Урожайність рекомбінантних ліній твердої пшениці-Thinopyrum ponticum, хромосомно сконструйованих у

Анотація

Вступ

Розробити тверді генотипи з поліпшеною врожайністю та пристосованістю до більш частої частоти посухових та теплових стресів та/або зміненого розподілу опадів (Habash et al., 2009; Tadesse et al., 2016), підвищення генетичного фону за рахунок цілеспрямованих вторгнень є потужним стратегія, враховуючи, що культивована гермплазма представляє лише дуже малу частку мінливості, присутньої в природі (Royo et al., 2009 та посилання там; Zaim et al. 2017). Проведені в минулому експерименти з інтрогресією пшениці, виявлені вагомим підходом до використання генетичного різноманіття чужорідних, переважно диких, сегментів генетичних фондів, пов’язаних із пшеницею (Ceoloni et al., 2014b, 2017a; Dempewolf et al., 2017; Prohens et al., 2017; Zhang et al., 2017). Для цього можна використати додавання/заміщення/транслокацію/рекомбінантні лінії, що містять частини чужорідних геномів, щоб полегшити введення бажаних генів у стабільні та адаптовані генотипи (наприклад, Ceoloni et al., 2015). Цілеспрямована та точна експлуатація корисних генів з цих матеріалів легко можлива за допомогою ефективних сексуальних засобів, насамперед цитогенетичних методологій «інженерії хромосом» (Ceoloni et al., 2005, 2014a, 2014b). Цей підхід, інтегрований з постійно розвиваються методами аналізу геномів та хромосом (наприклад, селекція за допомогою маркерів, картографування асоціацій, секвенування наступного покоління, гібридизація in situ), представляє унікальну платформу для створення нових та сприятливих для селекціонерів генетичних запасів.

пшениці-thinopyrum

До цього часу використання диких родичів для поліпшення врожайності пшениці було епізодичним, оскільки їх врожайність погана, і помітний вплив на урожайність пшениці спостерігається рідко (Ceoloni et al., 2015; Dempewolf et al., 2017; Zhang et al., 2017). Примітні приклади стосуються в основному гексаплоїдної хлібної пшениці, що більш широко культивується, і отримує переваги від більш високого рівня плоїдності по відношенню до твердих сортів пшениці, отже, вищої буферної здатності щодо хромосомних маніпуляцій (розглянуто в Ceoloni et al., 2014a, 2015; Mondal et al., 2016). Одним з найбільш помітних і задокументованих випадків інтрогреції інопланетян із позитивним впливом на врожайність пшениці, є перенесення частини з плеча хромосоми групи 7 (= 7AgL або 7el1L) декаплоїдного багаторічного виду Thinopyrum ponticum (Popd.) Barkworth & DR Дьюї (2n = 10x = 70, геноми E e E e E x StSt, див. Ceoloni et al., 2014b) на плечі хліба 7DL та 7AL відповідно і твердих сортів пшениці. У хлібній пшениці значна транслокація 7AgL з назвою T4 (

70% групи реципієнта 7DL, що містять гени Lr19 + Sr25 + Yp), призвели до збільшення врожаю зерна, біомаси та кількості зерна (10-35%) у ряді середовищ, що не відрізняються вологістю, та в різних середовищах зародкової плазми CIMMYT ( Monneveux et al., 2003; Reynolds et al., 2001; Singh et al., 1998; Tripathi et al., 2005; Miralles et al., 2007). Однак під впливом водного стресу врожайність похідних CIMMYT T4 виявилася нижчою, ніж лінії контролю (Monneveux et al., 2003; Singh et al., 1998), як це було у випадку з похідними T4, розробленими в австралійському адаптованому генетичному середовищі, коли випробувано у високо- і низьковрожайних середовищах (Rosewarne et al., 2015).

Не маючи інформації з інших середовищ про експресію 7AgL та її вплив на врожайність у твердих сортах пшениці, метою даної роботи було оцінити показники врожайності тих самих трьох твердих сортів пшениці-Th. ponticum рекомбінантів у цілому ряді середовищ, що живляться дощем, розташованих у трьох різних країнах, та для оцінки можливих асоціацій, пов’язаних із середовищем/сегментом, з кінцевим урожаєм та ознаками, що сприяють індивідуальному врожаю, з огляду на використання цих рекомбінантів у середовищах або в програмах розведення, спрямованих на місце.

Матеріали і методи

Рослинні матеріали

Три твердих сорти пшениці. ponticum NIRL, названі R5-2-10, R112-4 та R23-1 (далі - R5, R112 та R23, відповідно), розроблені на тлі cv. Сімето шляхом повторного зворотного схрещування (БК) (Ceoloni et al., 2005) використовувались протягом чотирьох років і трьох країн. Сімето (родовід: селекція з Capeiti 8 x Valnova) - сорт, випущений в 1988 році, добре пристосований до італійських умов вирощування. NIRL мають порції Th. ponticum 7AgL-хромосома, що замінює 23%, 28% і 40% їх дистальної руки 7AL, відповідно, і всі три лінії включають гени Lr19 + Yp + Sr25 у субтеломерній області. Подібно до рослинного матеріалу, описаного в Kuzmanović et al. (2016), кожен з проаналізованих генотипів, що відповідає тут потомкам BC5F5-9 (R5 і R112) та BC4F5-9 (R23), був представлений як гомозиготним носієм (“+”), так і не носієм (“- ”) Даного сегмента 7AgL. Кожне “+” та “-” NIRL включало дві сім’ї, що походять із сестринських ліній.

Польові досліди

Опис місць та польових експериментів, проаналізованих у цьому дослідженні (NIRL, біля ізогенної рекомбінантної лінії).

Проаналізовано погодні умови для вегетаційних періодів у дев’яти середовищах, отриманих з метеорологічних станцій на експериментальних майданчиках або лише у випадку MOR14, завантажених із сайту НАСА для прогнозування світових енергетичних ресурсів (http://power.larc.nasa.gov) . Абревіатури навколишнього середовища описані в таблиці 1.

Вимірювання ознак врожайності

Риси та деталі зразків, оцінені в дев'яти середовищах, проаналізованих у цьому дослідженні [TH, загальний урожай ділянки; 25С, 25 куль; G, зразок зерна (1 або 2); IC, окремі кульми (5-10); FL, окремі листки прапора (5-10)]. Абревіатури навколишнього середовища описані в таблиці 1.