Цитогенетична активність мутагенного чинника з високою ушкоджувальною здатністю у пшениці озимої
Анотація
Аналіз цитологічних аномалій є важливим методом ідентифікації можливостей хімічної речовини як мутагену для майбутніх спадкових генетичних змін, рівня генотип-мутагенної взаємодії та сайт-специфічної активності для природи та/або різних концентрацій мутагену. Метою експерименту було визначити межі мінливості генотипів різного походження, насамперед із широкою еколого-генетичною мінливістю, показати взаємодію між сортом та мутагеном. Зерно пшениці озимої кількох сортів (Балатон, Боровиця, Зелений Гай, Золото України, Каланча, Нива Одеська, Полянка, Почайна) обробляли диметилсульфатом у концентраціях 0,0125 %, 0,025 %, 0,05 %, експозиція становила 24 години. Було досліджено цитогенетичну активність досліджували за частотою та спектром хромосомних перебудов у відповідних фазах клітинного поділу в залежності від сорту та концентрації мутагену як основних факторів, що впливають на ці показники, також основні ознаки спектру, такі як загальна швидкість хромосомних перебудов, кількість фрагментів і подвійних фрагментів, містків, мікроядер і відстаючих хромосом. Було встановлено, що досліджувані концентрації супермутагену суттєво вплинули на всі аналізовані параметри, їх можна віднести до оптимальних і високих рівнів концентрацій за впливом на цитологічну активність і проблемами у мітозі, для чинника, незважаючи на попередні дослідження, фактор сорт значно більше впливає на природу та частоту деяких типів аберацій, ніж збільшення концентрації мутагену, він характеризувався значно більшою сайт-специфічною дією, ніж інші хімічні агенти, різні варіанти по змінам мутагенної дії були ідентифіковані відповідно до генотипу суб’єкту. Було узагальнено, що ознаками, які відтворювали вплив мутагену, згідно дискримінантного аналізу, є загальна частота, частота фрагментів і подвійних фрагментів, містки. При практичному використані в генетичному поліпшені рослин та для отримання цінних ознак оптимальним є використання концентрацій 0,0125 %, 0,025 %, що планується додатково підтвердити на більш широкому спектрі генотипів та дослідженнями мутацій для наступних (другого-третього) поколінь
Ключові слова
хромосомні аберації; мутаген; пшениця озима; диметилсульфат; цитологічний аналіз
[1] Abaza, G., Awaad, A., Attia, M., Abdellateif, S., Gomaa, A., Abaza, S., & Mansour, E. (2020). Inducing potential mutants in bread wheat using different doses of certain physical and chemical mutagens. Plant Breeding and Biotechnology, 8(3), 252-264. doi: 10.9787/PBB.2020.8.3.252.
[2] Ariraman, M., Dhanavel, D., Seetharaman, N., Murugan, S., & Ramkumar, R. (2018). Gamma radiation influences on growth, biochemical and yield characters of Cajanus Cajan (L.) Millsp. Journal of Plant Stress Physiology, 4, 38-40. doi: 10.25081/jpsp.2018.v4.3504.
[3] Beiko, V., & Nazarenko, M. (2022). Occurrence of cytogenetic effects under the epimutagen action for winter wheat. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 13(3), 294-300. doi: 10.15421/022238.
[4] Bezie, Y., Tilahun, T., Atnaf, M., & Taye, M. (2020). The potential applications of site-directed mutagenesis for crop improvement: A review. Journal of Crop Science and Biotechnology, 24, 229-244. doi: 10.1007/s12892-02000080-3.
[5] Bhat, T., & Wani, A. (2017). Chromosome structure and aberrations. New Delhi: Springer. doi: 10.1007/978-81322-3673-3.
[6] Cann, D., Hunt, J., Rattey, A., & Porker, K. (2022). Indirect early generation selection for yield in winter wheat. Field Crops Research, 282, article number 108505. doi: 10.1016/j.fcr.2022.108505.
[7] Chaudhary, J., Deshmukh, R., & Sonah, H. (2019). Mutagenesis approaches and their role in crop improvement. Plants, 8(11), article number 467. doi: 10.3390/plants8110467.
[8] El-Azab, E., Ahmed Soliman, M., Soliman, E., & Badr, A. (2018). Cytogenetic impact of gamma irradiation and its effects on growth and yield of three soybean cultivars. Egyptian Journal of Botany, 58(3), 411-422. doi: 10.21608/ ejbo.2018.3656.1173.
[9] Hase, Y., Satoh, K., Seito, H., & Oono, Y. (2020). Genetic consequences of acute/chronic gamma and carbon ion irradiation of Arabidopsis thaliana. Frontiers in Plant Science, 11, article number 336. doi: 10.3389/ fpls.2020.00336.
[10] Hong, M., Kim, D., Jo, Y., Choi, H.-I., Ahn, J.-W., Kwon, S.-J., Kim, S., Seo, Y., & Kim, J.-B. (2022). Biological effect of gamma rays according to exposure time on germination and plant growth in wheat. Applied Sciences, 12(6), article number 3208. doi: 10.3390/ app12063208.
[11] Horshchar, V., & Nazarenko, M. (2022). Winter wheat cytogenetic variability under the action of a chemical supermutagen. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 13(4), 373-378. doi: 10.15421/022249.
[12] Hussain, M., Gul, M., Kamal, R., Iqbal, M., Zulfiqar, S., Abbas, A., Röder, M., Muqaddasi, Q., & Rahman, M. (2021). Prospects of developing novel genetic resources by chemical and physical mutagenesis to enlarge the genetic window in bread wheat varieties. Agriculture, 11(7), article number 621. doi: 10.3390/agriculture11070621.
[13] Küçük, D., & Liman, R. (2018). Cytogenetic and genotoxic effects of 2-chlorophenol on Allium cepa L. root meristem cells. Environmental Science Pollution Research, 25, 36117-36123. doi: 10.1007/s11356-018-3502-0.
[14] Nader, R., Abdel-Megeed A., Ghareeb, R., Ali, H., Salem, M., Akrami, M., Al-Hayalif, C., & Desoky, E. (2022). Genotoxicity assessment of amino zinc nanoparticles in wheat (Triticum aestivum L.) as cytogenetical perspective. Saudi Journal of Biological Sciences, 29(4), 2306-2313. doi: 10.1016/j.sjbs.2021.11.059.
[15] Nazarenko, M. (2017). The influence of radio-mimetic chemical mutagen on the chromosomal complex of winter wheat cells. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 8(2), 283-286. doi: 10.15421/021744.
[16] Nurmansyah, S., Alghamdi, S., Hussein, M., & Farooq, M. (2018). Morphological and chromosomal abnormalities in gamma radiation-induced mutagenized faba bean genotypes. International Journal of Radiational Biology, 94(2), 174-185. doi: 10.1080/09553002.2018.1409913.
[17] Oney-Birol, S., & Balkan, A. (2019). Detection of cytogenetic and genotoxic effects of gamma radiation on M1 generation of three varieties of Triticum aestivum L. Pakistan Journal of Botany, 51(3), 887-894. doi: 10.30848/ PJB2019-3(48).
[18] Pane, F., Lopez, S., Cantamutto, M., Domenech, M., & Castro-Franco, M. (2018). Effect of different gamma irradiation doses on the germination and seedling growth of wheat and triticale cultivars. Australian Journal of Crop Science, 12(12), 1921-1926. doi: 10.21475/ajcs.18.12.12.p1251.
[19] Pramanik, A., Datta, A., Gupta, S., Ghosh, B., Das, D., Kumbhakar, D., & Hore, M. (2018). Gamma irradiation sensitivity in Coriandrum sativum L. (Coriander). Cytologia, 83(4), 381-385. doi: 10.1508/cytologia.83.381.
[20] Ram, H., Soni, P., Salvi, P., Gandass, N., Sharma, A., Kaur, A., & Sharma, T. (2019). Insertional mutagenesis approaches and their use in rice for functional genomics. Plants, 8(9), article number 310. doi: 10.3390/ plants8090310.
[21] Spencer-Lopes, M., Forster, B., & Jankuloski, L. (2018). Manual on mutation breeding. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
[22] Von Well, E., Fossey, A., & Booyse, M. (2018). Efficiency of energy conversion and growth of gamma irradiated embryos and young seedlings of Triticum monococcum L. cultivar Einkorn. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 11(1), 75-82. doi: 10.1016/j.jrras.2017.09.004.
[23] Yali, W., & Mitiku, T. (2022). Mutation breeding and its importance in modern plant breeding. Journal of Plant Sciences, 10(2), 64-70. doi: 10.11648/j.jps.20221002.13.
[24] Yang, G., Luo, W., Zhang, J., Yan, X., Du, Y., Zhou, L., Li, W., Wang, H., Chen, Z., & Guo, T. (2019). Genome-wide comparisons of mutations induced by carbon-ion beam and gamma-rays irradiation in rice via resequencing multiple mutants. Frontiers in Plant Science, 10, article number 1514. doi: 10.3389/fpls.2019.01514.