Наталья Сергеевна Лысенко, старший научный сотрудник, ВИР
190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44
Natalia S. Lysenko, Senior Researcher, VIR
42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia
Роман Константинович Пузанский, кандидат биологических наук, научный сотрудник, БИН РАН
197022 Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 2
Roman K. Puzanskiy, Cand. Sci. (Biology), Researcher
2 Professora Popova Street, St. Petersburg 197022, Russia
Татьяна Васильевна Шеленга, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ВИР
190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44, t.shelenga@vir.nw.ru
Tatiana V. Shelenga, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, VIR
42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia
Актуальность. Al3+ вызывает нарушение роста и развития растений, что приводит к снижению урожайности главных сельскохозяйственных культур. Выявление метаболитов – маркеров алюмотолерантности пшеницы является актуальной и перспективной задачей предселекционной работы, в том числе по созданию сортов с комплексной устойчивостью к стрессорам.
Материалы и методы. Материалом для исследования являлись 20 образцов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР. Исходный материал прошел полевое изучение на устойчивость к биотическим и абиотическим факторам перезимовки с 2007 по 2019 г. в условиях Северо-Западного региона РФ (г. Пушкин). Изучение алюмоустойчивости образцов Triticum aestivum L. проводилось на ранних этапах развития растений методом в модификации И. Н. Косаревой. Метаболомные профили контрольной (КГ) и опытной групп (ОГ) образцов корешков пшеницы исследовали методом неспецифического метаболомного профилирования с использованием газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией (Agilent 6850A, США).
Результаты. Анализ показал, что Al+3 стимулируют накопление отдельных свободных аминокислот, снижают интенсивность обмена углеводов, большинства жирных кислот, простых фенольных соединений фенилпропаноидного пути. В опытных образцах корешков проростков пшеницы превалировали гетероароматические фенолы, терпены, фитостеролы, олигосахара, моноацилглицерол, производные органических и фосфорной кислот по сравнению с контрольной группой.
Заключение. Полученные результаты позволят выделять образцы пшеницы с наиболее выраженными защитными механизмами по отношению к Al3+ для дальнейшего использования в селекционных программах, направленных на получение высокоурожайных алюмотолерантных сортов пшеницы.
Background. Al3+ causes disruption of plant growth and development, which leads to a decrease in the yield of staple crops. Identification of aluminum tolerance markers in wheat is an urgent and promising task for prebreeding, including the development of cultivars with complex resistance to stressors.
Materials and methods. Twenty winter bread wheat accessions from the VIR collection served as the research material. From 2007 through 2019, they underwent field testing for resistance to biotic and abiotic factors of overwintering under the conditions of Northwest Russia (Pushkin). Aluminum resistance of Triticum aestivum L. accessions was studied at the early stages of plant development according to the technique modified by I. N. Kosareva. Metabolic profiles in the control and experimental groups of T. aestivum root samples were studied using nontargeted metabolomic profiling with gas chromatography coupled to mass spectrometry (Agilent 6850A, USA).
Results. The analysis showed that Al+3 stimulated the accumulation of individual free amino acids and reduced the intensity of metabolism for carbohydrates, most fatty acids, and simple phenolic compounds of the phenylpyranoid pathway. Heteroaromatic phenols, terpenes, phytosterols, oligosaccharides, monoacylglycerol, and derivatives of organic and phosphoric acids prevailed in the experimental samples of T. aestivum seedling roots, compared to the control group.
Conclusion. The results of this study will facilitate the identification of T. aestivum accessions with the most explicit protective mechanisms against Al3+ for further use in breeding programs aimed at obtaining aluminum-tolerant high-yielding cultivars of T. aestivum.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.