Изучение потенциальной зимостойкости сортообразцов и генотипов озимой мягкой пшеницы с помощью анализа автофлуоресценции тканей проростков

Актуальность. Озимые посевы зерновых культур являются наиболее продуктивным компонентом агроценозов. В РФ наибольшие потери озимой пшеницы происходят  в зимний  период,  поэтому  поиск  признаков, маркирующих  высокую/низкую  зимостойкость  озимых  генотипов  растений,  в том  числе  селекционных образцов, необходим для оценки их потенциальной зимостойкости.  Одним  из  таких  признаков,  маркирующих  высокую  зимостойкость,  является  повышенное содержание  лигнина  в тканях  растений.  Терминальным  ферментом  фенилпропаноидного  пути  метаболизма, в котором образуются компоненты лигнина, является  дегидрогеназа  коричного  спирта –  CAD  (cinnamyl-alcohol dehydrogenase, EC 1.1.1.195). Фермент CAD является одним из ферментов ароматического метаболизма растений, приводящего к формированию, кроме лигнина, ряда других ароматических веществ – лигнанов, ароматических гликозидов и т. д. Многие из этих веществ,  как  и лигнин,  имеют  хромофорные  группы и способны к автофлуоресценции.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования использовали сорта озимой мягкой пшеницы ‘Zitnica’ (Югославия) и ‘Новосибирская 9’  (ИЦиГ  СО  РАН, Россия), контрастные по зимостойкости и по изоферментным спектрам CAD, их гибриды и28 озимых сортов краснодарской селекции. Также проведен анализ флуоресценции 28 сортов озимой пшеницы. По результатам анализа семи наиболее контрастных сортов вычислены коэффициенты корреляции между флуоресценцией и устойчивостью к промораживанию.

Заключение.  Показана  связь  генотипов  озимой  мягкой пшеницы по CAD1-F с успешной перезимовкой: обнаружена корреляция генотипов с аллелем 00 CAD1-F с более высоким процентом перезимовавших растений. Анализ флуоресценции срезов проростков также может  быть  использован  для  предварительной  оценки селекционных образцов по зимостойкости. Это, несомненно, может упростить трудоемкий анализ определения зимостойкости в лабораторных исследованиях.

1. Cheynier V., Comte G., Davies K.M., Lattanzio V., Martens S. Plant phenolics: recent advances on their biosynthesis, genetics, and ecophysiology. Plant Physiology and Biochemistry. 2013;72:1-20. DOI: 10.1016/j.plaphy.2013.05.009

2. Goodwin T.W., Mercer E.I. Introduction to Plant Biochemistry. Vol. 1. 2nd ed. Oxford: Pergamon Press; 1983a.

3. Goodwin T.W., Mercer E.I. Introduction to Plant Biochemistry. Vol. 2. 2nd ed. Oxford: Pergamon Press; 1983b.

4. Губанов Я.В., Иванов Н.Н. Озимая пшеница. Москва: Агропромиздат; 1988.

5. Erath W., Bauer E., Fowler D.B., Gordillo A., Korzun V., Ponomareva M. et al. Exploring new alleles for frost tolerance in winter rye. Theoretical and Applied Genetics. 2017;130(10):2151-2164. DOI: 10.1007/s00122-017-2948-7

6. Иванисов М.М., Ионова Е.В. Морозостойкость сортов и линий озимой мягкой пшеницы. Международный научно-исследовательский журнал. 2016:9(51) (ч. 3):110-113). DOI: 10.18454/IRJ.2016.51.115

7. Janská A., Aprile A., Zámečník J., Cattivelli L., Ovesná J. Transcriptional responses of winter barley to cold indicate nucleosome remodeling as a specific feature of crown tissues. Functional and Integrative Genomics. 2011;11(2):307-325. DOI: 10.1007/s10142-011-0213-8

8. Канцер А.Н. Динамика содержания лигнина и морозостойкость древесных растений. Физиология и биохимия культурных растений. 1972;4(1):92-95.

9. Карпова Е.В., Шундрина И.К., Орлова Е.А., Коновалов А.А. Ароматические и минеральные вещества в тканях образцов яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L., различающихся по устойчивости к бурой ржавчине (возбудитель Puccinia triticina Erikss.). Химия растительного сырья. 2019;(4):87-95). DOI: 10.14258/jcprm.2019045238

10. Кириченко Ф.Г. Определение морозостойкости озимых культур методом прямого промораживания в посевных ящиках. В кн.: Методы определения морозо- и зимостойкости озимых культур. Москва; 1969. С.3-8.

11. Konovalov A.A., Shundrina I.K., Karpova E.V. Polymorphism of lignification enzymes in plants: Functional importance and applied aspects. Biology Bulletin Reviews. 2016;6(2):149-163. DOI: 10.1134/S2079086416020031

12. Konovalov A.A., Shundrina I.K., Karpova E.V., Goncharov N.P., Kondratenko E.Ya. Chromosomal localization of aromatic alcohol dehydrogenase fast-migrating isoenzyme AAdh1F (CAD1F) gene in Triticum aestivum L. bread wheat. Russian Journal of Genetics. 2016;52(10):1110-1116. DOI: 10.1134/S1022795416080056

13. Корочкин Л.И., Серов О.Л., Пудовкин А.И., Аронштам А.А., Боркин Л.Я. Генетика изоферментов / под ред. Д.К. Беляева. Москва: Наука; 1977.

14. Le Gall H., Philippe F., Domon J.M., Gillet F., Pelloux J., Rayon C. Cell wall metabolism in response to abiotic stress. Plants. 2015;4(1):112-166. DOI: 10.3390/plants4010112

15. Moura J.C.M.S.M., Bonine C.A.V., de Oliveira Fernandes Viana J., Dornelas M.C., Mazzafera P. Abiotic and biotic stresses and changes in the lignin content and composition in plants. Journal of Integrative Plant Biology. 2010;52(4):360-376. DOI: 10.1111/j.1744-7909.2010.00892.x

16. Olenichenko N.A., Zagoskina N.V. Response of winter wheat to cold: production of phenolic compounds and L-phenylalanine ammonia lyase activity. Applied Biochemistry and Microbiology. 2005;41(6):600-603. DOI: 10.1007/s10438-005-0109-2

17. Ряднова И.М. Одревеснение побегов плодовых деревьев и их морозоустойчивость. Физиология растений. 1957;4(2):134-137.

18. Talamond P., Verdeil J.L., Conéjéro G. Secondary metabolite localization by autofluorescence in living plant cells. Molecules. 2015;20(3):5024-5037. DOI: 10.3390/molecules20035024

19. Toth I.K., Bell K.S., Holeva M.C., Birch P.R.J. Soft rot erwiniae: from genes to genomes. Molecular Plant Pathology. 2003;4(1):17-30. DOI: 10.1046/j.1364-3703.2003.00149.x.20569359

20. Wei H., Dhanaraj A.L., Arora R., Rowland L.J., Fu Y., Sun L. Identification of cold acclimation-responsive Rhododendrongenes for lipid metabolism, membrane transport and lignin biosynthesis: importance of moderately abundant ESTs in genomic studies. Plant, Cell and Environment. 2006;29(4):558-570. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2005.01432.x

21. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. Москва: Наука; 1993.