Негативное влияние интрогрессии в хромосому 5Al мягкой пшеницы (Triticum aestivum l.) от тетраплоидной пшеницы (Triticum timopheevii (zhuk.) zhuk. subsp. timopheevii) на устойчивость к засухе и продуктивность

Актуальность. Интрогрессивную гибридизацию используют для увеличения генетического разнообразия и повышения устойчивости к болезням мягкой пшеницы Triticum aestivum L. Интрогрессии от тетраплоидной пшеницы Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. subsp. timopheevii в мягкую пшеницу ‘Саратовская 29’ (S29) помогли повысить ее устойчивость к грибным заболеваниям. Необходимы исследования влияния интрогрессивной гибридизации на устойчивость пшеницы к абиотическим стрессорам.

Материалы и методы. В контролируемых условиях при двух режимах водоснабжения исследовали параметры газообмена и флуоресценции хлорофилла, содержание хлорофиллов a и b, каротиноидов, свободного пролина, активность ферментов аскорбат-глутатионового цикла, каталазы и липоксигеназы в листьях и биомассу побега у сорта пшеницы S29 и линии S29 (821 5A), несущей сегмент интрогрессии от T. timopheevii subsp. timopheevii в дистальном участке хромосомы 5AL. Компоненты продуктивности изучали в гидропонной теплице в двух режимах водоснабжения.

Результаты. По сравнению с сортом S29 линия S29 (821 5A) показала сниженное количество поглощаемой и переносимой энергии на один реакционный центр фотосистемы II при оптимальном поливе. Также у линии на 30% снизилась активность ферментов аскорбат-глутатионового цикла и значительно повысилось содержание пролина в листьях. У линии S29 (821 5A) отмечены ослабленные защитные реакции на стресс от засухи. Она уступала сорту S29 по продуктивности главного колоса, независимо от условий полива.

Заключение. Интрогрессия от T. timopheevii subsp. timopheevii в дистальную область хромосомы 5AL отрицательно повлияла на устойчивость к засухе и продуктивность мягкой пшеницы. Для комплексной оценки устойчивости межвидовых гибридов к неблагоприятным факторам необходимы физиолого-биохимические исследования.

1. Bates L., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 1973;39:205-207. DOI: 10.1007/BF00018060

2. Chakraborty P., Kumari A. Role of compatible osmolytes in plant stress tolerance under the influence of phytohormones and mineral elements. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p.165-201. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00011-X

3. Fan H., Xu J., Ao D., Jia T., Shi Y., Li N. et al. QTL mapping of trichome traits and analysis of candidate genes in leaves of wheat (Triticum aestivum L.). Genes (Basel). 2023;15(1):42. DOI: 10.3390/genes15010042

4. Goltsev V.N., Kalaji H.M., Paunov M., Bąba W., Horaczek T., Mojski J. et al. Variable chlorophyll fluorescence and its use for assessing physiological condition of plant photosynthetic apparatus. Russian Journal of Plant Physiology. 2016;63(6):869-893. DOI: 10.1134/S1021443716050058

5. Kabir N., Wahid S., Rehman S.U., Qanmber G. The intricate world of trichome development: From signaling pathways to transcriptional regulation. Environmental and Experimental Botany. 2024;217:105549. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2023.105549

6. Leonova I.N., Röder M.S., Kalinina N.P., Budashkina E.B. Genetic analysis and localization of loci controlling leaf rust resistance of Triticum aestivum × Triticum timopheevii introgression lines. Russian Journal of Genetics. 2008;44(12):1431-1437. DOI: 10.1134/S1022795408120077

7. Леонова И.Н., Шумный В.К. Создание и изучение коллекции интрогрессивных линий мягкой пшеницы, полученных с участием Triticum timopheevii (Zhuk.) Zhuk. Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции. 2023;9(3):111-116. DOI: 10.18699/LettersVJ-2023-9-14

8. Mir R.A., Khah M. K. Recent progress in enzymatic antioxidant defense system in plants against different environmental stresses. In: M.A. Ahanger, J.A. Bhat, P. Ahmad, R. John (eds). Improving Stress Resilience in Plants: Physiological and Biochemical Basis and Utilization in Breeding. Cambridge, MA: Academic Press; 2023. p. 203-224. DOI: 10.1016/B978-0-443-18927-2.00014-5

9. Osipova S.V., Rudikovskii A.V., Permyakov A.V., Rudikovskaya E.G., Pomortsev A.V., Musalevskaya O.V. et al. Using chlorophyll fluorescence parameters and antioxidant enzyme activity to assess drought tolerance of spring wheat. Photosynthetica. 2024;62(2):147-157. DOI: 10.32615/ps.2024.014

10. Panda D., Mishra S.S., Behera P.K., Lenka S.K. Role of ascorbate and ascorbate–glutathione cycle for photosynthetic protection in selected indigenous rice landraces under drought stress. Agricultural Research. 2021;10:187-192. DOI: 10.1007/s40003-020-00506-y

11. Peršić V., Ament A., Antunović Dunić J., Drezner G., Cesar V. PEG-induced physiological drought for screening winter wheat genotypes sensitivity – integrated biochemical and chlorophyll a fluorescence analysis. Frontiers in Plant Science. 2022;13:987702. DOI: 10.3389/fpls.2022.987702

12. Pflüger T., Jensen S.M., Liu F., Rosenqvist E.T. Leaf gas exchange responses to combined heat and drought stress in wheat genotypes with varied stomatal density. Environmental and Experimental Botany. 2024;228(Pt A):105984. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2024.105984

13. Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Osipova S.V., Permyakov A.V., Permyakova M.D., Efimov V.M. et al. Quantitative characteristics of pubescence in wheat (Triticum aestivum L.) are associated with the parameters of gas exchange and chlorophyll fluorescence under conditions of normal and limited water supply. Planta. 2019;249(3):839-847. DOI: 10.1007/s00425-018-3049-9

14. Shchukina L.V., Simonov A.V., Demenkova M.A., Klykov A.G., Shamanin V.P., Pozherukova V.E. et al. Increased grain protein and gluten contents of bread wheat caused by introgression of a T. timopheevii segment into chromosome 2A. Euphytica. 2022;218(12):170. DOI: 10.1007/s10681-022-03121-w

15. Simonov A.V., Smirnova O.G., Genaev M.A., Pshenichnikova T.A. The identification of a new gene for leaf pubescence introgressed into bread wheat from Triticum timopheevii Zhuk. and its manifestation in a different genotypic background. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2021;19(3):238-244. DOI: 10.1017/S1479262121000277

16. Smirnova O.G., Pshenichnikova T.A. The relationship between the genetic status of the Vrn-1 locus and the size of the root system in bread wheat (Triticum aestivum L.). Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(8):805-811. DOI: 10.18699/VJ21.093

17. Viswanath K.K., Varakumar P., Pamuru R.R., Basha S.J., Mehta S., Rao A.D. Plant lipoxygenases and their role in plant physiology. Journal of Plant Biology. 2020;63(2):83-95. DOI: 10.1007/s12374-020-09241-x

18. Walkowiak S., Gao L., Monat C., Haberer G., Kassa M.T., Brinton J. et al. Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding. Nature. 2020;588(7837):277-283. DOI: 10.1038/s41586-020-2961-x