Сравнительный анализ наследования высокой скорости развития линий Римакс и Рико яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L.

Актуальность. Знание характера наследования признака «ультраскороспелость» у сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) будет способствовать повышению эффективности селекционного процесса.
Материалы и методы. Исследовали ультраскороспелые линии Рико (к-65588, var. erythrospermum Koern.), Римакс (к-67257, var. lutescens (Alef.) Mansf.), а также сорта ‘Max’ (к-57181, var. lutescens) и ‘Ленинградская 6’ (к-64900, var. lutescens). Линия Римакс была получена в результате скрещивания ультраскороспелой линии Рико с сортом ‘Max’. В родословную Рико входит СКФ (к-67258, var. erythrospermum) и АНК-17В (к-60314, var. albidum Alef.). Аллели генов Vrn и Ppd идентифицировали с помощью ПЦР-анализа. Реакция растений на короткий день определена по методике ВИР.
Результаты. Линии Римакс и Рико характеризуются самой высокой скоростью развития от всходов до колошения среди образцов яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР. В генотипах Римакс и Рико обнаружены доминантные аллели генов Vrn-A1, Vrn-B1, Vrn-D1 и доминантный ген Ppd-D1. В линии Римакс выявлены разные аллели генов Ppd-D1 и Vrn-B1. В условиях длинного дня (18 ч) в F₂  (F₃) гибридной комбинации Рико × Римакс наблюдали отношение фенотипов с высокой скоростью развития к растениям с низкой скоростью развития как 1 : 15 (χ² _1:15 = 0,64). При выращивании на коротком дне (12 ч) в F₂ выделяли пять четко тестируемых групп в соотношении 1 : 4 : 6 : 4 : 1 (χ²  = 3,03; χ² _0,05 = 9,48).
Заключение. Линии Римакс и Рико имеют по две пары независимых дуплицированных генов, детерминирующих высокую скорость развития. В условиях короткого дня эти гены могут взаимодействовать по типу кумулятивной полимерии. Линии Римакс и Рико за счет высокой скорости развития являются ценным исходным материалом для селекции на скороспелость.

1. Beales J., Turner A., Griffiths S., Snape J., Laurie D. A pseudoresponse regulator is misexpressed in the photoperiod insensitive Ppd-D1a mutant of wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(5):721-733. DOI: 10.1007/s00122-007-0603-4

2. Fu D., Szucs P., Yan L. Helguera M., Skinner J.S., von Zitzewitz J. et al. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Molecular Genetics and Genomics. 2005;273(1):54-65. DOI: 10.1007/s00438-004-1095-4

3. Goncharov N.P. Genetics of growth habit (spring vs winter) in common wheat: Confirmation of the existence of dominant gene Vrn4. Theoretical and Applied Gene tics. 2003;107(4):768-772. DOI. 10.1007/s00122-003-1317-x

4. Graner A., Jahoor A., Schondelmaier J., Siedler H., Pillen K., Fischbeck G. et al. Construction of an RFLP map of barley. Theoretical and Applied Genetics. 1991;83(2):250-256. DOI: 10.1007/BF00226259

5. Карамышев Р.М. Наследование периода от всходов до колошения в F1 и F2 при скрещивании ультраскороспелых сортов яровой мягкой пшеницы разного географического происхождения (краткие сообщения). Сборник научных трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1984;85:97-98.

6. Kiseleva A.A., Salina E.A. Genetic regulation of common wheat heading time. Russian Journal of Genetics. 2018;54(4):375-388. DOI: 10.1134/S1022795418030067

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

8. Koval’ S.F. The catalog of near-isogenic lines of Novosibirskaya-67 common wheat and principles of their use in experiments. Russian Journal of Genetics. 1997;33(8):995-1000.

9. Lewis S., Faricelli M.E., Appendino M.L., Valárik M., Dubcovsky J The chromosome region including the earliness per se locus Eps-Am1 affects the duration of early developmental phases and spikelet number in diploid wheat. Journal of Experimental Botany. 2008;59(13):3595-3607. DOI: 10.1093/jxb/ern209

10. Potokina E.K., Koshkin V.A., Alekseeva E.A., Matvienko I.I., Filobok V.А., Bespalova L.A. The combination of the Ppd and Vrn gene alleles determines the heading date in common wheat varieties. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;2(4):311-318. DOI: 10.1134/S2079059712040089

11. Ригин Б.В., Пыженкова З.С. Гены, контролирующие реакцию на яровизацию и скороспелость per se ультраскороспелых форм яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;168:39-49.

12. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Андреева А.С., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Линия Рико – самая скороспелая среди представителей коллекции яровой мягкой пшеницы ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(4):94-98. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-4-94-98

13. Ригин Б.В., Зуев Е.В., Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Пыженкова З.С., Матвиенко И.И. Селекционно-генетические аспекты создания продуктивных форм мягкой яровой пшеницы с высокой скоростью развития. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):194-202. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-194-202

14. Shcherban A.B., Efremova T.T., Salina E.A. Identification of a new Vrn-B1 allele using two near-isogenic wheat lines with difference in heading time. Molecular Breeding. 2012;29(3):675-685. DOI: 10.1007/s11032-011-9581-y

15. Тихомирова М.М. Генетический анализ. Ленинград: ЛГУ; 1990.

16. Vrazhnov V.A., Koshkin V.A., Rigin B.V., Potokina E.K., Tyunin V.A., Shreider E.R. et al. Ecological testing of ultra-early common wheat forms under various photoperiod conditions. Russian Agricultural Sciences. 2012;28(2):79-85. DOI: 10.3103/S106836741202022X

17. Yan L.D., Helguera M., Kato K., Fukuyama S., Sherman J., Dubcovsky J. Allelic variation at the VRN1 promoter region in polyploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109(8):1677-1686. DOI: 10.1007/s00122-004-1796-4

18. Yoshida T., Nishida H., Zhu J., Nitcher R., Distelfeld A., Akashi Y. et al. Vrn-D4 is a vernalization gene located on the centromeric region of chromosome 5D in hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2010;120:543-552. DOI: 10.1007/s00122-009-1174-3

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

20. Zaitseva O.I., Lemesh V.A. Allelic composition in the VRN-A1, VRN-B1, and VRN-B3 genes of double haploid lines of hexaploid triticale. Russian Journal of Genetics. 2015;51(7):653-660. DOI: 10.1134/S1022795415070145

21. Zikhali M., Wingen L.U., Griffiths S. Delimitation of the Earliness per se D1 (Eps-D1) flowering gene to a subtelomeric chromosomal deletion in bread wheat (Triticum aestivum). Journal of Experimental Botany. 2016;67(1):287-299. DOI: 10.1093/jxb/erv458

22. Злотина М.М., Киселева А.А., Потокина Е.К. Использование аллель-специфичных маркеров генов VRN и PPD для экспресс-диагностики фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации мягкой пшеницы и ячменя. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

23. Зуев Е.В., Брыкова А.Н., Никонов В.И., Захаров В.Г., Терехин М.В., Потокина С.А. и др. Результаты изучения коллекции яровой мягкой пшеницы на скороспелость в селекцентрах России. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;166:101-106.