vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-3-218-230vir-nw-2443Research 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 PROBLEMSTriticum ispahanicum Heslot – генетический ресурс для улучшения вида T. aestivum L.Triticum ispahanicum Heslot: a genetic resource for improving the species T. aestivum L.https://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/0000-0001-7948-0307ГультяеваЕ. И.GultyaevaE. I.

Елена Ивановна Гультяева, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник.

196608, Санкт-Петербург, Пушкин, ш. Подбельского, 3

Elena I. Gultyaeva, Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher.

3 Podbelskogo Hwy., Pushkin, St. Petersburg 196608

gullena@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6751-3789ФитилеваЗ. Е.FitilevaZ. E.

Зульфия Ерназаровна Фитилева,  младший научный сотрудник.

410010, Саратов, ул. Тулайкова, 7

Zulfiya E. Fitileva, Associate Researcher.

7 Tulaikova St., Saratov 410010

Zulya0305@yandex.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 V. Andreeva, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher.

7 Tulaikova St., Saratov 410010

Федеральный аграрный научный центр Юго-ВостокаРоссияFederal Center of Agriculture Research of the South-East RegionRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияAll-Russian Research Institute of Plant ProtectionRussian Federation2025300920251863218230Copyright © Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Гультяева Е.И., Фитилева З.Е., Андреева Л.В., 20252025Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Гультяева Е.И., Фитилева З.Е., Андреева Л.В.Druzhin A.E., Sibikeev S.N., Gultyaeva E.I., Fitileva Z.E., Andreeva L.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2443Актуальность

Актуальность. Изучение Triticum ispahanicum Heslot (полба исфаханская) для улучшения Triticum aestivum L. актуально и перспективно, так как полба исфаханская редко используется в программах по увеличению генетического разнообразия генофонда мягкой пшеницы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучена линия яровой мягкой пшеницы GEN2021-512, полученная в результате скрещивания сорта ‘Добрыня’ и образца T. ispahanicum var.  ispahanorufum Udachin. Проведены генетические, фенологические, фитопатологические и технологические анализы, выполнявшиеся согласно общепринятым методикам.

Результаты

Результаты. Линия GEN2021-512, устойчивая к листовой ржавчине за счет комбинации гена Lr19 и неидентифицированного Lr-гена от T. ispahanicum, превосходит ‘Добрыню’ и T. ispahanicum по продуктивности колоса, длине колоса и массе 1000 зерен. Период «всходы – колошение» на три дня больше, чем у ‘Добрыни’. Продуктивность, качество теста и хлеба на уровне сорта-реципиента ‘Добрыня’, а по содержанию белка и клейковины значимо выше его. Исследование демонстрирует возможность расширения генетической изменчивости мягкой пшеницы за счет использования полбы исфаханской.

Заключение

Заключение. В результате комбинации генного материала от T. ispahanicum var.  ispahanorufum и яровой мягкой пшеницы сорта ‘Добрыня’ создана линия GEN2021-512, которая благодаря сочетанию устойчивости к возбудителю листовой ржавчины и высоким показателям качества будет использоваться в селекционно-генетических исследованиях как источник для улучшения сортов яровой мягкой пшеницы.

Background

Background. Studying Triticum ispahanicum Heslot (Ispahan emmer wheat) to improve Triticum aestivum L. is relevant and promising, since Ispahan emmer is rarely used in programs to increase the genetic diversity of the bread wheat gene pool.

Materials and methods

Materials and methods. As part of the study, the GEN2021-512 spring bread wheat line was studied. This line was obtained by crossing cv. ‘Dobrynya’ with an accession of T. ispahanicum var. ispahanorufum Udachin. Genetic, phenological, phytopathological and breadmaking analyses were performed using conventional methods.

Results

Results. The GEN2021-512 line is resistant to leaf rust due to a combination of the Lr19 gene and an unidentified Lr gene from T. ispahanicum and surpasses ‘Dobrynya’ and T. ispahanicum in ear productivity, ear length, and 1000-grain weight. The line’s duration of the period from germination to ear emergence is 3 days longer than that of ‘Dobrynya’. Its grain productivity is at the level of the recipient cultivar, but the line has higher protein and gluten content. Dough and bread quality is not lower than in the recipient cultivar. The study demonstrated that the genetic variability of bread wheat might be expanded through Ispahan emmer.

Conclusion

Conclusion. Combining the genetic material of T. ispahanicum var. ispahanorufum with spring bread wheat cv. ‘Dobrynya’ resulted in the GEN2021-512 line. This line demonstrated a combination of resistance to the leaf rust pathogen and high breadmaking quality. It is promising for breeding and genetic research as a genetic resource to improve spring bread wheat cultivars.

мягкая пшеницаполба исфаханскаяинтрогрессия геновустойчивость к болезнямхозяйственно полезные признакиbread wheatIspahan emmergene introgressionresistance to diseasesuseful agronomic traitsРабота выполнена в рамках государственного задания по теме № 1021060407759-2-4.1.6 «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» (FNWF-20220003). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The study was performed within the framework of the state task, Project No. 1021060407759-2-4.1.6 “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” (FNWF-2022-0003). The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesBadaeva E.D., Keilwagen J., Knüpffer H., Waßermann L., Dedkova O.S., Mitrofanova O.P. et al. Chromosomal passports provide new insights into diffusion of emmer wheat. PloS One. 2015;10(5):e0128556. DOI: 10.1371/journal.pone.0128556Badaeva E.D., Keilwagen J., Knüpffer H., Waßermann L., Dedkova O.S., Mitrofanova O.P. et al. Chromosomal passports provide new insights into diffusion of emmer wheat. PloS One. 2015;10(5):e0128556. DOI: 10.1371/journal.pone.0128556Барсукова В.С. Потенциал пшеницы по устойчивости к тяжелым металлам: дис. канд. биол. наук. Новосибирск; 1993.Barsukova V.S. Wheat’s potential for resistance to heavy metals (Potentsial pshenitsy po ustoychivosti k tyazhelym metallam) [dissertation]. Novosibirsk; 1993. [in Russian]Белянчикова Ю.В. Вирус полосатой мозаики пшеницы, его свойства и распространение: дис. канд.биол. наук. Москва, ВНИИ фитопатологии; 1969.Belyanchikova Yu.V. Wheat striped mosaic virus, its properties and distribution (Virus polosatoy mozaiki pshenitsy, yego svoystva i rasprostraneniye) [dissertation]. Moscow: All-Union Research Institute of Phytopathology; 1969. [in Russian]Челак В.Р. Филогенетика исфаханской полбы – T. ispahanicum Heslot. Цитология и генетика. 1978;12(4):322-330.Chelak V.R. Phylogeny of the Ispahan emmer wheat T. ispahanicum Heslot. Cytology and Genetics. 1978;12(4):322-330. [in Russian]Chen Y., Liu Y., Zhang J., Torrance A., Watanabe N., Adamski N. et al. The Triticum ispahanicum elongated glume locus P2 maps to chromosome 6A and is associated with the ectopic expression of SVP-A1. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(7):2313-2331. DOI: 10.1007/s00122-02204114-yChen Y., Liu Y., Zhang J., Torrance A., Watanabe N., Adamski N. et al. The Triticum ispahanicum elongated glume locus P2 maps to chromosome 6A and is associated with the ectopic expression of SVP-A1. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(7):2313-2331. DOI: 10.1007/s00122-02204114-yДорофеев В.Ф., Филатенко А.А., Мигушова Э.Ф., Удачин Р.А., Якубцинер М.М. Культурная флора СССР. T. 1. Пшеница / под ред. Д.Д. Брежнева. Ленинград: Колос; 1979.Dorofeev V.F., Filatenko A.A., Migushova E.F., Udachin R.A., Yakubtsiner M.M. Flora of cultivated plants. Vol. 1. Wheat. D.D. Brezhnev (ed.). Leningrad: Kolos; 1979. [in Russian]Дорофеев В.Ф., Удачин Р.А., Семенова Л.В., Новикова М.В., Градчанинова О.Д., Шитова И.П., Мережко А.Ф., Филатенко А.А. Пшеницы мира: видовой состав, достижения селекции, современные проблемы и исходный материал / под ред. В.Ф. Дорофеева. 2-е изд. Ленинград: Агропромиздат; 1987.Dorofeev V.F., Udachin R.A., Semenova L.V., Novikova M.V., Gradchaninova O.D., Shitova I.P., Merezhko A.F., Filatenko A.A. Wheats of the world: species composition, breeding achievements, modern problems, and source material (Pshenitsy mira: vidovoy sostav, dostizheniya selektsii, sovremennye problemy i iskhodny material). V.F. Dorofeev (ed.). 2nd ed. Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian]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]Григорьева О.Г. Устойчивость различных таксонов пшеницы и эгилопса к возбудителям ржавчины: дис. канд. биол. наук. Ленинград: ВИР; 1975.Grigorieva O.G. Resistance of various wheat and Aegilops taxa to rust pathogens (Ustoychivost razlichnykh taksonov pshenitsy i egilopsa k vozbuditelyam rzhavchiny) [dissertation]. Leningrad: VIR; 1975. [in Russian]Методики испытаний на ООС (однородность, отличимость, стабильность): [сайт]. URL: https://gossortrf.ru/publication/metodiki-ispytaniyna-oos.php [дата обращения: 05.12.2024].Guidelines for trials for distinctness, uniformity, and stability: [website]. [in Russian] (Методики испытаний на ООС (однородность, отличимость, стабильность): [сайт]). URL: https://gossortrf.ru/publication/metodiki-ispytaniyna-oos.php [дата обращения: 05.12.2024].Гультяева Е.И. Методы идентификации генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине с использованием ДНК-маркеров и характеристика эффективности Lr-генов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.Gultyaeva E.I. Methods for the identification of genes for resistance of wheat to leaf rust using DNA markers and characteristics of effective Lr genes (Metody identifikatsii genov ustoychivosti pshenitsy k buroy rzhavchine s ispolzovaniyem DNK-markerov i kharakteristika effektivnosti Lr-genov). St. Petersburg: VIZR; 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.2020.1.27engKhoshbakht K. Esfahanian emmer (Triticum ispahanicum Heslot) – a case of an extinct on-farm crop. Journal of Agriculture and Rural Development in the Tropics and Subtropics. 2009: Suppl 92:189-195.Khoshbakht K. Esfahanian emmer (Triticum ispahanicum Heslot) – a case of an extinct on-farm crop. Journal of Agriculture and Rural Development in the Tropics and Subtropics. 2009: Suppl 92:189-195.Kihara H., Yamashita K., Tanaka M. Morphological, physiological, genetic and cytological studies in Aegilops and Triticum collected from Pakistan, Afghanistan and Iran. In: K. Yamashita (ed.). Results of the Kyoto University Scientific Expedition to the Karakoram and Hindukush. Kyoto: Kyoto University; 1965. p.1-118.Kihara H., Yamashita K., Tanaka M. Morphological, physiological, genetic and cytological studies in Aegilops and Triticum collected from Pakistan, Afghanistan and Iran. In: K. Yamashita (ed.). Results of the Kyoto University Scientific Expedition to the Karakoram and Hindukush. Kyoto: Kyoto University; 1965. p.1-118.Kuckuck H. Report to the Government of Iran on the distribution and variation of cereals in Iran (including their related wild species). Rome: Food and Agricultural Organization of the United Nations. Report number: 517; 1956.Kuckuck H. Report to the Government of Iran on the distribution and variation of cereals in Iran (including their related wild species). Rome: Food and Agricultural Organization of the United Nations. Report number: 517; 1956.Mac Key J. Species relationship in Triticum. In: J. Mac Key (ed.). Proceedings of the Second International Wheat Genetics Symposium. Lund: Hereditas; 1966. p.237-276.Mac Key J. Species relationship in Triticum. In: J. Mac Key (ed.). Proceedings of the Second International Wheat Genetics Symposium. Lund: Hereditas; 1966. p.237-276.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., 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.McIntosh R.A. Catalogue of Gene Symbols for Wheat, 2024 edition: [website]. Available from: https://wheat.pw.usda.gov/GG3/Wheat_Gene_Catalog_Documents [accessed Apr. 10, 2025].McIntosh R.A. Catalogue of Gene Symbols for Wheat, 2024 edition: [website]. Available from: https://wheat.pw.usda.gov/GG3/Wheat_Gene_Catalog_Documents [accessed Apr. 10, 2025].Мережко А.Ф., Удачин Р.А., Зуев Е.В., Филатенко А.А., Сербин А.А., Ляпунова О.А., Косов В.Ю., Куркиев У.К., Охотникова Т.В., Наврузбеков Н.А., Богуславский Р.Л., Абдулаева А.К., Чикида Н.Н., Митрофанова О.П., Потокина С.А. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: методические указания / под ред. А.Ф. Мережко. Санкт-Петербург: ВИР; 1999.Merezhko A.F., Udachin R.A., Zuev E.V., Filatenko A.A. Serbin A.A., Lyapunova O.A., Kosov V.Yu., Kurkiev U.K., Okhotnikova T.V., Navruzbekov N.A., Boguslavskiy R.L., Abdulaeva A.K., Chikida N.N., Mitrofanova O.P., Potokina S.A. Replenishment, preservation in living form and study of the world collection of wheat, Aegilops and triticale: guidelines (Popolneniye, sokhraneniye v zhivom vide i izucheniye mirovoy kollektsii pshenitsy, egilopsa i triticale: metodicheskiye ukazaniya). A.F. Merezhko (ed.). St. Petersburg: VIR; 1999. [in Russian]Мигушова Э.Ф., Жуковский П.М. К познанию пшеницы T. ispahanicum Heslot. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1969;39(3):71-90.Migushova E.F., Zhukovsky P.M. Towards the knowledge of wheat T. ispahanicum Heslot. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1969;39(3):71-90. [in Russian]Miller T.E. Systematics and evolution. In: F.G.H. Lupton (ed.). Wheat Breeding. Dordrecht: Springer; 1987. p.1-30. DOI: 10.1007/978-94-009-3131-2_1Miller T.E. Systematics and evolution. In: F.G.H. Lupton (ed.). Wheat Breeding. Dordrecht: Springer; 1987. p.1-30. DOI: 10.1007/978-94-009-3131-2_1Мурашев В.В., Морозова З.А. Морфогенез и структурная организация пшеницы исфаханской – Triticum ispahanicum Heslot; геном АuВ; 2n = 28. Научный альманах. 2018;4-3(42):172-180. DOI: 10.17117/na.2018.04.03.172Murashev V.V., Morozova Z.A. Morphogenesis and structural organization of Isfahan wheat – Triticum ispahanicum Heslot; 2n = 28, the AuB genomes. Science Almanac. 2018;4-3(42):172-180. [in Russian] DOI: 10.17117/na.2018.04.03.172Pausheva Z.P. Workshop on plant cytology (Praktikum po tsitologii rasteniy). 4th ed. Moscow: Agropromizdat; 1988. [in Russian] (Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. 4-е изд. Москва: Агропромиздат; 1988.Pausheva Z.P. Workshop on plant cytology (Praktikum po tsitologii rasteniy). 4th ed. Moscow: Agropromizdat; 1988. [in Russian]Prins R., Marais G.F., Marais A.S., Janse B.J., Pretorius Z.A. A physical map of the Thinopyrum­derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39(5):96-126. DOI: 10.1139/g96-126Prins R., Marais G.F., Marais A.S., Janse B.J., Pretorius Z.A. A physical map of the Thinopyrum­derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39(5):96-126. DOI: 10.1139/g96-126Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: https://repository.cimmyt.org/entities/publication/e8a64950-5c39-4df2b292-1ee1bfa5aa91 [accessed Jan. 20, 2025].Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: https://repository.cimmyt.org/entities/publication/e8a64950-5c39-4df2b292-1ee1bfa5aa91 [accessed Jan. 20, 2025].Шаймярдянов H.А. Устойчивость видов пшеницы к Septoria nodorum Berk. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 1989;(6):188-192.Shaimyardyanov N.A. Resistance of wheat species to Septoria nodorum Berk. (Ustoychivost vidov pshenitsy k Septoria nodorum Berk.). Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 1989;(6):188-192. [in Russian]Watanabe N., Sekiya T., Sugiyama K., Yamagishi Y., Imamura I. Telosomic mapping of the homoeologous genes for the long glume phenotype in tetraploid wheat. Euphytica. 2002;128:129-134. DOI: 10.1023/a:1020633904782Watanabe N., Sekiya T., Sugiyama K., Yamagishi Y., Imamura I. Telosomic mapping of the homoeologous genes for the long glume phenotype in tetraploid wheat. Euphytica. 2002;128:129-134. DOI: 10.1023/a:1020633904782Zhou Y., Zhao X., Li Y., Xu J., Bi A., Kang L. et al. Triticum population sequencing provides insights into wheat adaptation. Nature Genetics. 2020;52(12):1412-1422. DOI: 10.1038/s41588-020-00722-wZhou Y., Zhao X., Li Y., Xu J., Bi A., Kang L. et al. Triticum population sequencing provides insights into wheat adaptation. Nature Genetics. 2020;52(12):1412-1422. DOI: 10.1038/s41588-020-00722-wЖуковский П.М., Мигушова Э.Ф. Наиболее высокоиммунный эндемичный генофонд для выведения устойчивых сортов пшеницы путем отдаленной гибридизации. Вестник сельскохозяйственной науки. 1969;(2):9-20.Zhukovsky P.M., Migushova E.F. The most highly immune endemic gene pool for breeding resistant wheat cultivars through remote hybridization (Naiboleye vysokoimmunny endemichny genofond dlya vyvedeniya ustoychivykh sortov pshenitsy putem otdalennoy gibridizatsii). Vestnik selskokhozyaystvennoy nauki = Agricultural Science Bulletin. 1969;(2):9-20. [in Russian]

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