Динамика изменчивости морфологических признаков у беккроссов отдаленных гибридов кукурузы (Zea mays L.) с теосинте (Zea mexicana (Schrad.) Kuntze)

Актуальность. Селекция кукурузы с вовлечением диких родичей способствует расширению ее генетического полиморфизма. При этом вместе с полезными и хозяйственно ценными признаками кукуруза получает от диких родичей и неблагоприятные для селекции признаки. В процессе селекционного отбора в расщепляющемся потомстве отдаленных гибридов кукурузы необходима тщательная оценка хозяйственно ценных и удаление нежелательных и вредных признаков.

Материалы и методы. Исследования проведены в степной зоне Северо-Кавказского федерального округа (г. Прохладный) в 2019–2024 гг. Использованы 150 образцов популяции ВС₁ и ВС₅, полученной на основе гибридизации линий 633МВ и Р346закМ кукурузы с теосинте (Zea mexicana (Schrad.) Kuntze) из коллекции ВИР. Стимулирование цветения и гибридизация теосинте с кукурузой проведены при коротком дне (10 часов) с использованием фотоизоляторов в течение 35–40 дней и последующим переходом на длинный день (16 часов).

Результаты. Прослежена динамика изменчивости 9 хозяйственно ценных признаков растения и початка кукурузы в расщепляющейся популяции ВС₁ и ВС₅. Установлено, что увеличение доли генома кукурузы в беккроссах приводит в большей степени к улучшению структуры початка и в меньшей степени – структуры и архитектоники растения. В потомстве ВС₁ выделены образцы с выраженной кустистостью, ветвистостью и высокой облиственностью, опушенностью стебля, длинной ножкой початка и обильным формированием примитивных початков с 2–4 рядами зерен по 6–8 зерен в ряду и асинхронным цветением. В потомстве ВС₅ растения характеризуются меньшей кустистостью и облиственностью, более короткой ножкой початка, чем у ВС₁, и склонностью к формированию от 2 до 3 початков с синхронным цветением. Початки характеризуются 14–16 рядами зерен и 28–35 зернами в ряду.

Заключение. Результаты исследований подтверждают передачу от теосинте таких ценных признаков, как многопочатковость, опушенность стебля (трихомы), повышенная лигнизация стебля, устойчивость к загущенному посеву.

1. Buckler E., Holtsford T.P. Zea systematics: Ribosomal ITS evidence. Molecular Biology and Evolution. 1996;13(4):612-622. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025621

2. Choudhary M., Singh A., Gupta M., Rakshit S. Enabling technologies for utilization of maize as a bioenergy feedstock. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2020;14(2):402-416. DOI: 10.1002/bbb.2060

3. Dempewolf H., Eastwood R.J., Guarino L., Khoury C.K., Müller J.V., Toll J. Adapting agriculture to climate change: A global initiative to collect, conserve, and use crop wild relatives. Agroecology and Sustainable Food Systems. 2014;38(4):369-377. DOI: 10.1080/21683565.2013.870629

4. Doebley J., Goodman M.M., Stuber C.W. Patterns of isozyme variation between maize and Mexican annual teosinte. Economic Botany. 1987;41:234-246. DOI: 10.1007/BF02858971

5. Doebley J.F., Goodman M.M., Stuber C.W. Isoenzymatic variation in Zea (Gramineae). Systematic Botany. 1984;9(2):203-218. DOI: 10.2307/2418824

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 6-е изд. Москва: Альянс; 2011.

7. Hufford M.B., Xu X., van Heerwaarden J., Pyhäjärvi T., Chia J.M., Cartwright R.A. et al. Comparative population genomics of maize domestication and improvement. Nature Genetics. 2012;44(7):808-811. DOI: 10.1038/ng.2309

8. Kato Y.T.A. Cytological studies of maize (Zea mays L.) and teosinte (Zea mexicana (Schrader) Kuntze) in relation to their origin and evolution. Massachusetts Agricultural Experiment Station Bulletin. 1976;635:1-185.

9. Kato Y.T.A., Lopez R. Chromosome knobs of the perennial teosintes. Maydica. 1990;35:125-141.

10. Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ вида Zea mays L. / сост. В.Г. Кукеков. Ленинград: ВИР; 1977.

11. Kumar A., Singh N.K., Jeena A.S., Jaiswal J.P., Verma S.S. Evaluation of teosinte derived maize lines for drought tolerance. Indian Journal of Plant Genetic Resources. 2020;33(1):60-67. DOI: 10.5958/0976-1926.2020.00009.1

12. Mangelsdorf P.C., Reeves R.G. The origin of maize. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1938;24(8):303-312. DOI: 10.1073/pnas.24.8.303

13. Nelson G.C., Rosegrant M.W., Palazzo A., Gray I., Ingersoll Ch., Robertson R.D., Tokgoz S., Tingju Zh., Timothy B.S., Claudia R., Siwa M., Liangzhi Y. Food security, farming, and climate change to 2050: scenarios, results, policy options. Washington, DC: International Food Policy Research Institute; 2010. DOI: 10.2499/9780896291867

14. Pásztor K., Borsos O. Inheritance and chemical composition in inbred maize (Zea mays L.) × teosinte (Zea mays subsp. mexicana (Schrader) Iltis) hybrids. Növénytermelés. 1990;39:193-213.

15. Rosegrant M.W., Ringler C., Sulser T., Ewing M., Palazzo A., Zhu T., Nelson G.C., Koo J., Robertson R., Msangi S., Batka M. Agriculture and food security under global change: Prospects for 2025/2050. Background note for supporting the development of CGIAR Strategy and Results Framework. Washington, DC: International Food Policy Research Institute; 2009.

16. Sahoo S., Adhikari S., Joshi A., Singh N.K. Use of wild progenitor teosinte in maize (Zea mays subsp. mays) improvement: present status and future prospects. Tropical Plant Biology. 2021;14(6041):156-179. DOI: 10.1007/s12042-021-09288-1

17. Шмараев Г.Е., Матвеева Г.В. Методические указания по изучению и поддержанию образцов коллекции кукурузы. Ленинград: ВИР; 1985.

18. Smith B.D. Origins of agriculture in Eastern North America. Science. 1989;246(4937): 1566-1571. DOI: 10.1126/science.246.4937.1566

19. Сотченко В.С. Селекция, семеноводство, технология возделывания кукурузы. Пятигорск; 2009.

20. Srinivasan G., Brewbaker J.L. Genetic analysis of hybrids between maize and perennial teosinte. II: Ear traits [Zea mays L. – Zea diploperennis Iltis, Doebley & Guzman]. Maydica. 1999;44(4):371-384.

21. StatSoft Russia: [website]. Available from: https://1soft.space/en/statsoft-statistica [accessed Jul. 11, 2023].

22. Tian F., Stevens N.M., Buckler E.S. Tracking footprints of maize domestication and evidence for a massive selective sweep on chromosome 10. In: National Academy of Sciences. In the Light of Evolution. Vol. III. Two Centuries of Darwin. Washington, DC: National Academies Press; 2009. p.111-128. DOI: 10.17226/12692