الكلمات المفتاحية الخاصة بالمكنز الزراعي (أجروفوك)

2022

G. I. Pendinen | Г. И. Пендинен

Background. The use of alien genetic material of bulbous barley Hordeum bulbosum L. to increase the diversity of cultivated barley Hordeum vulgare L. is an important task, since H. bulbosum is characterized by a number of valuable traits. One of the ways to use the genetic potential of bulbous barley is the interspecific hybridization and obtaining fertile introgressive lines of H. vulgare based on interspecific hybrids. The aim of the study was to obtain new introgressive forms of spring barley using interspecific triploid (HvHbHb) and tetraploid (HbHbHvHv) hybrids of cultivated barley with bulbous barley to expand the collection of introgressive lines of H. vulgare. Materials and methods. To create new introgressive forms, diploid barley H. vulgare (2x) cv. ‘Roland’,  was crossed with interspecific hybrids H. vulgare cv. ‘Roland’(2x) × H. bulbosum W851 (4х) (HvHbHb), and H. bulbosum A17 (4x) × H. vulgare ‘Borwina’ (4x) (HbHbHvHv). Cultivated barley forms with introgression of the bulbous barley genetic material were selected from the offspring from these crosses; then the selection was continued in two progenies from self-pollination of selected BC1 plants with three alien introgressions. Identification and localization of introgressions was carried out using the method of fluorescent in situ hybridization (GISH and FISH with chromosome-specific markers). Results. The crossing of cultivated barley with triploid and tetraploid interspecific hybrids H. vulgare × H. bulbosum yielded new forms of cultivated barley with recombinant chromosomes, among which two plants with three terminal introgressions of the genetic material of bulbous barley were identified. The first plant, derived from a triploid hybrid, showed introgressions in chromosomes 5HL, 1HL and 3HS. When two homologues with the 5HL introgression of the initial size are combined in the karyotype, the lethality of seedlings is observed in the offspring plants. In the second plant obtained on the basis of a tetraploid hybrid introgression was revealed in chromosomes 5HL, 2HL, and 7HS. In the offspring from self-pollination of this form, the presence of the 2HL introgression of the original size in both homologues led to plant sterility. Forms with a change in size of the introgression in 5HL and 3HS in the offspring of the first plant and with a change in size of the introgression in 2HL in the offspring of the second plant were detected, which indicated that meiotic recombination had occurred in those chromosome regions in BC1 plants. Conclusions A barley plant with the introgression of bulbous barley chromatin into chromosomes 1HL, 5HL, and 3HS of cultivated barley was identified in the offspring from a cross of cultivated barley with a triploid interspecific hybrid H. vulgare × H. bulbosum. In crosses with a tetraploid interspecific hybrid, a barley plant with the introgression into chromosomes 2HL, 5HL, and 7HS was found. On the basis of ‘Roland’ spring barley cultivar, two series of new introgressive forms of H. vulgare with various combinations of recombinant chromosomes have been created. | Актуальность. Привлечение чужеродного генетического материала ячменя луковичного Hordeum bulbosum L. для расширения разнообразия ячменя культурного Hordeum vulgare L. является важной задачей, поскольку вид H. bulbosum характеризуется рядом ценных признаков. Одним из путей использования генетического потенциала ячменя луковичного служит межвидовая гибридизация и получение на основе гибридов фертильных интрогрессивных линий H. vulgare. Цель исследования – получение новых интрогрессивных форм ярового ячменя с использованием межвидовых триплоидного (HvHbHb) и тетраплоидного (HbHbHvHv) гибридов культурного ячменя с ячменем луковичным для расширения коллекции интрогрессивных линий H. vulgare. Материал и методы. Для создания новых интрогрессивных форм, диплоидный ячмень культурный H. vulgare (2x) сорта ‘Roland’ опыляли пыльцой межвидовых гибридов: 1) триплоидного, полученного при скрещивании диплоидного ячменя сорта ‘Roland’ (2x, HvHv) c тетраплоидным образцом ячменя луковичного H. bulbosum W851 (4x, HbHbHbHb): H.vulgare ‘Roland (2x) × H. bulbosum W851 (4x) (HvHbHb); 2) тетраплоидного, полученного при использованиии в скрещивании тетраплоидного образцы H. bulbosum А17 (4x, HbHbHbHb) в качестве материнской формы и тетраплоидного культурного ячменя сорта ‘Borwina’ (4x, HvHvHvHv) в качестве опылителя: H. bulbosum A17 (4x) × H. vulgare ‘Borwina’ (4x) (HbHbHvHv). В потомстве от этих скрещиваний отбирали формы культурного ячменя с интрогрессией генетического материала ячменя луковичного, далее отбор продолжали в двух поколениях от самоопыления растений первого поколения, полученных в результате возвратных скрещиваний, то есть растений ВС1 с чужеродными интрогрессиями. Идентификацию и локализацию интрогрессий проводили с использованием метода флюоресцентной in situ гибридизации (GISH и FISH c хромосомоспецифичными маркерами). Результаты. При скрещивании культурного ячменя с триплоидным и тетраплоидным межвидовыми гибридами H. vulgare × H. bulbosum получены новые формы ячменя культурного с рекомбинантными хромосомами, среди которых выделено два растения с тремя терминальными интрогрессиями генетического материала ячменя луковичного. У первого растения, полученного на основе триплоидного гибрида, выявлены интрогресии в хромосомах 5HL; 1HL; 3HS. При сочетании в кариотипе двух гомологов с интрогрессией 5HL исходного размера у растений в потомстве наблюдается гибель проростков. У второго растения, полученного на основе тетраплоидного гибрида, выявлены интрогресии в хромосомах 5HL, 2HL, 7HS. В потомстве от самоопыления этой формы наличие интрогресии 2HL исходного размера в обоих гомологах приводит к стерильности растений. Выявлены формы с изменением размеров интрогрессий в 5HL и 3HS в потомстве первого растения и с изменением размеров интрогрессии в 2HL в потомстве второго растения, что свидетельствует о рекомбинации в мейозе в этих участках хромосом у растений ВС1. Заключение. При скрещивании культурного ячменя с триплоидным межвидовым гибридом H. vulgare × H. bulbosum в потомстве выявлено растение культурного ячменя с интрогрессиями в хромосомах 1HL, 5HL, 3HS. При скрещивании с тетраплоидным межвидовым гибридом выявлено растение культурного ячменя с интрогрессиями в хромосомах 2HL, 5HL, 7HS. На основе ярового сорта ячменя ‘Roland’ cозданы две серии новых интрогрессивных форм H. vulgare с различным сочетанием рекомбинантных хромосом.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources - Russian Federation

2020

G. I. Pendinen | M. Scholz | Г. И. Пендинен | М. Шольц

Background. One of the ways to use the genetic potential of bulbous barley, which is characterized by a number of valuable traits, is interspecific hybridization. In crosses of H. vulgare (2x) × H. bulbosum (2x) and H. vulgare (4x) × H. bulbosum (4x) with a genome ratio of 1Hv: 1Hb in a hybrid embryo, elimination of bulbous barley chromosomes is observed in many cases, and the intensity of the process and the result of the crossing depend on the genotypes of the parental forms. This limits the possibility of including a significant variety of parental forms in crosses. Сrossing of diploid forms of H. vulgare with tetraploid accessions of H. bulbosum (4x) results in the formation of triploid hybrids (HvHbHb) with stable chromosomal composition in pollen mother cells (PMCs) at metaphase I (MI) of meiosis. These triploid hybrids can serve as a basis for obtaining series of introgressive lines of cultivated barley. One of the tasks of this type of work is to estimate the involvement of various chromosomes and their arms in homoeologous associations. The aim of this work was to study the possibility of homoeologous pairing of chromosomes of parental species at MI of meiosis in triploid hybrids using GISH and FISH with chromosome-specific markers, as well as to register the participation of individual arms of the cultivated barley chromosomes in homoeologous associations with the chromosomes of bulbous barley in triploid hybrids (HvHbHb).Materials and methods. Seven triploid hybrids of H. vulgare × H.bulbosum (HvHbHb) obtained in four combinations of crosses with the participation of three diploid cultivars of cultivated barley and two tetraploid accession of bulbous barley were used in this study. The features of homoeologous pairing of chromosomes at MI were studied using the method of fluorescent in situ hybridization (GISH and FISH) with chromosome-specific markers.Results All the studied hybrid plants are characterized by a stable chromosomal composition in PMCs at the MI stage of meiosis. Meiotic configurations formed by homoeologous chromosomes of the parental species, ranging from 0.87 to 1.40 on average per cell, were identified in all the studied plants. Among them, vbb trivalents prevailed. Analysis of chromosome pairing at MI in triploid hybrids revealed the participation of all chromosome arms of H. vulgare in homoeologous Hv-Hb associations, except for the short arm of chromosome 1H. In all the studied triploid hybrids, there is a tendency for a higher frequency of involvement of the long arms of chromosomes in the formation of homoeologous associations; this feature is most clearly manifested in case of chromosome 5H.Conclusions Intergenomic associations with the participation of all arms of H. vulgare chromosomes, except for the short arm of chromosome 1H, were revealed at MI in H. vulgare × H. bulbosum triploid hybrids (HvHbHb). Chromosome 5H, as well as any other cultivated barley chromosome, is characterized by a higher involvement of its long arm in homoeologous associations Hv-Hb, as compared to the short arm. | Актуальность. В скрещиванияx H. vulgare L.(2x) × H.bulbosum L.(2x) и H. vulgare(4x) × H. bulbosum(4x), при соотношении геномов в гибридном зародыше 1Hv : 1Hb, во многих случаях наблюдается элиминация хромосом ячменя луковичного. Это ограничивает возможности для привлечения в скрещивание значительного разнообразия родительских форм. При гибридизации диплоидных сортов H. vulgare с тетраплоидными образцами H. bulbosum (4x) результатом являются стабильные по хромосомному составу триплоидные гибриды (HvHbHb). На их основе могут быть получены интрогрессивные линии культурного ячменя. Целью нашего исследования было установить, с использованием GISH и FISH c хромосомоспецифичными маркерами, осуществляется ли гомеологичное спаривание хромосом родительских видов в метафазе I (МI) мейоза у триплоидных гибридов (HvHbHb) и каково участие в нем отдельных плеч хромосом культурного ячменя.Материал и методы. В исследовании использовали семь триплоидных гибридов H. vulgare × H. bulbosum (HvHbHb), полученных в четырех комбинациях скрещиваний с участием трех диплоидных сортов культурного ячменя и двух тетраплоидных образцов ячменя луковичного. Особенности гомеологичного спаривания хромосом в МI изучали с использование метода флюоресцентной in situ гибридизации (GISH и FISH c хромосомоспецифичными маркерами).Результаты. Для всех изученных гибридных растений характерен стабильный хромосомный состав в материнских клетках пыльцы (МКП) на стадии MI мейоза. Были выявлены мейотические конфигурации, образованные гомеологичными хромосомами родительских видов в количестве от 0,87 до 1,40 в среднем на клетку. Среди них преобладали vbb триваленты. Анализ спаривания в МI мейоза у триплоидных гибридов выявил участие в образовании гомеологичных Hv-Hb ассоциаций всех хромосомных плеч H. vulgare, кроме короткого плеча хромосомы 1H. У всех изученных триплоидных гибридов наблюдается тенденция к более высокой вовлеченности в гомеологичные ассоциации длинных плеч хромосом, эта особенность наиболее четко проявляется для хромосомы 5Н.Выводы. В МI мейоза у триплоидных гибридов H. vulgare × H. bulbosum (HvHbHb) выявлены межгеномные ассоциации с участием всех плеч хромосом H. vulgare, кроме короткого плеча хромосомы 1H. Для хромосомы 5Н, как и для других хромосом культурного ячменя, характерно более частое вовлечение в гомеологичные ассоциации Hv-Hb длинных плеч хромосом по сравнению с короткими.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources - Russian Federation

2020

O. Yu. Antonova | A. P. Yermishin | A. V. Levy | A. S. Ageeva | E. V. Voronkova | T. A. Gavrilenko | О. Ю. Антонова | А. П. Ермишин | А. В. Левый | А. С. Агеева | Е. В. Воронкова | Т. А. Гавриленко

In order to involve valuable germplasm of the wild Mexican allotetraploid potato species Solanum stoloniferum Schltdl. (genomic composition ААВВ) into breeding, pentaploid interspecific hybrids (ААAAВ) with cultivated potato S. tuberosum L. (АААА) and their backcross progenies are usually used. Homologous synapsis in meiosis of such hybrids is expected only between chromosomes of the A subgenome, therefore a question arose about a possibility of introgressing genetic material of the subgenome B into the A genome of cultivated potato. In this connection, development of various schemes for the B subgenome introgression into the genome of cultivated potato is considered as a topical issue. The previous research has yielded four schemes of S. stoloniferum involvement into breeding, which imply backcrossing with cultivated potato of the following interspecific hybrids: (1) hexaploids (genomic composition ААААВВ, the conventional introgression scheme), (2) tetraploids (putatively, АААВ), (3) self-pollination progeny of a 4x hybrid and (4) pentaploid hybrids with a putative genome composition of АААВВ. The present paper presents the first results of the development of chromosome-specific DNA markers for the identification of S. stoloniferum chromosomes in interspecific hybrids. An S. stoloniferum accession PI 205522 with a high degree of resistance to late blight and PVY had been found to possess several DNA-markers of the R-genes conferring resistance to these pathogens and was used in hybridization as a promising parent. A set of 23 SSR- and CAPS markers with the known chromosome location in S. tuberosum was generated. These markers detect polymorphism between parent genotypes, i.e., the diploid clone IGC 10/1.21 of cultivated potatoes S. tuberosum, and accession PI 205522 of S. stoloniferum. All the markers specific for the wild species were found in triploid (ААВ) and pentaploid (АААВВ) hybrids of S. stoloniferum × S. tuberosum. This set of markers will be used for efficiency assessment of different schemes for S. stoloniferum genetic material introgression into the obtained BC2-BC3 generations after crossing the interspecific hybrids with cultivated potato. | Для вовлечения в селекцию дикого аллотетраплоидного мексиканского вида картофеля Solanum stoloniferum Schltdl. (геномный состав ААВВ) обычно используют пентаплоидные межвидовые гибриды (ААААВ) с культурным картофелем S. tuberosum L. (АААА), которые в дальнейшем включают в программу возвратных скрещиваний. Поскольку у таких гибридов в мейозе ожидается синапсис гомологичных хромосом А генома, возникает вопрос о перспективах интрогрессивной гибридизации генетического материала суб-генома В S. stoloniferum. В связи с этим актуальна разработка различных схем селекционного процесса, позволяющих повысить вероятность интрогрессии генетического материала суб-генома B в геном культурного картофеля. В предыдущих исследованиях были разработаны четыре схемы вовлечения S. stoloniferum в селекционный процесс, которые включают возвратные скрещивания с культурным картофелем различных межвидовых гибридов: гексаплоидного (геномный состав ААААВВ, традиционная схема интрогрессии), тетраплоидного гибрида (предполагаемый геномный состав АААВ) и потомства, полученного от его самоопыления, а также пентаплоидного межвидового гибрида (предполагаемый геномный состав АААВВ). В настоящей работе представлены первые результаты исследований по разработке хромосомоспецифичных маркеров для идентификации у межвидовых гибридов генетического материала S. stoloniferum. В скрещиваниях был использован перспективный образец S. stoloniferum PI 205522, высокоустойчивый к фитофторозу и Y-вирусу картофеля, у которого выявлен ряд ДНК маркеров генов устойчивости к этим патогенам. Для изучения особенностей интрогрессии генетического материала S. stoloniferum был создан набор из 23 SSR- и CAPS-маркеров с известной хромосомной локализацией в геноме А S. tuberosum, выявляющих полиморфизм родительских генотипов - диплоидного клона IGC 10/1.21 культурного картофеля S. tuberosum и образца PI 205522 S. stoloniferum. Все маркеры, специфичные для родительского образца дикого вида, были выявлены как у триплоидного (ААВ), так и у пентаплоидного (АААВВ) гибридов S. stoloniferum × S. tuberosum. Созданный набор маркеров будет использован для оценки эффективности различных схем интрогрессии генетического материала S. stoloniferum, в которых получены гибриды второго и третьего поколений беккроссов межвидовых гибридов с культурным картофелем.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources - Russian Federation

2019

G. I. Pendinen | V. E. Chernov | M. Scholz | Г. И. Пендинен | В. Е. Чернов | М. Шольц

Background. Involving alien genetic material Hordeum bulbosum in the genome for the expansion of the genetic diversity of barley is a cultural important task because this species is characterized by a number of valuable traits. One way of using the genetic potential of bulbous barley is interspecies hybridization and the production of fertile introgressive lines of H. vulgare on the base of interspecies hybrids. The purpose of our investigation was to study introgressive lines of cultural barley obtained on the basis of the triploid hybrid H.vulgare cv 'Igri' (2x) × H. bulbosum (4x) in compare to the original Igri variety in the field conditions.Materials and methods. In the field conditions the barley lines with intro-gressions of the genetic material of bulbous barley in the different arms of chromosomes H. vulgare (1HL, 2HL, 3HL, 5HL, 7HL, 2HS, 1HL + 5HL) were studied. Methods. In situ hybridization (FISH, GISH) was used to identify the introgressions and to analyze their saving in line karyotypes after field reproduction. For cultivated in field conditions plants the estimation of winter survival and graininess were estimated. Structural analysis of plants was carried out on tillers of the main spike after maturation. The quality of the grain was determined by the non-destructive method of monitoring - near infrared spectroscopy, using the Infralum FT-10 BIC analyzer.Results. Closed flowering and self-pollination were observed for plants of the studied lines same as for parent variety. The introgressions were saved in the offspring when the plants cultivated in a field conditions without isolation of spike. The analysis showed that small fragments of chromosomes of H. bulbosum in chromosomes 1HL, 2HL, 3HL, 5HL,7HL, 1HL + 5HL of the studied lines do not significantly affect on characteristics (of fertility, productivity and grain quality) of the variety. Differences from the initial variety were observed at line 14.10 with the introgression of genetic material in the chromosome 2HS. It is characterized by lower fertility and productivity, and protein content in the grain is higher than that of the original variety.Conclusions. The studied lines are highfertile forms of barley. The introgression of the genetic material of H. bulbosum into the terminal region of the short arm of the chromosome 2H causes changes in some characteristics of the Igri variety. | Актуальность. Привлечение чужеродного генетического материала Hordeum bulbosum L. для расширения разнообразия ячменя культурного является важной задачей, поскольку этот вид характеризуется рядом ценных признаков. Одним из путей использования генетического потенциала ячменя луковичного служит межвидовая гибридизация и получение на основе гибридов фертильных интрогрессивных линий H. vulgare. Целью нашего исследования было изучение в полевых условиях интрогрессивных линий культурного ячменя, полученных на основе триплоидного гибрида H. vulgare L. cv ‘Igri’(2x) × H. bulbosum (4x) в сравнении с исходным сортом Igri.Материал и методы. В полевых условиях изучали линии ячменя с терминальными интрогрессиями генетического материала ячменя луковичного в разлинных плечах хромосом: 1HL, 2HL, 3HL, 7HL, 2HS, 1HL + 5HL, и с субтерминальной интрогрессией в хромосоме 5HL. Для идентификации интрогрессий и анализа их сохранения при полевой репродукции использовали метод in situ гибридизации (FISH, GISH). При культивировании в поле у растений определяли зимостойкость, озерненность. Структурный анализ растений проводили на побегах главного колоса после созревания.  Показатели качества зерна определяли неразрушающим методом – спектроскопией в ближней инфракрасной области, используя БИК анализатор Инфралюм ФТ-10.Результаты. Было установлено, что для растений изучаемых линий характерно, как и для родительского сорта, закрытое цветение, линии сохраняют интрогрессии в потомстве при культивировании в поле без изоляции. Анализ показал, что небольшие фрагменты хромосом H. bulbosum 1HL, 2HL, 3HL, 1HL + 5HL, 7HL, 5HL изучаемых линий не оказывают существенного влияния на характеристику сорта по признакам фертильности, продуктивности и качества зерна. Отличия от исходного сорта отмечено у линии 14.10 с интрогрессией генетического материала в хромосоме 2HS. Для нее характерна более низкая фертильность и продуктивность при более высоком, чем у исходного сорта, содержании белка.Выводы. Изученные линии представляют собой высокофертильные формы ячменя, для которых характерно закрытое цветение и самоопыление, что обеспечивает сохранение интрогрессированных чужеродных фрагментов хромосом в последующих поколениях. Интрогрессия генетического материала H. bulbosum в терминальный участок короткого плеча хромосомы 2Н вызывает изменения некоторых характеристик сорта Igri.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources - Russian Federation