vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-3-102-111vir-nw-2419Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESНегативное влияние интрогрессии в хромосому 5Al мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) от тетраплоидной пшеницы (Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. subsp. timopheevii) на устойчивость к засухе и продуктивностьNegative effect of an introgression into chromosome 5Al of bread wheat (Triticum aestivum L.) from tetraploid wheat (Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. subsp. timopheevii) on drought tolerance and productivityhttps://orcid.org/0000-0001-7025-8590ОсиповаС. В.OsipovaS. V.

Светлана Владимировна Осипова, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук; заведующая кафедрой, Иркутский государственный университет

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

664011, Иркутск, ул. Сухэ Батора, 5

Svetlana V. Osipova, Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher, Institute of Plant Physiology and Biochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Head of a Department, Irkutsk State University

132 Lermontova St., Irkutsk 664033

5 Sukhe-Batorа St., Irkutsk 664011

svetlanaosipova2@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0002-5470ПермяковА. В.PermyakovA. V.

Алексей Викторович Пермяков, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Aleksey V. Permyakov, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

132 Lermontova St., Irkutsk 664033

aperm@sifibr.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8567-0318РудиковскийА. В.RudikovskiiA. V.

Александр Викторович Рудиковский, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Alexandr V. Rudikovskii, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

132 Lermontova St., Irkutsk 664033 

Rudikovalex@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0259-8531ПермяковаМ. Д.PermyakovaM. D.

Марина Диомидовна Пермякова, доктор биологических наук, старший научный сотрудник

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Marina D. Permyakova, Dr. Sci. (Biology), Senior Researcher

132 Lermontova St., Irkutsk 664033

marperm@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5709-2370РудиковскаяЕ. Г.RudikovskayaE. G.

Елена Георгиевна Рудиковская, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Elena G. Rudikovskaya, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

132 Lermontova St., Irkutsk 664033

Rudal69@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8025-7647ПоморцевА. В.PomortsevA. V.

Анатолий Владимирович Поморцев, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Anatolii V. Pomortsev, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

132 Lermontova St., Irkutsk 664033

pomorcevanatolii@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5639-916XПшеничниковаТ. А.PshenichnikovaT. A.

Татьяна Алексеевна Пшеничникова, кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник, заведующая сектором

630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 19

Tatyana A. Pshenichnikova, Cand. Sci. (Biology), Head of a Sector

10 Akademika Lavrentyeva Ave., Novosibirsk 630090

wheatpsh@bionet.nsc.ruСибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук; Иркутский государственный университетРоссияInstitute of Plant Physiology and Biochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Irkutsk State UniversityRussian FederationСибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Plant Physiology and Biochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наукРоссияMarina D. PerInstitute of Plant Physiology and Biochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2025300920251863102111Copyright © Осипова С.В., Пермяков А.В., Рудиковский А.В., Пермякова М.Д., Рудиковская Е.Г., Поморцев А.В., Пшеничникова Т.А., 20252025Осипова С.В., Пермяков А.В., Рудиковский А.В., Пермякова М.Д., Рудиковская Е.Г., Поморцев А.В., Пшеничникова Т.А.Osipova S.V., Permyakov A.V., Rudikovskii A.V., Permyakova M.D., Rudikovskaya E.G., Pomortsev A.V., Pshenichnikova T.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2419Актуальность

Актуальность. Интрогрессивную гибридизацию используют для увеличения генетического разнообразия и повышения устойчивости к болезням мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Интрогрессии от тетраплоидной пшеницы Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. subsp. timopheevii в мягкую пшеницу ‘Саратовская 29’ (S29) помогли повысить ее устойчивость к грибным заболеваниям. Необходимы исследования влияния интрогрессивной гибридизации на устойчивость пшеницы к абиотическим стрессорам.

Материалы и методы

Материалы и методы. В контролируемых условиях при двух режимах водоснабжения исследовали параметры газообмена и флуоресценции хлорофилла, содержание хлорофиллов a и b, каротиноидов, свободного пролина, активность ферментов аскорбат-глутатионового цикла, каталазы и липоксигеназы в листьях и биомассу побега у сорта пшеницы S29 и линии S29 (821 5A), несущей сегмент интрогрессии от T. timopheevii subsp. timopheevii в дистальном участке хромосомы 5AL. Компоненты продуктивности изучали в гидропонной теплице в двух режимах водоснабжения.

Результаты

Результаты. По сравнению с сортом S29 линия S29 (821 5A) показала сниженное количество поглощаемой и переносимой энергии на один реакционный центр фотосистемы II при оптимальном поливе. Также у линии на 30% снизилась активность ферментов аскорбат-глутатионового цикла и значительно повысилось содержание пролина в листьях. У линии S29 (821 5A) отмечены ослабленные защитные реакции на стресс от засухи. Она уступала сорту S29 по продуктивности главного колоса, независимо от условий полива.

Заключение

Заключение. Интрогрессия от T. timopheevii subsp. timopheevii в дистальную область хромосомы 5AL отрицательно повлияла на устойчивость к засухе и продуктивность мягкой пшеницы. Для комплексной оценки устойчивости межвидовых гибридов к неблагоприятным факторам необходимы физиолого-биохимические исследования.

Background

Background. Introgressive hybridization is used to increase genetic diversity and improve disease resistance in bread wheat Triticum aestivum L. Introgressions from tetraploid wheat Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. subsp. timopheevii into bread wheat ‘Saratovskaya 29’ (S29) helped to increase its resistance to fungal diseases. There is a need for thorough studies into the effect of introgressive hybridization on tolerance to abiotic stressors in wheat.

Materials and methods

Materials and methods. Gas exchange and chlorophyll fluorescence parameters, chlorophyll a and b content, carotenoids, free proline, ascorbate-glutathione cycle enzyme activity, catalase and lipoxygenase in leaves, and shoot biomass were analyzed in wheat cultivar S29 and line S29 (821 5A) carrying a T. timopheevii subsp. timopheevii introgression segment in the distal region of chromosome 5AL, under controlled conditions with two water-supply regimes. Productivity components were assessed in a hydroponic greenhouse, also under two water-supply regimes.

Results

Results. Compared with cv. S29, line S29 (821 5A) had a reduced amount of absorbed and transferred energy per reaction center of photosystem II under optimal watering. The line also had a 30% reduction in the activity of ascorbate-glutathione cycle enzymes and a significantly increased proline content in leaves. Line S29 (821 5A) showed weakened defense reactions to drought stress. It was inferior to cv. S29 in the main spike productivity, regardless of watering conditions.

Conclusion

Conclusion. Introgression from T. timopheevii subsp. timopheevii into the distal region of chromosome 5AL negatively affected the drought tolerance and productivity of bread wheat. Physiological and biochemical studies are required to make a comprehensive assessment of interspecific hybrids for their resistance to unfavorable factors.

фотосинтезактивность антиоксидантных ферментов и липоксигеназыпролинкомпоненты проlуктивностиопушение листаphotosynthesisantioxidant enzyme and lipoxygenase activityprolineproductivity componentsleaf pubescenceИсследование выполнено в рамках реализации государственных заданий СИФИБР СО РАН № 0277-2025-0006 «Изучение механизмов формирования, поддержания и регуляции устойчивого состояния растений: генетические, физиолого-биохимические, эволюционные и экологические аспекты» и ФНЦ ИЦиГ СО РАН по проекту № FWNR-2022-0017 «Генетический контроль развития и формирования хозяйственно-ценных признаков у сельскохозяйственных растений». В работе использовано оборудование ЦКП «Биоаналитика» СИФИБР СО РАН и ЦКП репродукции растений ИЦиГ СО РАН. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The research was carried out within the framework of the state tasks assigned to the Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, No. 0277-2025-0006 “Study of the mechanisms forming, maintaining and regulating a stable state of plants: genetic, physiological and biochemical, evolutionary and environmental aspects”, and the Institute of Cytology and Genetics, No. FWNR-2022-0017 “Genetic control of the development and formation of economically valuable traits in agricultural plants”. The researchers employed the equipment of the Collective Use Center “Bioanalytics” of the Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS, and the Collective Use Center for Plant Reproduction of the Institute of Cytology and Genetics, SB RAS. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesBates L., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 1973;39:205-207. DOI: 10.1007/BF00018060Bates L., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 1973;39:205-207. DOI: 10.1007/BF00018060Chakraborty P., Kumari A. Role of compatible osmolytes in plant stress tolerance under the influence of phytohormones and mineral elements. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p.165-201. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00011-XChakraborty P., Kumari A. Role of compatible osmolytes in plant stress tolerance under the influence of phytohormones and mineral elements. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p.165-201. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00011-XFan H., Xu J., Ao D., Jia T., Shi Y., Li N. et al. QTL mapping of trichome traits and analysis of candidate genes in leaves of wheat (Triticum aestivum L.). Genes (Basel). 2023;15(1):42. DOI: 10.3390/genes15010042Fan H., Xu J., Ao D., Jia T., Shi Y., Li N. et al. QTL mapping of trichome traits and analysis of candidate genes in leaves of wheat (Triticum aestivum L.). Genes (Basel). 2023;15(1):42. DOI: 10.3390/genes15010042Goltsev V.N., Kalaji H.M., Paunov M., Bąba W., Horaczek T., Mojski J. et al. Variable chlorophyll fluorescence and its use for assessing physiological condition of plant photosynthetic apparatus. Russian Journal of Plant Physiology. 2016;63(6):869-893. DOI: 10.1134/S1021443716050058Goltsev V.N., Kalaji H.M., Paunov M., Bąba W., Horaczek T., Mojski J. et al. Variable chlorophyll fluorescence and its use for assessing physiological condition of plant photosynthetic apparatus. Russian Journal of Plant Physiology. 2016;63(6):869-893. DOI: 10.1134/S1021443716050058Kabir N., Wahid S., Rehman S.U., Qanmber G. The intricate world of trichome development: From signaling pathways to transcriptional regulation. Environmental and Experimental Botany. 2024;217:105549. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2023.105549Kabir N., Wahid S., Rehman S.U., Qanmber G. The intricate world of trichome development: From signaling pathways to transcriptional regulation. Environmental and Experimental Botany. 2024;217:105549. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2023.105549Leonova I.N., Röder M.S., Kalinina N.P., Budashkina E.B. Genetic analysis and localization of loci controlling leaf rust resistance of Triticum aestivum × Triticum timopheevii introgression lines. Russian Journal of Genetics. 2008;44(12):1431-1437. DOI: 10.1134/S1022795408120077Leonova I.N., Röder M.S., Kalinina N.P., Budashkina E.B. Genetic analysis and localization of loci controlling leaf rust resistance of Triticum aestivum × Triticum timopheevii introgression lines. Russian Journal of Genetics. 2008;44(12):1431-1437. DOI: 10.1134/S1022795408120077Леонова И.Н., Шумный В.К. Создание и изучение коллекции интрогрессивных линий мягкой пшеницы, полученных с участием Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции. 2023;9(3):111-116. DOI: 10.18699/LettersVJ-2023-9-14Leonova I.N., Shumny V.K. Development and study of the common wheat introgression lines obtained with the participation of Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. Letters to Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2023;9(3):111-116. [in Russian] DOI: 10.18699/LettersVJ-2023-9-14Mir R.A., Khah M. K. Recent progress in enzymatic antioxidant defense system in plants against different environmental stresses. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p. 203-224. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00014-5Mir R.A., Khah M. K. Recent progress in enzymatic antioxidant defense system in plants against different environmental stresses. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p. 203-224. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00014-5Osipova S.V., Rudikovskii A.V., Permyakov A.V., Rudikovskaya E.G., Pomortsev A.V., Musalevskaya O.V. et al. Using chlorophyll fluorescence parameters and antioxidant enzyme activity to assess drought tolerance of spring wheat. Photosynthetica. 2024;62(2):147-157. DOI: 10.32615/ps.2024.014Osipova S.V., Rudikovskii A.V., Permyakov A.V., Rudikovskaya E.G., Pomortsev A.V., Musalevskaya O.V. et al. Using chlorophyll fluorescence parameters and antioxidant enzyme activity to assess drought tolerance of spring wheat. Photosynthetica. 2024;62(2):147-157. DOI: 10.32615/ps.2024.014Panda D., Mishra S.S., Behera P.K., Lenka S.K. Role of ascorbate and ascorbate–glutathione cycle for photosynthetic protection in selected indigenous rice landraces under drought stress. Agricultural Research. 2021;10:187-192. DOI: 10.1007/s40003-020-00506-yPanda D., Mishra S.S., Behera P.K., Lenka S.K. Role of ascorbate and ascorbate–glutathione cycle for photosynthetic protection in selected indigenous rice landraces under drought stress. Agricultural Research. 2021;10:187-192. DOI: 10.1007/s40003-020-00506-yPeršić V., Ament A., Antunović Dunić J., Drezner G., Cesar V. PEG-induced physiological drought for screening winter wheat genotypes sensitivity – integrated biochemical and chlorophyll a fluorescence analysis. Frontiers in Plant Science. 2022;13:987702. DOI: 10.3389/fpls.2022.987702Peršić V., Ament A., Antunović Dunić J., Drezner G., Cesar V. PEG-induced physiological drought for screening winter wheat genotypes sensitivity – integrated biochemical and chlorophyll a fluorescence analysis. Frontiers in Plant Science. 2022;13:987702. DOI: 10.3389/fpls.2022.987702Pflüger T., Jensen S.M., Liu F., Rosenqvist E.T. Leaf gas exchange responses to combined heat and drought stress in wheat genotypes with varied stomatal density. Environmental and Experimental Botany. 2024;228(Pt A):105984. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2024.105984Pflüger T., Jensen S.M., Liu F., Rosenqvist E.T. Leaf gas exchange responses to combined heat and drought stress in wheat genotypes with varied stomatal density. Environmental and Experimental Botany. 2024;228(Pt A):105984. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2024.105984Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Osipova S.V., Permyakov A.V., Permyakova M.D., Efimov V.M. et al. Quantitative characteristics of pubescence in wheat (Triticum aestivum L.) are associated with the parameters of gas exchange and chlorophyll fluorescence under conditions of normal and limited water supply. Planta. 2019;249(3):839-847. DOI: 10.1007/s00425-018-3049-9Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Osipova S.V., Permyakov A.V., Permyakova M.D., Efimov V.M. et al. Quantitative characteristics of pubescence in wheat (Triticum aestivum L.) are associated with the parameters of gas exchange and chlorophyll fluorescence under conditions of normal and limited water supply. Planta. 2019;249(3):839-847. DOI: 10.1007/s00425-018-3049-9Shchukina L.V., Simonov A.V., Demenkova M.A., Klykov A.G., Shamanin V.P., Pozherukova V.E. et al. Increased grain protein and gluten contents of bread wheat caused by introgression of a T. timopheevii segment into chromosome 2A. Euphytica. 2022;218(12):170. DOI: 10.1007/s10681-022-03121-wShchukina L.V., Simonov A.V., Demenkova M.A., Klykov A.G., Shamanin V.P., Pozherukova V.E. et al. Increased grain protein and gluten contents of bread wheat caused by introgression of a T. timopheevii segment into chromosome 2A. Euphytica. 2022;218(12):170. DOI: 10.1007/s10681-022-03121-wSimonov A.V., Smirnova O.G., Genaev M.A., Pshenichnikova T.A. The identification of a new gene for leaf pubescence introgressed into bread wheat from Triticum timopheevii Zhuk. and its manifestation in a different genotypic background. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2021;19(3):238-244. DOI: 10.1017/S1479262121000277Simonov A.V., Smirnova O.G., Genaev M.A., Pshenichnikova T.A. The identification of a new gene for leaf pubescence introgressed into bread wheat from Triticum timopheevii Zhuk. and its manifestation in a different genotypic background. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2021;19(3):238-244. DOI: 10.1017/S1479262121000277Smirnova O.G., Pshenichnikova T.A. The relationship between the genetic status of the Vrn-1 locus and the size of the root system in bread wheat (Triticum aestivum L.). Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(8):805-811. DOI: 10.18699/VJ21.093Smirnova O.G., Pshenichnikova T.A. The relationship between the genetic status of the Vrn-1 locus and the size of the root system in bread wheat (Triticum aestivum L.). Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(8):805-811. DOI: 10.18699/VJ21.093Viswanath K.K., Varakumar P., Pamuru R.R., Basha S.J., Mehta S., Rao A.D. Plant lipoxygenases and their role in plant physiology. Journal of Plant Biology. 2020;63(2):83-95. DOI: 10.1007/s12374-020-09241-xViswanath K.K., Varakumar P., Pamuru R.R., Basha S.J., Mehta S., Rao A.D. Plant lipoxygenases and their role in plant physiology. Journal of Plant Biology. 2020;63(2):83-95. DOI: 10.1007/s12374-020-09241-xWalkowiak S., Gao L., Monat C., Haberer G., Kassa M.T., Brinton J. et al. Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding. Nature. 2020;588(7837):277-283. DOI: 10.1038/s41586-020-2961-xWalkowiak S., Gao L., Monat C., Haberer G., Kassa M.T., Brinton J. et al. Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding. Nature. 2020;588(7837):277-283. DOI: 10.1038/s41586-020-2961-x

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