Генетический контроль признака алюмоустойчивости у образцов ярового ячменя

Актуальность. Ячмень является культурой, резко реагирующей на повышенную почвенную кислотность. В кислой почве свободные катионы Al³⁺ наиболее токсичны. Особенно сильно негативное воздействие алюминия проявляется на ранних стадиях развития растений и при недостатке питательных элементов. Признак алюмоустойчивости определяется экспрессией олигогенов либо полигенных комплексов, а также их взаимодействием. Закономерности наследования алюмоустойчивости ячменя изучены недостаточно.

Материалы и методы. Материалом для исследования явились образцы ярового ячменя, контрастно различающиеся по устойчивости к токсичным ионам алюминия: высокоустойчивый местный образец к-9730 (Россия) и неустойчивый сорт ‘Colsess IV’. Для гибридологического анализа были отобраны фенотипически однородные линии, получены гибриды F₁–F₅ и F₂BC₁ . Расщепление гибридных популяций по устойчивости оценивали по степени роста надземной части и корневой системы в условиях ионного стресса при тестирующей концентрации 185 мкМ ионов алюминия и уровне рН 4,0

Результаты. Высокая устойчивость растений ячменя к токсичным ионам алюминия образца к-9730, оцененная по реакции корня и ростка на воздействие стрессора, контролируется двумя доминантными генами. Методом отбора растений старших поколений гибридов выделены ценные генотипы с высоким уровнем устойчивости к ионному стрессу и создан донор алюмоустойчивости ячменя Л-30-1, характеризующийся также и другими ценными для селекции признаками.

Заключение. Изучение наследования устойчивости растений ячменя к токсичным ионам алюминия (185 мкM Al³⁺, pH 4,0) у образца к-9730 и сорта ‘Colsess IV’ позволило установить ряд закономерностей. Результаты проведенного исследования рекомендуется использовать в процессе селекции при выборе родительских пар для создания новых сортов ячменя, которые будут наиболее адаптированы к неблагоприятным условиям среды.

1. Beil G.M., Atkins R.E. Inheritance of quantitative characters in grain sorghum. Iowa State Journal of Science. 1965;39(3):345-358.

2. Cai S., Wu D., Jabeen Z., Huang Y., Huang Y., Zhang G. Genomewide association analysis of aluminum tolerance in cultivated and Tibetan wild barley. PLoS One. 2013;8(7):e69776. DOI: 10.1371/journal.pone.0069776

3. Foy C.D., Armiger W.H., Briggle L.W., Reid D.A. Differential aluminum tolerance of wheat and barley varieties in acid soils. Agronomy Journal. 1965;57(5):413-417. DOI: 10.2134/agronj1965.00021962005700050001x

4. Гогмачадзе Г.Д., Гогмачадзе Л.Г. О некоторых результатах агроэкологического мониторинга почв и земельных ресурсов Российской Федерации в 2019 году. АгроЭкоИнфо. 2021;4(46):17. DOI: 10.51419/20214410

5. Ma Y., Li C., Ryan P.R., Shabala S., You J., Liu J. et al. A new allele for aluminium tolerance gene in barley (Hordeum vulgare L.). BMC Genomics. 2016;17:186. DOI: 10.1186/s12864016-2551-3

6. Мережко А.Ф. Система генетического изучения исходного материала для селекции растений: методические указания. Ленинград: ВИР; 1984.

7. Мережко А.Ф., Эзрохин Л.М., Юдин А.Е. Методические указания по эффективному методу опыления зерновых культур. Ленинград: ВИР; 1973.

8. Minella E., Sorrells M.E. Inheritance and chromosome location of Alp, a gene controlling aluminum tolerance in ‘Dayton’ barley. Plant Breeding. 1997;116(5):465-469. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1997.tb01032.x

9. Raman H., Moroni J., Sato K., Read B., Scott B. Identification of AFLP and microsatellite markers linked with an aluminium tolerance gene in barley (Hordeum vulgare L.). Theoretical and Applied Genetics. 2002;105(2-3):458-464. DOI: 10.1007/s00122-002-0934-0

10. Reid D.A. Aluminium and manganese toxicities in the cereal grains. In: M.J. Wright (ed.). Proceedings of a Workshop on Plant Adaptation to Mineral Stress in Problem Soils; NAL, Beltsville, Maryland; November 22–23, 1976. Washington DC: AID; 1977. p.55-64.

11. Reid D.A. Genetic potential for solving problems of soil mineral stress: aluminum and manganese toxicities in cereal grains. In: M.J. Wright (ed.). Plant Adaptation to Mineral Stress in Problem Soils. Ithaca: Cornell University Press; 1976. p.55-64.

12. Rigin B.V., Yakovleva O.V. Genetic analysis of toxic aluminum ion tolerance in barley. Russian Journal of Genetics. 2006;42(3):301-305. DOI: 10.1134/S1022795406030100

13. Slootmaker L.A.J., Arzadun J.F. Selection of young barley plants for tolerance to high soil acidity in relation to some agronomic characteristics of mature plants. Euphytica. 1969;18:157-162. DOI: 10.1007/BF00035686

14. Stølen O., Andersen S. Inheritance of tolerance to low soil pH in barley. Hereditas. 1978;88(1):101-105. DOI: 10.1111/j.1601-5223.1978.tb01608.x

15. Сычев В.Г., Аканова Н.И. Современные проблемы и перспективы химической мелиорации кислых почв. Плодородие. 2019;1(106):3-7. DOI: 10.25680/S19948603.2019.106.01

16. Tang Y., Sorrells M.E., Kochian L.V., Garvin D.F. Identification of RLFP markers linked to the barley aluminum tolerance gene Alp. Crop Science. 2000;40(3):778-782. DOI: 10.2135/cropsci2000.403778x

17. Яковлева О.В. Алюмоустойчивость пивоваренного ячменя. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(4):126-131. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-126-131

18. Яковлева О.В. Генетическое разнообразие дикого ячменя (Hordeum spontaneum K. Koch) по устойчивости к токсичным ионам алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(1):215-224. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-1-215-224

19. Яковлева О.В. Наследственная изменчивость кислотоустойчивости растений культурного ячменя. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1998;236:49-51.

20. Яковлева О.В. Фитотоксичность ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):315-331. DOI: 10.30901/2227-88342018-3-315-331

21. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1984.