vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2021-2-81-88vir-nw-957Research ArticleГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙGENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESСравнительный анализ наследования высокой скорости развития линий Римакс и Рико яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L.Comparative analysis of the inheritance of a high development rate in the Rimax and Rico lines of spring bread wheat (Triticum aestivum L.)https://orcid.org/0000-0001-9848-5795РигинБ. В.RiginB. V.

190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел генетики, главный научный сотрудник; д.б.н., профессор

  

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

riginbv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9259-4384ЗуевЕ. В.ZuevЕ. V.

190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел генетических ресурсов пшениц, руководитель отдела, ведущий научный сотрудник, куратор коллекции яровой мягкой пшеницы; к.с.-х.н.

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

e.zuev@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6754-2897АндрееваА. С.AndreevaА. S.

190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел  генетических ресурсов пшеницы, группа твердой пшеницы и тритикале, младший научный сотрудник

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

a.andreeva@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8233-5047МатвиенкоИ. И.MatvienkoI. I.

190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел физиологии растений, научный сотрудник

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

https://orcid.org/0000-0003-3533-0352ПыженковаЗ. С.PyzhenkovaZ. S.

190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел генетики, группа абиотического стресса, младший научный сотрудник 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20212906202118228188Copyright © Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Матвиенко И.И., Пыженкова З.С., 20212021Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Матвиенко И.И., Пыженкова З.С.Rigin B.V., Zuev Е.V., Andreeva А.S., Matvienko I.I., Pyzhenkova Z.S.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/957

Актуальность. Знание характера наследования признака «ультраскороспелость» у сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) будет способствовать повышению эффективности селекционного процесса.Материалы и методы. Исследовали ультраскороспелые линии Рико (к-65588, var. erythrospermum Koern.), Римакс (к-67257, var. lutescens (Alef.) Mansf.), а также сорта ‘Max’ (к-57181, var. lutescens) и ‘Ленинградская 6’ (к-64900, var. lutescens). Линия Римакс была получена в результате скрещивания ультраскороспелой линии Рико с сортом ‘Max’. В родословную Рико входит СКФ (к-67258, var. erythrospermum) и АНК-17В (к-60314, var. albidum Alef.). Аллели генов Vrn и Ppd идентифицировали с помощью ПЦР-анализа. Реакция растений на короткий день определена по методике ВИР.Результаты. Линии Римакс и Рико характеризуются самой высокой скоростью развития от всходов до колошения среди образцов яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР. В генотипах Римакс и Рико обнаружены доминантные аллели генов Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1 и доминантный ген Ppd-D1. В линии Римакс выявлены разные аллели генов Ppd-D1 и Vrn-B1. В условиях длинного дня (18 ч) в F2  (F3) гибридной комбинации Рико × Римакс наблюдали отношение фенотипов с высокой скоростью развития к растениям с низкой скоростью развития как 1 : 15 (χ2 1:15 = 0,64). При выращивании на коротком дне (12 ч) в F2 выделяли пять четко тестируемых групп в соотношении 1 : 4 : 6 : 4 : 1 (χ2  = 3,03; χ2 0,05 = 9,48).Заключение. Линии Римакс и Рико имеют по две пары независимых дуплицированных генов, детерминирующих высокую скорость развития. В условиях короткого дня эти гены могут взаимодействовать по типу кумулятивной полимерии. Линии Римакс и Рико за счет высокой скорости развития являются ценным исходным материалом для селекции на скороспелость.

Background. Development of early-ripening spring bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars is an important task for Russian breeders. Knowledge of the genetics of ultraearly varieties – sources of valuable genes that determine an earlier-maturing type of plant development –will be used to work out methods for obtaining source material for breeding.Materials and methods. The ultra-early lines Rico (k-65588, var. erythrospermum Koern.) and Rimax (k-67257, var. lutescens (Alef.) Mansf.), and cvs. ‘Max’ (k-57181, var. lutescens) and ‘Leningradskaya 6’ (k-64900, var. lutescens) were studied. Alleles of the Vrn and Ppd genes were identified by PCR according to known publications, and genomic DNA was isolated from 3-day-old seedlings by the CTAB method.Results. In the environments of Northwest Russia, the Rimax and Rico lines are characterized by the highest rate of development before heading among the spring wheat accessions from the VIR collection. In the Rimax and Rico genotypes, the Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1 and Ppd-D1 genes were found. Genotypes with different alleles of Ppd-D1 and Vrn-B1 were identified in the Rimax line. Under conditions of a long day (18 hours), in the population of F2  (F3) Rico × Rimax hybrids, the ratio of phenotypes with a high development rate to all others was observed as 1 : 15 (χ2 1: 15 = 0.64). Under a short day (12 hours), 5 clearly tested groups were identified in F2 with the ratio 1 : 4 : 6 : 4 : 1 (χ2  = 3.03; χ2 0.05 = 9.48), which indicates the manifestation of cumulative polymerization.Conclusion. Each of the Rimax and Rico lines has two pairs of independent duplicated genes that determine a high development rate. Under short-day conditions, these genes can interact like cumulative polymers. The Rimax and Rico lines, due to their high development rate, are valuable source material to be used in breeding for earliness.

ультраскороспелостьреакция на яровизациюфотопериодгенывзаимодействиеселекцияultra-earlinessreaction to vernalizationphotoperiodgenesinteractionbreedingРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0662-2020-0006 «Поиск, поддержание жизнеспособности и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве».The research was performed within the framework of the State Task according to the theme plan of VIR, Project No. 0662-2020-0006 “Search for and viability maintenance, and disclosing the potential of hereditary variation in the global collection of cereal and groat crops at VIR for the development of an optimized genebank and its sustainable utilization in plant breeding and crop production”.ReferencesBeales J., Turner A., Griffiths S., Snape J., Laurie D. A pseudoresponse regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(5):721-733. DOI: 10.1007/s00122-007-0603-4Beales J., Turner A., Griffiths S., Snape J., Laurie D. A pseudoresponse regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(5):721-733. DOI: 10.1007/s00122-007-0603-4Fu D., Szucs P., Yan L. Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J. et al. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Molecular Genetics and Genomics. 2005;273(1):54-65. DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4Fu D., Szucs P., Yan L. Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J. et al. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Molecular Genetics and Genomics. 2005;273(1):54-65. DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4Goncharov N.P. Genetics of growth habit (spring vs winter) in common wheat: Confirmation of the existence of dominant gene Vrn4. Theoretical and Applied Gene tics. 2003;107(4):768-772. DOI. 10.1007/s00122-003-1317-xGoncharov N.P. Genetics of growth habit (spring vs winter) in common wheat: Confirmation of the existence of dominant gene Vrn4. Theoretical and Applied Gene tics. 2003;107(4):768-772. DOI: 10.1007/s00122-003-1317-xGraner A., Jahoor A., Schondelmaier J., Siedler H., Pillen K., Fischbeck G. et al. Construction of an RFLP map of barley. Theoretical and Applied Genetics. 1991;83(2):250-256. DOI: 10.1007/BF00226259Graner A., Jahoor A., Schondelmaier J., Siedler H., Pillen K., Fischbeck G. et al. Construction of an RFLP map of barley. Theoretical and Applied Genetics. 1991;83(2):250-256. DOI: 10.1007/BF00226259Карамышев Р.М. Наследование периода от всходов до колошения в F1 и F2 при скрещивании ультраскороспелых сортов яровой мягкой пшеницы разного географического происхождения (краткие сообщения). Сборник научных трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1984;85:97-98.Karamyshev R.M. Inheritance of the period from germination to earing in F1 and F2when crossing ultra-early ripening varieties of spring bread wheat of different geographic origin (short messages). Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 1984;85:97-98. [in Russian]Kiseleva A.A., Salina E.A. Genetic regulation of common wheat heading time. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):375-388. DOI: 10.1134/S1022795418030067Kiseleva A.A., Salina E.A. Genetic regulation of common wheat heading time. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):375-388. DOI: 10.1134/S1022795418030067Кошкин В.А. Методические подходы в диагностике фотопериодической чувствительности и скороспелости растений. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:118-129.Koshkin V.A. Methodical approaches of diagnosis of photoperiodical sensitivity and earliness of plants. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2012;170:118-129. [in Russian]Koval’ S.F. The catalog of near-isogenic lines of Novosibirskaya-67 common wheat and principles of their use in experiments. Russian Journal of Genetics. 1997;33(8):995-1000.Koval’ S.F. The catalog of near-isogenic lines of Novosibirskaya-67 common wheat and principles of their use in experiments. Russian Journal of Genetics. 1997;33(8):995-1000.Lewis S., Faricelli M.E., Appendino M.L., Valárik M., Dubcovsky J The chromosome region including the earliness per se locus Eps-Am1 affects the duration of early developmental phases and spikelet number in diploid wheat. Journal of Experimental Botany. 2008;59(13):3595-3607. DOI: 10.1093/jxb/ern209Lewis S., Faricelli M.E., Appendino M.L., Valárik M., Dubcovsky J The chromosome region including the earliness per se locus Eps-Am1 affects the duration of early developmental phases and spikelet number in diploid wheat. Journal of Experimental Botany. 2008;59(13):3595-3607. DOI: 10.1093/jxb/ern209Potokina E.K., Koshkin V.A., Alekseeva E.A., Matvienko I.I., Filobok V.А., Bespalova L.A. The combination of the Ppd and Vrn gene alleles determines the heading date in common wheat varieties. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;2(4):311-318. DOI: 10.1134/S2079059712040089Potokina E.K., Koshkin V.A., Alekseeva E.A., Matvienko I.I., Filobok V.А., Bespalova L.A. The combination of the Ppd and Vrn gene alleles determines the heading date in common wheat varieties. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;2(4):311-318. DOI: 10.1134/S2079059712040089Ригин Б.В., Пыженкова З.С. Гены, контролирующие реакцию на яровизацию и скороспелость per se ультраскороспелых форм яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;168:39-49.Rigin B.V., Pyzhenkova Z.S. The genes controlling vernalization response and earliness per se in ultra-early forms of spring bread wheat (Triticum aestivum L.). Bulletin of Applied Botany, of Genetics and Plant Breeding. 2011;168:39-49. [in Russian]Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Линия Рико – самая скороспелая среди представителей коллекции яровой мягкой пшеницы ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(4):94-98. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-4-94-98Rigin B.V., Zuev E.V., Andreeva A.S., Pyzhenkova Z.S., Matvienko I.I. The line Rico is the earliest maturing accession in the VIR collection of spring bread wheat. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2019;180(4):94-98. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2019-4-94-98Ригин Б.В., Зуев Е.В., Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Селекционно-генетические аспекты создания продуктивных форм мягкой яровой пшеницы с высокой скоростью развития. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):194-202. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-194-202Rigin B.V., Zuev E.V., Tyunin V.A., Shreyder E.R., Pyzhenkova Z.S., Matvienko I.I. Breeding and genetic aspects of creating productive forms of fast-developing spring bread wheat. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2018;179(3):194-202. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-194-202Shcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Molecular Breeding. 2012;29(3):675-685. DOI: 10.1007/s11032-011-9581-yShcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Molecular Breeding. 2012;29(3):675-685. DOI: 10.1007/s11032-011-9581-yТихомирова М.М. Генетический анализ. Ленинград: ЛГУ; 1990.Tikhomirova M.M. Genetic analysis (Geneticheskiy analiz). Leningrad: Leningrad State University; 1990. [in Russian]Vrazhnov V.A., Koshkin V.A., Rigin B.V., Potokina E.K., Tyunin V.A., Shreider E.R. et al. Ecological testing of ultra-early common wheat forms under various photoperiod conditions. Russian Agricultural Sciences. 2012;28(2):79-85. DOI: 10.3103/S106836741202022XVrazhnov V.A., Koshkin V.A., Rigin B.V., Potokina E.K., Tyunin V.A., Shreider E.R. et al. Ecological testing of ultra-early common wheat forms under various photoperiod conditions. Russian Agricultural Sciences. 2012;28(2):79-85. DOI: 10.3103/S106836741202022XYan L.D., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN1 promoter region in polyploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109(8):1677-1686. DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4Yan L.D., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN1 promoter region in polyploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109(8):1677-1686. DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4Yoshida T., Nishida H., Zhu J., Nitcher R., Distelfeld A., Akashi Y. et al. Vrn-D4 is a vernalization gene located on the centromeric region of chromosome 5D in hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2010;120:543-552. DOI: 10.1007/s00122-009-1174-3Yoshida T., Nishida H., Zhu J., Nitcher R., Distelfeld A., Akashi Y. et al. Vrn-D4 is a vernalization gene located on the centromeric region of chromosome 5D in hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2010;120:543-552. DOI: 10.1007/s00122-009-1174-3Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1984.Zaitsev G.N. Mathematical statistics in experimental botany (Matematicheskaya statistika v eksperimentalnoy botanike). Moscow: Nauka; 1984. [in Russian]Zaitseva O.I., Lemesh V.A. Allelic composition in the VRN-A1, VRN-B1, and VRN-B3 genes of double haploid lines of hexaploid triticale. Russian Journal of Genetics. 2015;51(7):653-660. DOI: 10.1134/S1022795415070145Zaitseva O.I., Lemesh V.A. Allelic composition in the VRN-A1, VRN-B1, and VRN-B3 genes of double haploid lines of hexaploid triticale. Russian Journal of Genetics. 2015;51(7):653-660. DOI: 10.1134/S1022795415070145Zikhali M., Wingen L.U., Griffiths S. Delimitation of the Earliness per se D1 (Eps-D1) flowering gene to a subtelomeric chromosomal deletion in bread wheat (Triticum aestivum). Journal of Experimental Botany. 2016;67(1):287-299. DOI: 10.1093/jxb/erv458Zikhali M., Wingen L.U., Griffiths S. Delimitation of the Earliness per se D1 (Eps-D1) flowering gene to a subtelomeric chromosomal deletion in bread wheat (Triticum aestivum). Journal of Experimental Botany. 2016;67(1):287-299. DOI :10.1093/jxb/erv458Злотина М.М., Киселева А.А., Потокина Е.К. Использование аллель-специфичных маркеров генов VRN и PPD для экспресс-диагностики фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации мягкой пшеницы и ячменя. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.Zlotina M.M., Kiseleva A.A., Potokina E.K. The use of allelespecific markers of the VRN and PPD genes for express diagnostics of photoperiodic sensitivity and the need for vernalization of bread wheat and barley (Ispolzovaniye allel-spetsifichnykh markerov genov VRN i PPD dlya ekspress-diagnostiki fotoperiodicheskoy chuvstvitelnosti i potrebnosti v yarovizatsii myagkoy pshenitsy i yachmenya). St. Petersburg: VIR; 2012. [in Russian]Зуев Е.В., Брыкова А.Н., Никонов В.И., Захаров В.Г., Терехин М.В., Потокина С.А. и др. Результаты изучения коллекции яровой мягкой пшеницы на скороспелость в селекцентрах России. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;166:101-106.Zuev E.V., Brykova A.N., Nikonov V.I., Zakharov V.G., Terekhin M.V., Potokina S.A. et al. The results of the spring bread wheat collection screening for earliness in Russian breeding centers. Bulletin of Applied Botany, of Genetics and Plant Breeding. 2009;166:101-106. [in Russian]

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