Спадкова мінливість у пшениці озимої при взаємодії генотипа з чинниками високої генетичної активності
Анотація
Виявлення нових можливостей в застосуванні окремих екогенетичних чинників для генетичного поліпшення пшениці озимої є важливим компонентом вдосконалення існуючих агроценозів зернових культур в рамках стратегії продовольчої безпеки. Метою дослідження було показати можливості речовин з високою генетичною активністю в індукції потенційно-корисних змін та встановити можливість отримання оптимізованих схем для отримання нових форм та більш керованої мінливості за ознаками. Мутації виявляли візуальним спостереженням та біометричним, біохімічним аналізом починаючи з другого покоління до шостого с перевіркою успадкування виявлених ознак у наступних поколіннях. Показано можливості мутаційного процесу за окремими генетично- та селекційно-цінними формами, особливості індукції таких ознак, що дає змогу підвищити прогнозованість отримання необхідних мутантних ліній та частковокерованої високої варіативності за окремими ознаками. Встановлено, що найбільш перспективним для використання є комплексне застосування помірних доз азиду натрію та диметилсульфату як екогенетичних чинників. Показано, що в комплексі з використанням трьох сортів серед досліджуваних (Каланча, Полянка, Почайна) можливе створення високоефективних генотип-мутагенних систем з підвищеним виходом цінних форм. Зростання мутагенної депресії при використанні більш шкодочинних речовин може бути суттєво скомпенсованим підвищенням частки корисних змін. Негативним є їх комплексний характер дії. Природа екогенетичного фактору як чинник не менш суттєва ніж концентрація мутагену або генотип вихідної форми, що іноді ураховується недостатньо. Підтверджено, що використання наведених факторів є доволі обіцяючим з огляду отримання малих біохімічних змін (мікромутацій). Виділено декілька перспективних мутантних ліній, що мають комплексне поліпшення врожайності та якості зерна, без додаткових негативних змін. Результати дослідження можна використати в селекційних програмах для створення нових сортів пшениці озимої
Ключові слова
мутації; хімічний мутагенез; пшениця озима; супермутагени; врожайність; якість зерна
[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: 10.1080/09553002.2020.1834161.
[2] Abdel-Hamed, A., El-Sheihk Aly, M., & Saber, S. (2021). Effect of some mutagens for induced mutation and detected variation by SSR marker in bread wheat (Triticum aestivum L.). Archives of Agricultural Sciences, 4(2), 80-92. doi: 10.21608/AASJ.2021.86747.1076.
[3] Ahumada-Flores, S., Pando, L., Cota, F., de la Cruz, T., Sarsu, F., & de los Santos Villalobos, S. (2021). Technical note: Gamma irradiation induces changes of phenotypic and agronomic traits in wheat (Triticum turgidum ssp durum). Applied Radiation and Isotopes, 167, article number 109490. doi: 10. 1016/j. apradiso.2020.109490.
[4] Anter, A. (2021). Induced mutations in wheat (Triticum aestivum L.) and improved grain yield by modifying spike length. Asian Journal of Plant Sciences, 20(2), 313-323. doi: 10.3923/ajps.2021.313.323.
[5] 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, 10(1), article number 321984. doi: 10.1007/s12892-020-00080-3.
[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] Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
[9] Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1979, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_129#Text.
[10] Ergün, N., Akdoğan, G., & Ünver İkincikarakaya, S. (2023a). Impact of gamma radiation on the agronomic properties of naked barley genotypes. International Journal of Agriculture, Environment and Food Sciences, 7(3), 650-659. doi: 10.31015/jaefs.2023.3.19.
[11] Ergün, N., Akdoğan, G., Ünver İkincikarakaya, S., & Aydoğan, S. (2023b). Determination of optimum gamma ray irradiation doses for hulless barley (Hordeum vulgare var. nudum L. Hook. f.) genotypes. Yuzuncu Yil University Journal of Agricultural Sciences, 33(2), 219-230. doi: 10.29133/yyutbd.1248710.
[12] Jalal, A., Oliveira, J., Ribeiro, J., Fernandes, G., Mariano, G., Trindade, V., & Reis, A.R. (2021). Hormesis in plants: Physiological and biochemical responses. Ecotoxicology and Environmental Safety, 207, article number 111225. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.111225.
[13] Hassine, M., Baraket, M., Marzougui, N., & Slim-Amara, H. (2023). Screening of the effect of mutation breeding on biotic stress tolerance and quality traits of durum wheat. Gesunde Pflanzen, 75, 837-846. doi: 10.1007/ s10343-022-00750-y.
[14] 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.
[15] Kartseva, T., Alqudah, A.M., Aleksandrov, V., Alomari, D.Z., Doneva, D., Arif, M., Börner, A., & Misheva, S. (2023). Nutritional genomic approach for improving grain protein content in wheat. Foods, 12(7), article number 1399. doi: 10.3390/foods12071399.
[16] Lal, R., Chanotiya, C., & Gupta, P. (2020). Induced mutation breeding for qualitative and quantitative traits and varietal development in medicinal and aromatic crops at CSIR-CIMAP, Lucknow (India): Past and recent accomplishment. International Journal of Radiation Biology, 96(12), 1513-1527. doi: 10.1080/09553002.2020.1834161.
[17] le Roux, M., Burger, N., Vlok, M., Kunert, K., Cullis, C., & Botha, A. (2021). EMS derived wheat mutant BIG8-1 (Triticum aestivum L.) – A new drought tolerant mutant wheat line. International Journal of Molecular Sciences, 22(10), article number 5314. doi: 10.3390/ijms22105314.
[18] Mamenko, Т.P., & Yakymchuk, R.A. (2019). Regulation of physiological processes in winter wheat by growth regulators in conditions of powdery mildew infection. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 10(3), 331-336. doi: 10.15421/021951.
[19] Mangi, N., Baloch, A., Khaskheli, N., Ali, M., & Afzal, W. (2021). Multivariate analysis for evaluation of mutant bread wheat lines using metric traits. Integrative Plant Sciences, 1(1), 29-34. doi: 10.52878/ipsci.2021.1.1.4.
[20]Nazarenko, M, Semenchenko, O., Izhboldin, O., & Hladkikh, Y. (2021). French winter wheat varieties under Ukrainian North steppe condition. Agriculture and Forestry, 67(2), 89-102. doi: 10.17707/AgricultForest.67.2.07.
[21] Nazarenko, M., Izhboldin, O., & Izhboldina, O. (2022). Study of variability of winter wheat varieties and lines in terms of winter hardness and drought resistance. AgroLife Scientific Journal, 11(2), 116-123.
[22] OlaOlorun, B., Shimelis, H., & Mathew, I. (2021). Variability and selection among mutant families of wheat for biomass allocation, yield and yield-related traits under drought stressed and non-stressed conditions. Journal of Agronomy and Crop Sciences, 207(3), 404-421. doi: 10.1111/jac.12459.
[23] 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.
[24] Sala, F., & Herbei, M. (2023). Interdependence relationships between the productivity elements in wheat ear and the photosynthetic pigments in leaves in relation to their position on the stem. Agriculture and Forestry, 69(2), 139-154. doi: 10.17707/AgricultForest.69.2.11.
[25] Shabani, M., Alemzadeh, A., Nakhoda, B., Razi, H., Houshmandpanah, Z., & Hildebrand, D. (2022). Optimized gamma radiation produces physiological and morphological changes that improve seed yield in wheat. Physiology and Molecular Biology of Plants, 28(8), 1571-1586. doi: 10.1007/s12298-022-01225-0.
[26] Shimelis, H., Olaolorun, B., Mathew, I., & Laing, M. (2019). Optimising the dosage of ethyl methanesulphonate mutagenesis in selected wheat genotypes. South African Journal of Plant and Soil, 36(5), 357-366. doi: 10.1080/02571862.2019.1610808.
[27] Spencer-Lopes, M., Forster, B., & Jankuloski, L. (Eds.) (2018). Manual on mutation breeding. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
[28] 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.