Генетическая изменчивость и полевая оценка растений Fagopyrum esculentum Moench, полученных in vitro с использованием мутагенных сред

Актуальность. Получение исходного материала для селекции гречихи является важным направлением исследований. Использование тяжелых металлов как мутагенного фактора in vitro обусловливает возникновение генетической изменчивости у исходных образцов гречихи, способствуя расширению пула перспективных генотипов.

Материалы и методы. Материалом для исследований гречихи послужил сорт ʽИзумрудʼ. Регенеранты гречихи получены in vitro на мутагенных средах с ионами цинка (184–299 мг/л) и минеральным голоданием в лаборатории селекционно-генетических исследований полевых культур ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки. Генетическую изменчивость образцов исследовали с помощью четырех ISSR-маркеров (М1, М2, М7, М11). Контроль – сорт ʽИзумрудʼ. Полевую оценку растений проводили по основным хозяйственно ценным признакам.

Результаты. Получены регенерантные образцы R 1069, R 1070, R 1071 – источники хозяйственно ценных признаков, генетически отличающиеся от исходной формы. В экстремальных метеорологических условиях, связанных с сильным переувлажнением почвы, по сравнению с сортом-стандартом, помимо лучших морфологических показателей, они показали достоверное увеличение продуктивности одного растения в 1,8–2,2 раза. R 1069, помимо высокой продуктивности, выделился по содержанию белка (11,98%).

Заключение. Мутагенные среды с ионами цинка и минеральным голоданием in vitro индуцируют генетическую изменчивость у исходного сорта гречихи, что приводит к получению генотипов с улучшенными показателями хозяйственно ценных признаков. Генетические отличия от исходной формы подтверждены ISSR-маркерами М1, М2, М7 и М11. Регенерантные образцы R 1069, R 1070, R 1071 являются перспективным исходным материалом для селекции.

1. Aljanabi S.M., Martinez I. Universal and rapid salt-extraction of high quality genomic DNA for PCR-based techniques. Nucleic Acids Research. 1997;25(22):4692-4693. DOI: 10.1093/nar/25.22.4692

2. Барсукова Е.Н., Клыков А.Г., Чайкина Е.Л. Использование метода культуры ткани для создания новых форм Fagopyrum esculentum Moench. Российская сельскохозяйственная наука. 2019;(5):3-6. DOI: 10.31857/S2500-2627201953-6

3. Боровая С.А., Клыков А.Г., Барсукова Е.Н. Влияние токсического действия цинка и минерального голодания на рост и развитие гречихи посевной в культуре in vitro. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(2):9-18. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-2-9-18

4. Бутовец Е.С., Лукьянчук Л.М., Кодирова Г.А., Кубанкова Г.В., Ефремова O.С. Изучение регенерантных линий сои по хозяйственно ценным и биохимическим характеристикам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(2):38-49. DOI: 10.30901/2227-8834-2024-2-38-49

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 4-е изд. Москва: Колос; 1979.

6. Erturk F.A., Agar G., Arslan Е., Nardemir G. Analysis of genetic and epigenetic effects of maize seeds in response to heavy metal (Zn) stress. Environmental Science and Pollution Research International. 2015;22(13):10291-10297. DOI: 10.1007/s11356-014-3886-4

7. ГОСТ 10843-76. Межгосударственный стандарт. Зерно. Метод определения пленчатости. Москва: Стандартинформ; 2009. URL: http://gost.gtsever.ru/Data2/1/4294840/4294840035.pdf [дата обращения: 15.05.2025].

8. ГОСТ 10846-91. Межгосударственный стандарт. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка. Москва: Стандартинформ; 2009. URL: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=468933 [дата обращения: 15.05.2025].

9. ГОСТ 12042-80. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения массы 1000 семян. Москва: Стандартинформ; 2011. URL: https://fsvps.gov.ru/files/gost-12042-80-mezhgosudarstvennyj-standart-s [дата обращения: 15.05.2025].

10. ГОСТ 29033-91. Межгосударственный стандарт. Зерно и продукты его переработки. Метод определения жира. Москва: Издательство стандартов; 2004. URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/10417 [дата обращения: 15.05.2025].

11. Harbison S.T., Chang S., Kamdar K.P., Масkay T.F.C. Quantitative genomics of starvation stress resistance in Drosophila. Genome Biology. 2005;6(4):R36. DOI: 10.1186/gb-2005-6-4-r36

12. Кадырова Г.Д., Кадырова Ф.З., Мартиросян Е.В., Рыжова Н.Н. Анализ геномного разнообразия образцов и сортов гречихи посевной и татарской ISSR-методом. Сельскохозяйственная биология. 2010;45(5):42-48.

13. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. Москва: Бином-Пресс; 2008.

14. Клыков А.Г., Барсукова Е.Н. Биотехнология и селекция гречихи на Дальнем Востоке России. Владивосток: ПСП95; 2021.

15. Колясникова Н.Л. Проблемы генетической безопасности. Пермь: Прокростъ; 2019.

16. Рахмихудоев Г. Культура гречихи на Памире: дис. … докт. с.-х. наук. Душанбе; 2000.

17. Sabreena, Nazir М., Mahajan R., Hashim M.J., Iqbal J., Alyemeni M.N. et al. Deciphering allelic variability and population structure in buckwheat: An analogy between the efficiency of ISSR and SSR markers. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021;28(11):6050-6056. DOI: 10.1016/j.sjbs.2021.07.061

18. Методические указания по изучению коллекционных образцов кукурузы, сорго и крупяных культур (просо, гречиха, рис) / под ред. Г.Е. Шмараева. Ленинград: ВИР; 1968.

19. Singh S., Parihar P., Singh R., Singh V.P., Prasad S.M. Heavy metal tolerance in plants: Role of transcriptomics, proteomics, metabolomics, and ionomics. Frontiers in Plant Science. 2016;6:1143. DOI: 10.3389/fpls.2015.01143

20. Suvorova G. Buckwheat tissue cultures and genetic transformation. In: M. Zhou, I. Kreft, S.H. Woo, N. Chrungoo, G. Wieslander (eds). Molecular Breeding and Nutritional Aspects of Buckwheat. London: Academic Press; 2016. р.365-375. DOI: 10.1016/B978-0-12-803692-1.00029-8

21. Ульяненко Л.Н., Рева Е.В., Сынзыныс Б.И. Цитогенетические эффекты у Allium cepa L. при раздельном и сочетанном действии Cu, Zn и Ni. Сельскохозяйственная биология. 2017;52(1):183-190. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.183rus

22. Üstündağ Ü., Çavuşoğlu K., Yalçın E. Comparative analysis of cyto-genotoxicity of zinc using the comet assay and chromosomal abnormality test. Environmental Science and Pollution Research International. 2024;31(44):56140-56152. DOI: 10.1007/s11356-024-34940-0

23. Viana V.E., Pegoraro C., Busanello C., Costa de Oliveira A. Mutagenesis in rice: The basis for breeding a new super plant. Frontiers in Plant Science. 2019;10:1326. DOI: 10.3389/fpls.2019.01326

24. Zhang J., Jiang F., Shen Y., Zhan Q., Bai B., Chen W. et al. Transcriptome analysis reveals candidate genes related to phosphorus starvation tolerance in sorghum. BMC Plant Biology. 2019;19(1):306. DOI: 10.1186/s12870-019-1914-8

25. Зинченко М.А., Дубровная О.В., Бавол А.В. Клеточная селекция мягкой пшеницы на устойчивость к комплексу стрессовых факторов и анализ полученных форм. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013;15(3-5):1610-1614.

26. Злобин И.Е. Ранние стрессорные ответы растений рапса на повышенные уровни меди и цинка в среде: дис. … канд. биол. наук. Москва: Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева; 2015.