheskogo banka genov). Topical Biotechnology. 2019;3(30):592-595. [in Russian]Купцов Н.С., Такунов И.П. Люпин (генетика, селекция, гетерогенные посевы). Брянск; 2006.Kuptsov N.S., Takunov I.P. Lupine (genetics, breeding, and heterogeneous plantings) (Lyupin [genetika, selektsiya, geterogennye posevy]). Bryansk; 2006. [in Russian]Kurlovich B.S. Genetics of lupins. In: B.S. Kurlovich (ed.). Lupins (Geography, Classification, Genetic Resources and Breeding). St. Petersburg: Intan; 2002. p.313-350.Kurlovich B.S. Genetics of lupins. In: B.S. Kurlovich (ed.). Lupins (Geography, Classification, Genetic Resources and Breeding). St. Petersburg: Intan; 2002. p.313-350.Kurlovich B.S. Vavilov’s concept of the species as a system. International Journal of Food Science and Agriculture. 2019;3(4):275-286. DOI: 10.26855/ijfsa.2019.12.003Kurlovich B.S. Vavilov’s concept of the species as a system. International Journal of Food Science and Agriculture. 2019;3(4):275-286. DOI: 10.26855/ijfsa.2019.12.003Kurlovich B.S., Stankevich A.K. Classifications of lupins. In: B.S. Kurlovich (ed.). Lupins (Geography, Classification, Genetic Resources and Breeding). St. Petersburg: Intan; 2002. p.39-88.Kurlovich B.S., Stankevich A.K. Classifications of lupins. In: B.S. Kurlovich (ed.). Lupins (Geography, Classification, Genetic Resources and Breeding). St. Petersburg: Intan; 2002. p.39-88.Курлович Б.С., Станкевич А.К. Внутривидовое разнообразие трех однолетних видов люпина (Lupinus L.). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1990;135:19-34.Kurlovich B.S., Stankevich A.K. Intraspecific diversity of three annual lupine species (Lupinus L.). Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1990;135:19-34. [in Russian]Kushnareva A.V., Shelengа T.V., Perchuk I.N., Egorova G.P., Malyshev L.L., Kerv Yu.A. et al. Selection of an optimal method for screening the collection of narrow-leaved lupine held by the Vavilov Institute for the qualitative and quantitative composition of seed alkaloids. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(8):829-835. DOI: 10.18699/VJ20.680Kushnareva A.V., Shelengа T.V., Perchuk I.N., Egorova G.P., Malyshev L.L., Kerv Yu.A. et al. Selection of an optimal method for screening the collection of narrow-leaved lupine held by the Vavilov Institute for the qualitative and quantitative composition of seed alkaloids. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(8):829-835. DOI: 10.18699/VJ20.680Майсурян Н.А., Атабекова А.И. Люпин. Москва: Колос; 1974.Maysuryan N.A., Atabekova A.I. Lupine (Lyupin). Moscow: Kolos; 1974. [in Russian]Mikołajczyk J. Genetic studies in Lupinus angustifolius. II. Inheritance of some morphological characters in blue lupine. Genetica Polonica. 1966;7(3-4):153-180.Mikołajczyk J. Genetic studies in Lupinus angustifolius. II. Inheritance of some morphological characters in blue lupine. Genetica Polonica. 1966;7(3-4):153-180.Plewiński P., Książkiewicz M., Rychel-Bielska S., Rudy E., Wolko B. Candidate domestication-related genes revealed by expression quantitative trait loci mapping of narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius L.). International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(22):5670. DOI: 10.3390/ijms20225670Plewiński P., Książkiewicz M., Rychel-Bielska S., Rudy E., Wolko B. Candidate domestication-related genes revealed by expression quantitative trait loci mapping of narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius L.). International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(22):5670. DOI: 10.3390/ijms20225670Reid C. Floral longevity and attraction of Arctic lupine, Lupinus arcticus: implications for pollination efficiency. The Arbutus Review. 2019;10(1):83-99. DOI: 10.18357/tar101201918921Reid C. Floral longevity and attraction of Arctic lupine, Lupinus arcticus: implications for pollination efficiency. The Arbutus Review. 2019;10(1):83-99. DOI: 10.18357/tar101201918921Степанова С., Назарова Н., Корнейчук В., Леман Х., Миколайчик Я. Международный классификатор СЭВ рода Lupinus L. Ленинград: ВИР; 1985.Stepanova S., Nazarova N., Korneichuk V., Lehmann C., Mikolaichik Y. The international COMECON list of descriptors for the genus Lupinus L. Leningrad: VIR; 1985. [in Russian]Вишнякова М.А., Буравцева Т.В., Булынцев С.В., Бурляева М.О., Семенова Е.В., Сеферова И.В., Александрова Т.Г., Яньков И.И., Егорова Г.П., Герасимова Т.В., Другова Е.В. Методические указания. Коллекция мировых генетических ресурсов зерновых бобовых ВИР: пополнение, сохранение и изучение. Санкт-Петербург: ВИР; 2010.Vishnyakova M.A., Buravtseva T.V., Bulyntsev S.V., Burlyaeva M.O., Semenova E.V., Seferova I.V., Aleksandrova T.G., Yankov I.I., Egorova G.P, Gerasimova T.V., Drugova E.V. Methodological guidelines. The VIR global collection of grain legume crop genetic resources: replenishment, conservation and studying (Metodicheskiye ukazaniya. Kollektsiya mirovykh geneticheskikh resursov zernovykh bobovykh VIR: popolneniye, sokhraneniye i izucheniye). St. Petersburg: VIR; 2010. [in Russian]Vishnyakova M.A., Kushnareva A.V., Shelenga T.V., Egorova G.P. Alkaloids of narrow-leafed lupine as a factor determining alternative ways of the crop’s utilization and breeding. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(6):625-635. DOI: 10.18699/VJ20.656Vishnyakova M.A., Kushnareva A.V., Shelenga T.V., Egorova G.P. Alkaloids of narrow-leafed lupine as a factor determining alternative ways of the crop’s utilization and breeding. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(6):625-635. DOI: 10.18699/VJ20.656Vishnyakova M.A., Vlasova E.V., Egorova G.P. Genetic resources of narrow-leaved lupine (Lupinus angustifolius L.) and their role in its domestication and breeding, Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(6):620-630. DOI: 10.18699/VJ21.070Vishnyakova M.A., Vlasova E.V., Egorova G.P. Genetic resources of narrow-leaved lupine (Lupinus angustifolius L.) and their role in its domestication and breeding, Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(6):620-630. DOI: 10.18699/VJ21.070Vlasova E.V. Morphological and taxonomic description of Lupinus angustifolius L. spikelike samples into VIR collection. Revista Botanică. 2015;1(10):88-91.Vlasova E.V. Morphological and taxonomic description of Lupinus angustifolius L. spikelike samples into VIR collection. Revista Botanică. 2015;1(10):88-91.

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