Рекомбинантные линии, производные одного необычного растения, найденного в посеве мягкой пшеницы ‘TAM 200’, как исходный материал для селекции

Актуальность. Родственные мягкой пшенице виды и роды – важные источники обогащения ее генетического разнообразия. Среди растений образца ‘TAM 200’ (США), имеющего в родословной интрогрессивную родительскую форму, было обнаружено нетипичное растение, и от него получены рекомбинантные линии (РЛ). Цель исследования – определить цитогенетические особенности РЛ, охарактеризовать линии по агрономическим признакам и устойчивости к ионам Al³⁺.

Материалы и методы. Многолетним индивидуальным отбором потомков от самоопыления нетипичного растения на хорошую перезимовку и продуктивность получена серия из 21 РЛ. Число хромосом у РЛ и присутствие интрогрессий генетического материала ржи посевной и пырея промежуточного определяли методом геномной гибридизации in situ (GISH). В полевых условиях Северо-Западного и Центрально-Черноземного регионов РФ оценивали агрономические признаки РЛ и в лабораторных условиях – устойчивость к ионам Al³⁺.

Результаты. Все РЛ имели 42 хромосомы, среди них у семи РЛ выявлена интрогрессия генетического материала ржи в одной паре хромосом, у четырех – в двух парах хромосом, и одна линия имела транслокацию 1RS ржи в хромосоме генома B мягкой пшеницы. У девяти РЛ генетический материал ржи не обнаружен, у всех РЛ не выявлен генетический материал пырея промежуточного. В обоих регионах испытания РЛ хорошо зимовали, а по признакам продуктивности незначительно отличались от стандарта ‘Мироновская 808’. В годы изучения в Центрально-Черноземном регионе РЛ4, РЛ11, РЛ16 и РЛ21 были высокоустойчивыми к мучнистой росе, а по данным лабораторной оценки семь РЛ – высокоустойчивыми и устойчивыми к токсическому действию ионов алюминия.

Заключение. Созданные РЛ представляют интерес для дальнейших исследований и селекции мягкой пшеницы на устойчивость к стрессовым факторам среды.

1. Adonina I.G., Timonova E.M., Salina E.A. Introgressive hybridization of common wheat: results and prospects. Russian Journal of Genetics. 2021;57(4):390-407. DOI: 10.1134/S1022795421030029

2. Баранова О.А., Михайлова Л.А., Коваленко Н.М., Хакимова А.Г., Пюккенен В.П., Митрофанова О.П. Устойчивость образцов озимой мягкой пшеницы из коллекции генетических ресурсов растений ВИР к стеблевой ржавчине (Puccinia graminis f. sp. tritici). Каталог. Санкт-Петербург: ВИЗР; ВИР; 2018.

3. Boehm Jr. J., Cai X. Enrichment and diversification of the wheat genome via alien introgression. Plants (Basel). 2024;13(3):339. DOI: 10.3390/plants13030339

4. Crespo-Herrera L.A., Garkava-Gustavsson L., Åhman I. A systematic review of rye (Secale cereale L.) as a source of resistance to pathogens and pests in wheat (Triticum aestivum L.). Hereditas. 2017;154:14. DOI: 10.1186/s41065-017-0033-5

5. Current List of Wheats with Rye and Alien Introgression: [website]. Available from: https://rye-gene-map.de/rye-introgression [accessed Oct. 02, 2025].

6. Международный классификатор СЭВ рода Triticum L. / сост. В.Ф. Дорофеев, М.И. Руденко, А.А. Филатенко, И.П. Шитова, В.А. Корнейчук, Н.Ф. Покровская, В.И. Комаров, Г.Н. Ярина, Л.В. Семенова, И. Бареш, Я. Сегналова, М. Влах, К. Задражил, Я. Малый, В. Одегнал, Х. Леманн. Ленинград: ВИР; 1984.

7. Finkner R.E., Hsi D.G.H., Ferguson D.B. Performance of winter wheat varieties under dryland and irrigated conditions, Plains Branch Station, 1959-1966. Agricultural Experiment Station Bulletin – New Mexico State University. 1967;524:2-9. Available from: https://nmwrri.nmsu.edu/footer_pages/nm-wrri-library-database-files/wrri-library-pdfs/wrrilibrary1/001171.pdf [accessed Oct. 02, 2025].

8. GRIS. Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale: [website]. Available from: http://wheatpedigree.net/sort/show/11983 [accessed Oct. 02, 2025].

9. Han G., Yan H., Li L., An D. Advancing wheat breeding using rye: a key contribution to wheat breeding history. Trends in Biotechnology. 2025;43(9):2170-2183. DOI: 10.1016/j.tibtech.2025.03.008

10. Ji Y., Yang G., Li X., Wang H., Bao Y. Development and characterization of two wheat–rye introgression lines with resistance to stripe rust and powdery mildew. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(21):11677. DOI: 10.3390/ijms252111677

11. Jiang J., Friebe B., Gill B.S. Chromosome painting of Amigo wheat. Theoretical and Applied Genetics. 1994;89(7-8):811-813. DOI: 10.1007/BF00224501

12. Kocjan A., Kwasniewska J., Szurman-Zubrzycka M. Understanding plant tolerance to aluminum: exploring mechanisms and perspectives. Plant and Soil. 2024;507(1):195-219. DOI: 10.1007/s11104-024-06745-0

13. Leitch A.R., Schwarzacher T., Jackson D., Leitch I.J. In situ hybridization: a practical guide. Oxford: BIOS Scientific; Royal Microscopical Society; 1994.

14. Леонова И.Н. Влияние чужеродного генетического материала на проявление хозяйственно важных признаков мягкой пшеницы (T. aestivum L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(3):321-328. DOI: 10.18699/VJ18.367

15. Мережко А.Ф., Удачин Р.А., Зуев Е.В., Филатенко А.А., Сербин А.А., Ляпунова О.А., Косов В.Ю., Куркиев У.К., Охотникова Т.В., Наврузбеков Н.А., Богуславский Р.Л., Абдулаева А.К., Чикида Н.Н., Митрофанова О.П., Потокина С.А. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: методические указания / под ред. А.Ф. Мережко. Санкт-Петербург: ВИР; 1999.

16. Nelson L.A., Hammons R.H., Baenziger P.S. G73-24 winter wheat varieties. Historical Materials from University of Nebraska – Lincoln. Extension 755; 1973. Available from: https://digitalcommons.unl.edu/extensionhist/755 [accessed Oct. 02, 2025].

17. Ofoe R., Thomas R.H., Asiedu S.K., Wang-Pruski G., Fofana B., Abbey L. Aluminum in plant: Benefits, toxicity and tolerance mechanisms. Frontiers in Plant Science. 2023;13:1085998. DOI: 10.3389/fpls.2022.1085998

18. Плотникова Л.Я., Кнауб В.В. Использование генетического потенциала родов Thinopyrum и Agropyron для защиты пшеницы от болезней и абиотических стрессов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(5):536-553. DOI: 10.18699/vjgb-24-60

19. Ren T., Jiang Q., Sun Z., Ren Z., Tan F., Yang W. et al. Development and characterization of novel wheat–rye 1RS·1BL translocation lines with high resistance to Puccibia striiformis f. sp. tritici. Phytopathology. 2022;112(6):1310-1315. DOI: 10.1094/PHYTO-07-21-0313-R

20. Schmidt J.W. A plant breeder looks at the problem of distinguishing varieties. Journal of Seed Technology. 1978;3(2):57-60.

21. Scholz M., Pendinen G. The effect of homoeologous meiotic pairing in tetraploid Hordeum bulbosum L. × H. vulgare L. hybrids on alien introgressions in offspring. Cytogenetic and Genome Research. 2016;150(2):139-149. DOI: 10.1159/000455141

22. Scholz M., Ruge-Wehling B., Habekuss A., Schrader O., Pendinen G., Fischer K. et al. Ryd4 (Hb): a novel resistance gene introgressed from Hordeum bulbosum into barley and conferring complete and dominant resistance to the barley yellow dwarf virus. Theoretical and Applied Genetics. 2009;119(5):837-849. DOI: 10.1007/s00122-009-1093-3

23. Sharma S., Bhat P.R., Ehdaie B., Timothy J.C., Lukaczewski A.J., Waines J.G. Integrated genetic map and genetic analysis of a region associated with root traits on the short arm of rye chromosome 1 in bread wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2009;119(5):783-793. DOI: 10.1007/s00122-009-1088-0

24. Sivasamy M., Jayaprakash P., Vikas V.K., Bhardwaj S.C., Singh G.P., Tomar S.M.S., et al. Gene stewardship in developing improved Indian bread wheat cultivars and genetic stocks with low terminal disease value-A compendium. Part I: Introgression of leaf rust resistance genes. Nilgiri Wheat News. 2018;10(10):3-30.

25. Taylor G., Foy C. Mechanisms of aluminum tolerance in Triticum aestivum L. (wheat). I. Differential pH induced by winter cultivars in nutrient solutions. American Journal of Botany. 1985;72(5):695-701. DOI: 10.1002/j.1537-2197.1985.tb08327.x

26. Washington State Crop Improvement Association: [website]. Available from: https://washingtoncrop.com/documents/Archives-Wheat/Centurk-Lancer.pdf [accessed Jan. 20, 2025].

27. World Weather. Погода в Пушкине: [сайт]. URL: https://world-weather.ru/pogoda/russia/pushkin [дата обращения: 02.10.2025].

28. 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

29. Яковлева О.В., Капешинский А.М., Ковалева О.Н. Устойчивость культурного и дикого ячменя к действию токсичных ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;165:51-54.

30. Яковлева О.В., Ковалева О.Н. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 824. Ячмень. Характеристика образцов ячменя по устойчивости к токсичным ионам алюминия (H+ + Al3+). Санкт-Петербург: ВИР; 2015.

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

32. Zhang P., Kynast R., Friebe B. Protocol for GISH genomic in situ hybridization. Manhattan, KS: Kansas State University; 2001. Available from: https://www.k-state.edu/wgrc/images/pdfs/GISH.pdf [accessed Oct. 02, 2025].