Performanța randamentului liniilor recombinante de grâu dur - Thinopyrum ponticum prelucrate cromozomial în

Abstract

Introducere

Dezvoltarea genotipurilor de dur cu randament îmbunătățit și adaptabilitate la o incidență mai frecventă a secetei și a stresului de căldură și/sau distribuția modificată a precipitațiilor (Habash și colab., 2009; Tadesse și colab., 2016), îmbunătățirea fundalului genetic prin introgresiuni vizate este strategie, având în vedere că germoplasma cultivată reprezintă doar o fracțiune foarte mică din variabilitatea prezentă în natură (Royo și colab., 2009 și referințe în aceasta; Zaim și colab. 2017). Experimentele de introgresiune grâu-extraterestre efectuate în trecut au fost o abordare validă pentru valorificarea diversității genetice a segmentelor străine, în mare parte sălbatice, ale bazinelor genetice legate de grâu (Ceoloni și colab., 2014b, 2017a; Dempewolf și colab., 2017; Prohens și colab., 2017; Zhang și colab., 2017). Pentru a realiza acest lucru, liniile de adăugare/substituție/translocare/recombinante, care adăpostesc părți ale genomilor străini, pot fi utilizate pentru a facilita introducerea genelor dorite în genotipuri stabile și adaptate (de exemplu, Ceoloni și colab., 2015). Exploatarea țintită și precisă a genelor utile din aceste materiale este ușor posibilă prin mijloace sexuale eficiente, în primul rând metodologiile citogenetice ale „ingineriei cromozomilor” (Ceoloni și colab., 2005, 2014a, 2014b). Această abordare, integrată cu tehnici în continuă dezvoltare a analizei genomului și cromozomilor (de exemplu, selecție asistată de marker, mapare de asociere, secvențierea următoarei generații, hibridizare in situ), reprezintă o platformă unică pentru crearea stocurilor genetice noi și prietenoase cu amelioratorii.

randamentului

Utilizarea rudelor sălbatice pentru îmbunătățirea randamentului la grâu a fost până acum sporadică, deoarece productivitatea lor este slabă, iar efectele vizibile asupra randamentului de grâu sunt rar observate (Ceoloni și colab., 2015; Dempewolf și colab., 2017; Zhang și colab., 2017). Exemple remarcabile se referă în principal la grâul de pâine hexaploidă, cultivat mai larg și care beneficiază de un nivel de ploidie mai ridicat în ceea ce privește grâul dur, deci o capacitate mai mare de tamponare față de manipularea cromozomilor (revizuită în Ceoloni și colab., 2014a, 2015;, 2016). Unul dintre cele mai notabile și documentate cazuri de introgresiune extraterestră cu efecte pozitive asupra randamentului grâului este transferul unei porțiuni din grupul cromozomului 7 (= 7AgL sau 7el1L) din specia perenă decaploidă Thinopyrum ponticum (Popd.) Barkworth & DR Dewey (2n = 10x = 70, genomi E e E e E x StSt, vezi Ceoloni și colab., 2014b) pe brațele de pâine 7DL și 7AL, respectiv grâu dur. În grâul de pâine, translocarea considerabilă de 7AgL numită T4 (

70% din brațul receptor 7DL, care adăpostește gene Lr19 + Sr25 + Yp) a condus la creșterea randamentului de cereale, a biomasei și a numărului de cereale (10-35%) într-un număr de medii de stres non-umiditate și în diferite medii ale germoplasmei CIMMYT Monneveux și colab., 2003; Reynolds și colab., 2001; Singh și colab., 1998; Tripathi și colab., 2005; Miralles și colab., 2007). Totuși, sub stres hidric, randamentele pentru derivații CIMMYT T4 s-au dovedit a fi mai mici decât liniile de control (Monneveux și colab., 2003; Singh și colab., 1998), așa cum a fost cazul derivatelor T4 dezvoltate în medii genetice adaptate australiene, când testat în medii cu randament ridicat și redus (Rosewarne și colab., 2015).

Fără informații din alte medii cu privire la expresia 7AgL și efectele sale asupra randamentului în grâul dur, scopul lucrării de față a fost de a evalua performanța randamentului aceluiași trei grâu dur-Th. recombinanți ponticum într-o serie de medii hrănite cu ploaie situate în trei țări diferite și pentru a evalua asocierile posibile specifice mediului/segmentului cu randament final și trăsături care contribuie la randamentul individual, în vederea utilizării acestor recombinați în medii sau în programe de reproducere direcționate la fața locului.

Materiale și metode

Materiale vegetale

Trei grâu dur-Th. ponticum NIRL-uri, denumite R5-2-10, R112-4 și R23-1 (denumite în continuare R5, R112 și respectiv R23), dezvoltate în fundalul cv. Simeto prin încrucișare repetată (BC) (Ceoloni și colab., 2005), au fost utilizate în patru ani și trei țări. Simeto (pedigree: selecție din Capeiti 8 x Valnova) este un soi lansat în 1988, bine adaptat condițiilor de creștere italiene. NIRL-urile au porțiuni de Th. brațul cromozomului 7AgL ponticum înlocuind respectiv 23%, 28% și 40% din brațul lor distal 7AL, și toate cele trei linii includ genele Lr19 + Yp + Sr25 în regiunea sub-telomerică. În mod similar cu materialul vegetal descris în Kuzmanović și colab. (2016), fiecare dintre genotipurile analizate, care corespund aici cu descendenții BC5F5-9 (R5 și R112) și BC4F5-9 (R23), a fost reprezentat fie de a fi purtător homozigot („+”), fie non-purtător („- ”) Din segmentul de 7AgL dat. Fiecare „+” și „-” NIRL a inclus două familii provenind din linii surori.

Experimente pe teren

Descrierea locațiilor și a experimentelor de teren analizate în acest studiu (NIRL, Near Isogenic Recombinant Line).

Condițiile meteo pentru anotimpurile de vegetație din nouă medii analizate, preluate din stațiile meteorologice din siturile experimentale, sau numai în cazul MOR14, descărcate de pe site-ul NASA pentru Prediction of Worldwide Energy Resource (http://power.larc.nasa.gov) . Acronimele de mediu sunt cele descrise în Tabelul 1.

Măsurători ale trăsăturilor legate de randament

Trăsăturile și detaliile eșantionului evaluate în nouă medii analizate în acest studiu [TH, recolta totală a parcelelor; 25C, 25 culmi; G, probă de cereale (1 sau 2); IC, culmi individuale (5-10); FL, frunze de steag individuale (5-10)]. Acronimele de mediu sunt cele descrise în Tabelul 1.