Скрининг резистентных к мучнистой росе образцов ячменя из Эфиопии по устойчивости к абиотическим стрессорам

Актуальность. Анализ адаптивного потенциала культивируемого ячменя с целью использования выделенных и созданных в процессе работы новых генотипов является приоритетным научным направлением. Многими ценными биологическими и агрономическими качествами характеризуются ячмени Эфиопии, адаптированные к разнообразным почвенно-климатическим условиям. Особую ценность имеют генотипы, сочетающие устойчивость к вредным организмам и стрессорным факторам среды.

Материалы и методы. Исследовали устойчивость к неблагоприятным эдафическим факторам (хлоридное засоление, высокое содержание в почве токсичных ионов алюминия) коллекции образцов ячменя из Эфиопии, характеризующихся резистентностью к мучнистой росе. Устойчивость к абиотическим стрессорам оценивали в лабораторных экспериментах. При изучении солеустойчивости использовали рулонный метод оценки, основанный на учете торможения роста корней в условиях солевого (NaCl) стресса в сравнении с контрольными условиями, без засоления. Диагностику алюмочувствительности образцов ячменя проводили на ранних этапах развития растений с использованием корневого теста.

Результаты и выводы. Выявлен полиморфизм ячменей Эфиопии по устойчивости к неблагоприятным эдафическим факторам. Выделен 21 новый источник устойчивости ячменя к действию токсичных ионов алюминия, из них образцы к-8552 и к-22933 отнесены к группе высокоустойчивых. Образцы к-17554, к-19975, к-20029, к-20048, к-22752, к-23450, к-25009 устойчивы к засолению почвы. Комплексной устойчивостью к мучнистой росе, токсичным ионам алюминия и хлоридному засолению почвы характеризуются образцы ячменя к-17554, к-22752 и к-25009.

1. Абдуллаев Р.А., Косарева И.А., Радченко Е.Е. Лабораторный скрининг образцов ячменя из Дагестана по устойчивости к хлоридному засолению. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(7):24-26.

2. Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E. et al. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029

3. Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Анисимова И.Н., Губарева Н.К., Радченко Е.Е. Устойчивые к мучнистой росе образцы местного ячменя из Эфиопии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2016;177(4):70-78. DOI: 10.30901/2227-8834-2016-4-70-78

4. Bose J., Babourina O., Rengel Z. Role of magnesium in alleviation of aluminum toxicity in plants. Journal of Experimental Botany. 2011;62(7):2251-2264. DOI: 10.1093/jxb/erq456

5. Bose J., Babourina O., Shabala S., Rengel Z. Low-pH and aluminum resistance in Arabidopsis correlates with high cytosolic magnesium content and increased magnesium uptake by plant roots. Plant and Cell Physiology. 2013;54(7):1093-1104. DOI: 10.1093/pcp/pct064

6. Clarkson D.T. Effect of aluminum on the uptake and metabolism of phosphorus by barley seedlings. Plant Physiology. 1966;41(1):165-172. DOI: 10.1104/pp.41.1.165

7. Давыдова Г.В., Коваль В.С., Лукьянова М.В. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 605. Ячмень. Характеристика селекционных и местных сортов на солеустойчивость. Санкт-Петербург: ВИР; 1991.

8. Echart C.L., Barbosa-Neto J.F., Garvin D.F., Cavalli-Molina S. Aluminum tolerance in barley: methods for screening and genetic analysis. Euphytica. 2002;126(3):309-313. DOI: 10.1023/A:1019964410057

9. Ellis R. P., Forster B.P., Gordon D.C., Handley L.L., Keith R.P., Lawrence P. et al. Phenotype/genotype associations for yield and salt tolerance in a barley mapping population segregating for two dwarfing genes. Journal of Experimental Botany. 2002;53(371):1163-1176. DOI: 10.1093/jexbot/53.371.1163.

10. Foy C.D, Fleming A.L., Bums G.R., Arminger W H. Characterization of differential aluminum tolerance among varieties of wheat and barley. Soil Science Society of America Journal. 1967;31(4):513-521. DOI: 10.2136/sssaj1967.03615995003100040027x

11. Груздева Е.В., Яковлева О.В., Косарева И.А., Капешинский А.М., Терентьева И.А., Ковалева О.Н. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 701. Ячмень. Лабораторная оценка образцов ячменя на кислотоустойчивость (Al3+, Mn2+). Санкт-Петербург: ВИР; 1999.

12. Gyenis L., Yun J.S., Smith K.P., Steffenson B.J., Bossolini E., Sanguineti M.C. et al. Genetic architecture of quantitative trait loci associated with morphological and agronomic trait differences in a wild by cultivated barley cross. Genome. 2007;50(8):714-723. DOI: 10.1139/G07-054

13. Климашевский Э.Л. Физиолого-генетические основы агрохимической эффективности растений. В кн.: Физиологические основы селекции растений. Т. 2, ч. 1. Санкт-Петербург: ВИР; 1995. С.97-157.

14. Kopittke P.M., Moore K.L., Lombi E., Gianoncelli A., Ferguson B.J., Blamey F.P.C. et al. Identification of the primary lesion of toxic aluminum in plant roots. Plant Physiology. 2015;167(4):1402-1411. DOI: 10.1104/pp.114.253229

15. Коваль B.C., Ригин Б.В. Определение числа генов, контролирующих признак солеустойчивости ячменя (Hordeum vulgare L.). Доклады Академии наук. 1993;331(4):518-520.

16. Лапина Л.П., Соколова T.B., Строгонов Б.П. Локализация хлора у гликофитов и галофитов при засолении. Физиология растений. 1980;27(2):278-286.

17. Long N.V., Dolstra O., Malosetti M., Kilian B., Graner A, Visser R.G.F. et al. Association mapping of salt tolerance in barley (Hordeum vulgare L.). Theor Appl Genet. 2013;126(9):2335-2351. DOI: 10.1007/s00122-013-2139-0

18. Mano Y., Takeda K. Mapping quantitative trait loci for salt tolerance at germination and at the seedling stage of barley (Hordeum vulgare L). Euphytica. 1997;94(3):263-272. DOI: 10.1023/A:1002968207362

19. McLean F.T., Gilbert B.E. The relative aluminum tolerance of crop plants. Soil Science. 1927;24:163-175.

20. Мещеряков А.И. Влияние кислотности и алюминия на рост растений. Труды ВИУА. 1937;16:166-182.

21. Minella E., Sorrells M.E. Inheritance and chromosome location of Alp, a gene controlling aluminum tolerance in Dayton barley. Plant Breeding. 1997;116(5):465-469. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1997.tb01032.x

22. Панкова Е.И., Воробьева Л.А., Гаджиев И.М., Горохова И.И., Елизарова Т.Н., Королюк Т.В., Лопатовская О.Г., Новикова А.Ф., Решетов Г.Г., Скрипникова М.И., Славный Ю.А., Черноусенко Г.И., Ямнова И.А.. Засоленные почвы России. Москва: Академкнига; 2006.

23. Ried D.A. Genetic control of reaction to aluminum in winter barley. In: Nilan R.A. (ed.). Barley genetics 2: Proceedings of 2 International Barley Genetics Symposium 1969 at Washington State University. Washington: Washington State University Press; 1971. p.409-413.

24. Rigin B.V., Yakovleva O.V. Genetic analysis of toxic aluminum ion tolerance in barley. Russian Journal of Genetics. 2006;42(3):301-305. DOI: 10.1134/S1022795406030100

25. Семушина Л.А. Определение солеустойчивости ячменя: (методические указания). Ленинград: ВИР; 1980.

26. Строгонов Б.П., Кабанов В.В., Шевякова Н.И. Структура и функции клеток растений при засолении. Москва; 1970.

27. Tang Y, Sorells M.E., Kochian L.V., Garvin D.F. Identification of RFLP markers linked to the barley aluminum tolerance gene Alp. Crop Sci. 2000;40(3):778-782. DOI: 10.2135/cropsci2000.403778x

28. Удовенко Г.В. Исследование физиологии устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1975;56(1):154-161.

29. Удовенко Г.В., Волкова А.М. Определение в раннем возрасте солеустойчивости зерновых злаков по комплексу ростовых параметров: (методические указания). Санкт-Петербург: ВИР; 1993.

30. Wagatsuma T., Yamasaku K. Relationship between differential aluminum tolerance and plant induced pH change of medium among barley cultivars. Soil Science and Plant Nutrition. 1985;31(4):521-535. DOI: 10.1080/00380768.1985.10557461

31. Winicov I. New molecular approaches to improving salt tolerance in crop plants. Annals of Botany. 1998;82(6):703-710. DOI: 10.1006/anbo.1998.0731

32. Яковлева О.В. Фитотоксичность ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):315-331. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-315-331

33. Яковлева О.В., Капешинский А.М. Толерантность ячменя к токсичным ионам алюминия в условиях почвенной культуры. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;168:54-64.

34. 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;165:56-59.

35. 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.