Скороспелость и фотопериодическая чувствительность образцов ячменя из стран Восточной Азии

Актуальность. Ячмень (Hordeum vulgare L.) относится к широко распространенным, издревле возделываемым культурам. В настоящее время ячмень занимает ведущие позиции по посевным площадям среди зерновых. В связи с растущей проблемой изменения климата все более популярным становится перемещение сельского хозяйства в северные регионы. Важными признаками, определяющими адаптивность ячменя и широту географического продвижения, являются скорость развития и нечувствительность к различным условиям произрастания.

Материал и методы. Исследовали продолжительность межфазного периода «всходы – колошение» 660 образцов ячменя из стран Восточной Азии. При помощи ДНК-маркеров изучили аллельное состояние генов Ppd и VRN у 51 скороспелого в условиях северо-запада России образца. Оценили чувствительность к фотопериоду 44 скороспелых в полевых условиях генотипов. В качестве контроля использовали образцы, характеризующиеся скороспелостью в различных почвенно-климатических условиях: ‘Bankuti Korai’, ‘Kinai 5’, ‘Mona’, к-15013. При изучении материала руководствовались общепринятыми методическими указаниями ВИР.

Результаты и выводы. В условиях длинного дня выделено 19 образцов с очень высокой скоростью развития. Идентифицировали 11 групп с различными аллельными комбинациями генов Ppd и VRN. Наиболее распространенной среди скороспелых образцов ячменя оказалась комбинация аллелей Ppd-H1Ppd-H2vrn-H1vrn-H2vrn-H3, то есть 2 доминантных и 3 рецессивных – «DD-RRR», представленная 17 генотипами. Среди поздних и озимых образцов ячменя отсутствуют наиболее распространенные у скороспелых форм сочетания «DD-RRR», «DR-DRD», «DD-DDR» и «DR-RRR», что может свидетельствовать об их диагностической ценности. Выделили 15 источников слабой фотопериодической чувствительности. Образец к-12223 из Китая отличается скороспелостью и отсутствием реакции на продолжительность дня.

1. Абдуллаев Р.А. Генетическое разнообразие местных форм ячменя из Дагестана по адаптивно важным признакам: дис. ... канд. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2015.

2. Абдуллаев Р.А., Алпатьева Н.В., Карабицина Ю.И., Звейнек И.А., Баташева Б.А., Анисимова И.Н. и др. Аллельное разнообразие участвующих в контроле продолжительности периода всходы-колошение генов Ppd и VRN у образцов ячменя из Дагестана. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(4):56-65. DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-56-65

3. Абдуллаев Р.А., Лукина К.А., Баташева Б.А., Ковалева О.Н., Радченко Е.Е. Генетическое разнообразие образцов ячменя из стран Восточной Азии по устойчивости к мучнистой росе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(3):178-186. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-3-178-186

4. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: (методические указания) / под ред. Е.Е. Радченко. Санкт-Петербург: ВИР; 2018. DOI: 10.30901/978-5-905954-81-8

5. Батакова О.Б. Некоторые итоги по изучению длины вегетационного периода в условиях Архангельской области. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;165:169-173.

6. Баташева Б.А. Перспективы повышения продуктивности ячменя в Дагестане на основе изучения генофонда: дис. … докт. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

7. Benlioglu B., Bilir M., Akdogan G., Ahmed H.A.A., Ergun N., Aydogan S. et al. Phenotypic characterization of two-row barley (Hordeum vulgare L. ssp. vulgare) germplasm conserved in Osman Tosun Genebank of Türkiye by multivariate analysis model. Genetic Resources and Crop Evolution. 2025;72(2):1567-1584 DOI: 10.1007/s10722-024-02032-0

8. Casao M.C., Karsai I., Igartua E., Gracia M.P., Veisz O., Casas A.M. Adaptation of barley to mild winters: a role for PPDH2. BMC Plant Biology. 2011;11:164. DOI: 10.1186/1471-2229-11-164

9. Cockram J., Jones H., Leigh F.J., O’Sullivan D., Powell W., Laurie D.A. et al. Control of flowering time in temperate cereals: genes, domestication, and sustainable productivity. Journal of Experimental Botany. 2007;58(6):1231-1244. DOI: 10.1093/jxb/erm042

10. Cockram J., Norris C., O’Sullivan D.M. PCR-based markers diagnostic for spring and winter seasonal growth habit in barley. Crop Science. 2009;49(2):403-410. DOI: 10.2135/cropsci2008.07.0398

11. Distelfeld A., Li C., Dubcovsky J. Regulation of flowering in temperate cereals. Current Opinion in Plant Biology. 2009;12(2):178-184. DOI: 10.1016/j.pbi.2008.12.010

12. Dorokhov D.B., Klocke E. A rapid and economic technique for RAPD analysis of plant genomes. Russian Journal of Genetics. 1997;33(4):443-450.

13. Fernández-Calleja M., Casas A.M., Igartua E. Major flowering time genes of barley: allelic diversity, effects, and comparison with wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2021;134(7):1867-1897. DOI: 10.1007/s00122-021-03824-z

14. Jones H., Leigh F.J., Mackay I., Bower M.A., Smith L.M.J., Charles M.P. et al. Population based resequencing reveals that the flowering time adaptation of cultivated barley originated east of the Fertile Crescent. Molecular Biology and Evolution. 2008;25(10):2211-2219. DOI: 10.1093/molbev/msn167

15. Karsai I., Szűcs P., Mészáros K., Filichkina T., Hayes P.M., Skinner J.S. et al. The Vrn-H2 locus is a major determinant of flowering time in a facultative × winter growth habit barley (Hordeum vulgare L.) mapping population. Theoretical and Applied Genetics. 2005;110(8):1458-1466. DOI: 10.1007/s00122-005-1979-7

16. Kikuchi R., Kawahigashi H., Ando T., Tonooka T., Handa H. Molecular and functional characterization of PEBP genes in barley reveal the diversification of their roles in flowering. Plant Physiology. 2009;149(3):1341-1353. DOI: 10.1104/pp.108.132134

17. Knüpffer H., Terentyeva I., Hammer K., Kovaleva O., Sato K. Ecogeographical diversity – a Vavilovian approach. In: R. von Bothmer, K. Sato, H. Knüpffer, T. van Hintum (eds). Developments in Plant Genetics and Breeding. Vol. 7. Diversity in Barley (Hordeum vulgare). Amsterdam: Elsevier 2003. p.53-76. DOI: 10.1016/S0168-7972(03)80006-3

18. Кошкин В.А. Методические подходы в диагностике фотопериодической чувствительности и скороспелости растений. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:118-129.

19. Laurie D.A., Pratchett N., Bezant J.H., Snape J.W. RFLP mapping of five major genes and eight quantitative trait loci controlling flowering time in a winter × spring barley (Hordeum vulgare L.) cross. Genome. 1995;38(3):575-585. DOI: 10.1139/g95-074

20. Лекеш Я., Бареш И., Форал А., Одигнал И., Ружичка Ф., Бобек М., Трофимовская А., Лукьянова М., Корнейчук В., Ильина Н., Ярош Н. Международный классификатор СЭВ рода Hordeum L. (подрод Hordeum). Ленинград: ВИР; 1983.

21. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса / сост. И.Г. Лоскутов, О.Н. Ковалева, Е.В. Блинова; под ред. И.Г. Лоскутова. 4-е изд. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

22. Лоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В., Сафонова И.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя, овса и ржи. Санкт-Петербург: ВИР; 2024. DOI: 10.30901/978-5-907780-09-5

23. Лукьянова М.В. Агробиологическое изучение коллекции овса и ячменя в целях использования на зеленый корм: дис. … канд. биол. наук. Ленинград: ВИР; 1958.

24. Muñoz-Amatriaín M., Hernandez J., Herb D., Baenziger P.S., Bochard A.M., Capettini F. et al. Perspectives on low temperature tolerance and vernalization sensitivity in barley: prospects for facultative growth habit. Frontiers in Plant Science. 2020;11:585927. DOI: 10.3389/fpls.2020.585927

25. Pourkheirandish M., Hensel G., Kilian B., Senthil N., Chen G., Sameri M. et al. Evolution of the grain dispersal system in barley. Cell. 2015;162(3):527-539. DOI: 10.1016/j.cell.2015.07.002

26. Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Акимова Д.Е., Зайцева И.Ю. Генетическое разнообразие образцов ячменя из Монголии по устойчивости к обыкновенной злаковой тле. Экологическая генетика. 2022;20(3):175-182. DOI: 10.17816/ecogen105875

27. Schreiber M., Wonneberger R., Haaning A.M., Coulter M., Russell J., Himmelbach A. et al. Genomic resources for a historical collection of cultivated two-row European spring barley genotypes. Scientific Data. 2024;11(1):66. DOI: 10.1038/s41597-023-02850-4

28. Takahashi R., Yasuda S. Genetics of earliness and growth habit in barley. In: R.A. Nilan (ed.). Barley Genetics II: Proceedings of the. 2nd International Barley Genetics Symposium. Pullman, WA: Washington State University; 1971. p.388-408.

29. Turner A., Beales J., Faure S., Dunford R.P., Laurie D.A. The pseudo-response regulator Ppd-H1 provides adaptation to photoperiod in barley. Science. 2005;310(5750):1031-1033. DOI: 10.1126/science.1117619

30. Вавилов Н.И. Мировые ресурсы сортов хлебных злаков, зерновых бобовых, льна и их использование в селекции. Опыт агроэкологического обозрения важнейших полевых культур. Москва; Ленинград: АН СССР; 1957.

31. Verstegen H., Köneke O., Korzun V., von Broock R. The world importance of barley and challenges to further improvements. In: J. Kumlehn, N. Stein (eds). Biotechnology in Agriculture and Forestry. Vol. 69. Biotechnological Approaches to Barley Improvement. Berlin; Heidelberg: Springer; 2014. p.3-19. DOI: 10.1007/978-3-662-44406-1_1

32. Погода и климат. Справочно-информационный портал: [сайт]. URL: https://www.pogodaiklimat.ru/monitor.php?id=26063 [дата обращения: 03.09.2025].

33. Yan L., Fu D., Li C., Blechl A., Tranquilli G., Bonafede M. et al. The wheat and barley vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2006;103(51):19581-19586. DOI: 10.1073/pnas.0607142103

34. Zakhrabekova S., Gough S.P., Braumann I., Müller A.H., Lundqvist J., Ahmann K. et al. Induced mutations in circadian clock regulator Mat-a facilitated short-season adaptation and range extension in cultivated barley. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012;109(11):4326-4331. DOI: 10.1073/pnas.1113009109

35. Заушинцена А.В. Генетические источники для реализации основных направлений селекции ячменя в Сибири. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;165:101-105.

36. Злотина М.М, Ковалева О.Н., Лоскутов И.Г., Потокина Е.К. Использование аллель-специфичных маркеров генов Ppd и Vrn для прогнозирования продолжительности вегетационного периода сортов ячменя. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(1):50-62.

37. Zohary D., Hopf M., Weiss E. Domestication of plants in the Old World: the origin and spread of domesticated plants in Southwest Asia, Europe, and the Mediterranean basin. 4th ed. Oxford: Oxford University Press; 2012. DOI: 10.1093/acprof:osobl/9780199549061.001.0001

38. Звейнек И.А., Абдуллаев Р.А., Баташева Б.А., Радченко Е.Е. Влияние реакции на яровизацию, чувствительности к фотопериоду и собственно скороспелости на продолжительность развития образцов ячменя из Дагестана от всходов до колошения. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(2):24-33. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-24-33

39. Звейнек И.А., Абдуллаев Р.А., Матвиенко И.И., Радченко Е.Е., Алпатьева Н.В. Идентификация аллеля eam8, ассоциированного со слабой чувствительностью к фотопериоду, у образцов ячменя из Японии. Экологическая генетика. 2022;20(2):101-109. DOI: 10.17816/ecogen106033