doi: 10.15389/agrobiology.2017.3.526rus
УДК 633.11:631.523.4:631.527:577.21
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 16-16-00011.
ПРОЯВЛЕНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННО ВАЖНЫХ ПРИЗНАКОВ У ЯРОВЫХ
ГИБРИДОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ, ОТОБРАННЫХ С ПОМОЩЬЮ
MAS-ТЕХНОЛОГИИ ПРИ СКРЕЩИВАНИИ ОЗИМЫХ СОРТОВ С
ЯРОВЫМИ ДОНОРАМИ УСТОЙЧИВОСТИ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ
А.И. СТАСЮК, И.Н. ЛЕОНОВА, Е.А. САЛИНА
В западносибирском регионе России мягкая яровая пшеница — основная зерновая культура, занимающая больше 40 % посевных площадей. Расширение генетического разнообразия этой культуры и создание более продуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам среды сортов всегда было ключевой проблемой селекции. В качестве перспективного источника хозяйственно важных признаков можно рассматривать генофонд озимой мягкой пшеницы, которая характеризуется разнообразием по толерантности к абиотическим стрессовым факторам, продуктивной кустистости и урожайности. Несмотря на то, что интрогрессия генного пула озимых культур в яровые давно используется для повышения урожайности яровых сортов, в настоящее время мало доступной информации о проявлении других хозяйственно важных признаков в потомстве от скрещивания озимых и яровых культур. Однако такие результаты важны для оценки комбинационной способности сортов озимой и яровой пшеницы и отбора потенциально ценных образцов по комплексу признаков. При применении классических методов селекции для идентификации озимых и яровых генотипов в потомстве от скрещивания озимых и яровых родительских форм требуется большой объем выборки и длительный период культивирования растительного материала. Использование MAS-технологий и маркеров, сцепленных с целевыми локусами, позволяет значительно сократить время получения новых форм. В рамках программы по созданию новых селекционных линий мягкой пшеницы по генам устойчивости к бурой ржавчине была использована схема гибридизации, где материнскими формами служили сорта озимой пшеницы Филатовка и Бийская озимая, адаптированные к условиям западносибирского региона. Интрогрессивную яровую линию 5366-180 (Triticum aestivum/T. timopheevii) и яровой сорт мягкой пшеницы Тулайковская 10, содержащий генетический материал пырея Thinopyrum intermedium, использовали в качестве доноров эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине LrTt2 и Lr6Ai#2. Целью данной работы была оценка разнообразия яровых форм мягкой пшеницы, полученных в результате такой схемы гибридизации, по хозяйственно важным признакам и анализ влияния генотипа на их проявление. Отбор потомства с озимым и яровым образом жизни проводили в поколении F2 с помощью аллель-специфичных маркеров генов VRN-1. Для идентификации генотипов, содержащих гены устойчивости к бурой ржавчине, использовали микросателлитный маркер Xbarc232 и праймеры МF2/MR1r2 иMF2/MR4, специфичные соответственно для фрагментов транслокаций T. timopheevii и Th. intermedium. В результате гибридизации озимых сортов с яровыми донорами получили 122 растения F2, из которых отобрали 30 гомозиготных яровых растений с различным аллельным составом генов VRN-1. Из них 12 растений согласно данным молекулярного маркирования содержали чужеродные транслокации с генами Lr. Для сравнительного анализа количественных признаков было использовано 6 потомков F2, которые имели такой же аллельный состав генов VRN-1, как у ярового родителя, но отличались наличием или отсутствием Lr генов. Семейства F3-4, полученные в результате самоопыления соответствующих растений F2, были изучены в течение двух полевых сезонов по следующим признакам: период всходы—колошение, продуктивная кустистость, число и масса зерна с колоса, масса 1000 зерен. Результаты оценки периода всходы—колошение показали, что при одинаковом аллельном составе генов VRN-1 наблюдается значительная разница во времени колошения между гибридами F3-4 и яровыми донорами. В зависимости от года проведения эксперимента различия составляли от 3 до 8 сут, при этом было установлено, что наличие чужеродного генетического материала не оказывает влияния на анализируемый признак. Анализ гибридов F3-4 по признакам продуктивности показал, что на выраженность большинства из них в основном влияют факторы внешней среды. Значительный вклад генотипа в фенотипическое проявление признаков число зерен с колоса и масса 1000 зерен выявлен у гибридного образца 70-12, содержащего транслокацию от Th. intermedium. В работе показана эффективность маркер-ориентированного отбора гомозиготных генотипов в малых выборках на ранних этапах селекции. Вариация по признакам, которая наблюдается в семействах F3-4, позволяет подобрать селекционные образцы с оптимальной выраженностью хозяйственно важных признаков для дальнейшего использования.
Ключевые слова: мягкая яровая пшеница, VRN-1 гены, Lr гены, маркер-ориентированный отбор, признаки продуктивности.
А.I. Stasyuk, I.N. Leonova, Е.А. Salina
Spring wheat is the main cereal crop in the West Siberian region of Russia and occupies more than 40 % of the acreage. The widening of the genetic diversity of this culture and the creation of new varieties with high productivity and resistance to environmental factors have always been a key problem of breeding. Winter wheat varieties which are characterized by a wide diversity of useful characters such as tolerance to abiotic stressors, productive tillers and yield can be used as a promising source of agronomically important traits. Despite the fact that the methodological approach to the introgression of the gene pool of winter wheat into the genome of spring wheat has been in use for a long time to increase the yield of spring varieties, at the moment there is little available information concerning the manifestation of valuable traits in offspring obtained from the winter and spring wheat hybridization. However, such results are important for assessing the combining ability of winter and spring wheat varieties and for the selection of potential parents by a complex of characters. For the identification of the winter and spring genotypes in the offspring resulting from the hybridization of winter and spring parents with the help of convenient breeding methods, a large sample size populations and a long period of cultivation of plant material are required. The application of MAS technologies and markers linked to the target loci can significantly decrease the time of development of new breeding lines. In creation of breeding lines resistant to leaf rust, the winter wheat varieties Filatovka and Biyskaya ozymaya, adapted for cultivation in the West Siberian region, were involved in a scheme of hybridization. Spring wheat introgression line 5366-180 (Triticum aestivum/T. timopheevii) и spring wheat cultivar Tulaikovskaya 10, containing genetic material of Thinopyrum intermedium were the donors of effective leaf rust resistance genes LrTt2 and Lr6Ai#2. The aim of this work was to evaluate the diversity of spring wheat forms obtained from these crosses on economically important traits and analysis of the genotype influence on their manifestation. The plants differing in winter and spring habits were selected in F2 progeny by means of allele-specific markers to the VRN-1 genes. To identify genotypes containing leaf rust resistance genes, a microsatellite marker Xbarc232 and primers MF2/MR1r2 and MF2/MR4 specific for T. timopheevii and Th. intermedium translocations, respectively, were used. As a result of hybridization of winter varieties with spring donors, 122 F2 plants were obtained, of which 30 homozygous spring plants with different allelic composition of VRN-1 genes were selected. Of these, 12 plants according to molecular data with Lr-specific primers contained alien translocations. For the comparative analysis of agronomic traits, six F2 plants were used which possessed the same allelic composition of VRN-1 genes as in the initial spring donors but differed in the presence or absence of Lr genes. F3-4 families obtained by selfing of the corresponding F2 plants were studied during two field seasons on the following traits: heading date, productive tillers, grain number per spike, grain weight per spike, and 1000-grain weight. The results of heading date evaluation showed that, despite the same allelic composition of the VRN-1 genes, there was a significant difference in the heading date between F3-4 hybrids and spring donors. Depending on the year of the field evaluation, the differences were three to eight days, and it was found that the presence of alien genetic material does not affect this trait. Analysis of the productivity traits of F3-4 hybrids indicated that the main impact to the manifestation of the traits was made by environmental factors. A significant contribution of the genotype to the phenotypic manifestation of the traits grain number per spike and 1000-grain weight was detected in the hybrid 70-12 containing the translocation from Th. intermedium. The obtained data demonstrated the effectiveness of MAS for the identification of homozygous genotypes with desired traits in the early breeding stages using small sample population. Agronomic trait variations observed in the F3-4 progenies allows to select breeding lines with the optimal expression of valuable traits for further breeding.
Keywords: spring bread wheat, VRN-1 genes, Lr genes, marker-assisted selection, productivity traits.
ФГБУН ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН, |
Поступила в редакцию |
