RECOMBINOGENESIS AND PRODUCTIVITY OF PENTAPLOID WHEAT HYBRIDS
PDF (Русский)

Keywords

interspecific hybridization
bread wheat
durum wheat
introgressive immune lines
pentaploid hybrids
meiosis
bivalents
univalents
recombination
fertility.

How to Cite

Khlebova, L. P., & Barysheva, N. V. (2016). RECOMBINOGENESIS AND PRODUCTIVITY OF PENTAPLOID WHEAT HYBRIDS. Acta Biologica Sibirica, 2(3), 61-72. https://doi.org/10.14258/abs.v2i3.1457

Abstract

The using of stable tetra derivatives created by hybridization of durum wheat with Triticum timopheevii Zhuk. and T. boeoticum Boiss. is one of the real possibilities to involve some genes of those species in breeding the cultivated hexaploid wheat. We carried out the cytological analysis as well as evaluation of the pollen and grain fertility of four hybrids obtained by crossing bread wheat samples with two resistant to stem and leaf rust durum wheat lines derived from T. timopheevii (HT-10) and T. boeoticum Boiss. (HB-11). Bread wheat served as a maternal parent. F1 hybrids were grown in the climate chamber and experimental field. It was found the frequencies of chiasma per cell were 24.93±0.14 and 25.10±0.09 in the field growing season and phytotron conditions, respectively. The average number of bivalents per cell varied from 13.86±0.03 to 13.96±0.02 regardless of both genotypes and growing conditions. It is shown the diploid part of nuclei in the 35-chromosome hybrids provides them with an enough buffer capacity and a certain indifference to behavior of univalents. More or less intensive elimination of single chromosomes did not affect significant the fertility of F1 plants. The average grain fertility was 54.35 and 53.63% under field and climate chamber growing conditions, respectively. Minor violations of the synapses of chromosomes in interspecific hybrids have revealed the resistance to pathogens has been transferred from T. timopheevii and T. boeoticum in durum wheat, most likely, by genetic recombinations. This fact allows us to consider the immune tetraploid forms as the primary gene pool for bread wheat and, thus, it creates a good prospect for further introgression of resistance to the rust fungi in T. aestivum L. commercial varieties.
https://doi.org/10.14258/abs.v2i3.1457
PDF (Русский)

References

Барышева Н.В. Изменчивость результатов получения пентаплоидных гибридов пшеницы // Acta Biologica Sibirica. – 2015. – Т. 1. – № 3–4. – С. 148–159.

Будашкина Е.Б., Гордеева Е.И., Калинина Н.П., Россеева Л.П., Леонова И.Н. Создание вторичных генофондов – источник генов устойчивости к болезням мягкой пшеницы и их использование в селекции // Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: Матер. II Вавиловской международной конференции. – СПб.: ВИР, 2008. – С. 247–249.

Гончаров Н.П. Сравнительная генетика пшениц и их сородичей. Изд. 2-е, испр. и доп. – Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2012. – 523 с.

Григорьева Л.П. Роль генотипической и модификационной изменчивости в интрогрессивной гибридизации Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Новосибирск, 1988. – 16 с.

Григорьева Л.П. Пути повышения фертильности межвидовых гибридов пшеницы Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Известия Алтайского государственного университета. – 2005. – № 3. – С. 087–089.

Жарков Н.А. Анеуплоидная модель механизма мейотических преобразований у пшеницы. 1. Механизм перехода хромосом от митоза к мейозу // Цитология и генетика. – 2001. – Т. 35. – № 4. – С. 18-24.

Жарков Н.А. Асинаптический мейоз у межвидовых гибридов пшеницы // Фундаментальные исследования. – 2013а. – № 8–6. – С. 1390–1394.

Жарков Н.А. Механизм поперечного деления центромеры унивалентной хромосомы у Triticum aestivum L. // Современные проблемы науки и образования. – 2013б. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=8120 (дата обращения: 22.06.2016).

Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Получение и жизнеспособность трехвидовых гибридов (Triticum durum Desf. x T. timopheevii Zhuk.) × T. aestivum L. // Селекция и ее генетические ресурсы на Алтае. Научнo-технический бюллетень / СО ВАСХНИЛ. – Новосибирск, 1985. – Вып. 45. – С. 7-10.

Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Генетическая и модификационная изменчивость результата возвратного скрещивания гибридов Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Генетика. – 1986. – Т. 22. – № 10. – С. 2469–2476.

Козловская В.Ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В. Возможность отбора устойчивых к стеблевой ржавчине форм в первых поколениях межвидовых гибридов // Селекция сельскохозяйственных культур в Алтайском крае. – Новосибирск, 1988. – С. 49–59.

Козловская В.Ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В. Использование межвидовой гибридизации для создания новых источников устойчивости пшеницы к стеблевой ржавчине // Сельскохозяйственная биология. – 1990. – № 1. – 65–71.

Леонова И.Н. Генетический контроль устойчивости к грибным болезням у мягкой пшеницы с интрогрессиями от Triticum timopheevii Zhuk.: Автореф. дис. … д.б.н. – Новосибирск, 2015. – 32 с.

Логинова Д.Б., Силкова О.Г. Митотическое поведение центромер в мейозе как механизм восстановления фертильности у пшенично-ржаных амфигаплоидов // Генетика. – 2014. – Т. 50. – № 8. – С. 930–939.

Мартынов С.П., Добротворская Т.В., Пухальский В.А. Динамика генетического разнообразия сортов озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), районированных на территории России в 1929–2005 гг. // Генетика. – 2006. – Т. 42. – № 10. – С. 1359–1371.

Мусалитин Г.М. Пути повышения эффективности использования генофонда Triticum timopheevii Zhuk. в селекции Triticum aestivum L.: Автореф. дис. … канд. c./х. наук. – Новосибирск, 1993. – 17 с.

Никитина Е.Д., Хлебова Л.П., Пронина Р.Д. Сомаклональная изменчивость in vitro как источник создания исходного материала для селекции мягкой пшеницы // Acta Biologica Sibirica. – 2015. – Т. 1. – № 3-4.– С. 171–186.

Першина Л.А. Хромосомная инженерия растений – направление биотехнологии // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2014. – Т. 18. – № 1. – С. 138–146.

Силкова О.Г., Щапова А.И., Кравцова Л.А. Механизмы мейотической реституции и их генетическая регуляция у пшенично-ржаных полигаплоидов // Генетика. – 2003. – Т. 38. – № 11. – С. 1514–1523.

Твердохлеб Е.В. Скрещиваемость и фертильность гибридов между формами пшеницы – носителями субгенома G и сортами мягкой и твёрдой пшениц // Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія: Біологія. – 2009. – № 856. – С. 89–96.

Твердохлеб Е.В. Становление фертильности у гибридов между Tritucum timopheevii Zhuk.и Triticum durum Desf. // Вiсник Харькiвського національного аграрного університету. Сер. Біологія. – 2015. – Вип. 1 (34). – С. 37–45.

Твердохліб О. Успадкування ознак у гібридів видів і форм підроду Boeoticum з твердою пшеницею та їхньому потомстві від ступінчастих схрещувань // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. Біологія. – 2011. – Вип. 55. – С. 73–80.

Токубаева А.А., Шулембаева К.К., Жанаева А.Б. Межвидовые скрещивания с использованием видов пшеницы разного происхождения // Молодежь и наука: реальность и будущее: Материалы VI Международной научно-практической конференции, в 2 томах. Т. I. – Невинномысск: НИЭУП, 2013. – С. 95–98.

Торгашева А.А. Мейоз: что нужно пережить ради уменьшения числа хромосом вдвое // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2013. – Т. 17. – № 1. – С. 17–28.

Хлебова Л.П. Межвидовая совместимость тетраплоидных пшениц Triticum durum Desf. и Triticum timopheevii Zhuk. // Известия Алтайского государственного университета. – 2009. – № 3. – С. 33–37.

Хлебова Л.П. Результативность возвратного скрещивания межвидовых гибридов пшеницы Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Известия Алтайского государственного университета. – 2010. – № 3-1. – С. 60–63.

Хлебова Л.П., Барышева Н.В. Цитогенетические особенности интрогрессивных линий твердой пшеницы // Acta Biologica Sibirica. – 2015. – Т. 1. – № 3-4.– С. 160–170.

Abouzied H.M. Assessment of genetic diversity among wheat somaclonal variants lines using morphological traits and molecular markers // African Journal of Biotechnology. – 2011. – Vol. 1(66). – Р. 14851–14861.

Chen Q.F., Zhang Q.Q. Comparative study on cytogenetics among pentaploid hybrids derived from emmer and hexaploid wheat // Southwest China Journal of Agricultural Sciences. – 1991. – Vol. 4. – P. 30–36.

Friebe B., Zhang P., Linc G., Gill B.S. Robertsonian translocations in wheat arise by centric misdivision of univalents at anaphase I and rejoining of broken centromeres during interkinesis of meiosis II // Cytogenet. Genome. Res. – 2005. – Vol. 109. – P. 293–297.

Kozlovskaja V., Grigorjeva L. On the leading role of modificative variability in obtaining the first generations of interspecific hybrids of Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Science for plant breeding: book of Poster Abstracts: XII EUCARPIA Congress, February 27 – March 4, 1989, Gottengen, Germany F.R. – Berlin: Paul Parly Scientific Publisher, 1989. 2 vol., Poster Abstr. 2–11.

Lukaszewski A.J. Behavior of centromeres in univalents and centric misdivision in wheat // Cytogenet. Genome. Res. – 2010. – Vol. 129. – P. 97–109.

Mehta Ye.R., Angra D.C. Somaclonal variation for disease resistance in wheat and production of dihaploids through wheat × maize hybrids // Genetics and Molecular Biology. – 2000. – Vol. 23. – No. 3. – P. 617–622.

Santucci-Darmanin S., Baudat F. Meiotic recombination in mammals / Eds M.-H. Verlhac, A. Villeneuve. Oogenesis: John Wiley and Sons, Ltd, 2010. – Р. 141–177.

Scherthan H. Telomere attachment and clustering during meiosis // Cell Mol. Life Sci. – 2007. – Vol. 64. – P. 117–124.

Schwarzacher T. Three stages of meiotic homologous chromosome pairing in wheat: cognetion, alignment and synapsis // Sex Plent Reprod. – 1997. – No. 10. – P. 324–331.

Valkoun J.J. Wheat pre-breeding using progenitors // Euphytica. – 2001. – Vol. 119. – P. 17–23.

Wang H.Y., Liu D.C., Yan Z.H., Wei Yu.M., Zheng Yo.L. Cytological characteristics of F2 hybrids between Triticum aestivum L. and T. durum Desf. with reference to wheat breeding // J Appl Genet. – 2005. – Vol. 46(4). – P. 365–369.

REFERENCES

Abouzied, H.M. (2011). Assessment of genetic diversity among wheat somaclonal variants lines using morphological traits and molecular markers. African Journal of Biotechnology, 1(66), 14851–14861.

Barysheva, N.V. (2015). Izmenchivost' rezul'tatov polucheniya pentaploidnyh gibridov pshenicy. Acta Biologica Sibirica, 1(3–4), 148–159. (in Russian)

Budashkina, E.B., Gordeeva, E.I., Kalinina, N.P., Rosseeva, L.P., Leonova, I.N. (2008). Sozdanie vtorichnyh genofondov – istochnik genov ustojchivosti k boleznyam myagkoj pshenicy i ih ispol'zovanie v selekcii. Geneticheskie resursy kul'turnyh rastenij v XXI veke. Proceed. II Vavilov Int. Conf. Saint Petersburg: VIR. (in Russian)

Chen, Q.F., Zhang, Q.Q. (1991). Comparative study on cytogenetics among pentaploid hybrids derived from emmer and hexaploid wheat. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 4, 30–36.

Friebe, B., Zhang, P., Linc, G., Gill, B.S. (2005). Robertsonian translocations in wheat arise by centric misdivision of univalents at anaphase I and rejoining of broken centromeres during interkinesis of meiosis II. Cytogenet. Genome. Res., 109, 293–297.

Goncharov, N.P. (2012). Sravnitel'naja genetika psheniс i ih sorodichej. Novosibirsk: Geo. (in Russian)

Grigor´eva, L.P. (1988). Rol' genotipicheskoj i modifikacionnoj izmenchivosti v introgressivnoj gibridizacii Triticum durum Desf. x Triticum timopheevii Zhuk. Thesis of Doctoral Dissertation. Novisibirsk. (in Russian)

Grigor'eva, L.P. (2005). Puti povyshenija fertil'nosti mezhvidovyh gibridov pshenicy Triticum durum Desf. x Triticum timopheevii Zhuk. Izvestija Altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3, 087–089. (in Russian)

Hlebova, L.P. (2009). Mezhvidovaja sovmestimost' tetraploidnyh pshenic Triticum durum Desf. i Triticum timopheevii Zhuk. Izvestija Altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3, 33–37. (in Russian)

Hlebova, L.P. (2010). Rezultativnost' vozvratnogo skreshivanija mezhvidovyh gibridov pshenicy Triticum durum Desf. x Triticum timopheevii Zhuk. Izvestija Altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3–1, 60–63. (in Russian)

Hlebova, L.P., Barysheva, N.V. (2015). Citogeneticheskie osobennosti introgressivnyh linij tverdoj pshenicy. Acta Biologica Sibirica, 1(3–4), 160–170. (in Russian)

Kozlovskaja, V.F., Grigor'eva, L.P. (1985). Poluchenie i zhisnesposobnost' trojhvidovyh gibridov (Triticum durum Desf. x T. timopheevii Zhuk.) x T. aestivum L. Selekcia i eyo geneticheskie resursy na Altae. Nauchno–tehnicheskij bujlleten' SO VASHNIL. Novosibirsk, 45, 7–10. (in Russian)

Kozlovskaja, V.F., Grigor'eva, L.P. (1986). Geneticheskaja i modifikacionnaja izmenchivost' rezul'tata vozvratnogo skreshivanija gibridov Triticum durum Desf. x Triticum timopheevii Zhuk. Genetika, 22(10), 2469–2476. (in Russian)

Kozlovskaja, V., Grigorjeva, L. (1989). On the leading role of modificative variability in obtaining the first generations of interspecific hybrids of Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. In: Science for plant breeding: book of Poster Abstracts: XII EUCARPIA Congress, February 27 – March 4, 1989, Gottengen, Germany F.R. Berlin: Paul Parly Scientific Publisher.

Kozlovskaja, V.F., Grigor'eva, L.P., Shatilova, N.V. (1988). Vozmozhnost' otbora ustojchivyh k steblevoj rzhavchine form v pervyh pokolenijah mezhvidovyh gibridov. In: Selekcija sel´skochozjajstvennyh kultur v Altajskom krae. Novosibirsk, 49–59. (in Russian)

Kozlovskaja, V.F., Grigor'eva, L.P., Shatilova, N.V. (1990). Ispol'zovanie mezhvidovoj gibridizacii dlja sozdanija novyh istochnikov ustojchivosti pshenicy k steblevoj rzhavchine. Sel'skochozjajstvennaja biologija, 1, 65–71. (in Russian)

Leonova, I.N. (2015). Geneticheskij kontrol' ustojchivosti k gribnym boleznyam u myagkoj pshenicy s introgressiyami ot Triticum timopheevii Zhuk. Thesis of Doctoral Dissertation. Novosibirsk. (in Russian)

Loginova, D.B., Silkova, O.G. (2014). Mitoticheskoe povedenie centromer v mejoze kak mekhanizm vosstanovleniya fertil'nosti u pshenichno–rzhanyh amfigaploidov. Genetika, 50(8), 930–939. (in Russian)

Lukaszewski, A.J. (2010). Behavior of centromeres in univalents and centric misdivision in wheat. Cytogenet. Genome. Res., 129, 97–109.

Martynov, S.P., Dobrotvorskaya, T.V., Puhal'skij, V.A. (2006). Dinamika geneticheskogo raznoobraziya sortov ozimoj myagkoj pshenicy (Triticum aestivum L.), rajonirovannyh na territorii Rossii v 1929–2005 gg. Genetika, 42(10), 1359–1371. (in Russian)

Mehta, Ye.R., Angra, D.C. (2000). Somaclonal variation for disease resistance in wheat and production of dihaploids through wheat × maize hybrids. Genetics and Molecular Biology, 23(3), 617–622.

Musalitin, G.M. (1993). Puty povychenija jeffektivnosti ispolzovanija genofonda Triticum timopheevii Zhuk. v selekcii Triticum aestivum L. Thesis of Doctoral Dissertation. Novisibirsk. (in Russian)

Nikitina, E.D., Hlebova, L.P., Pronina, R.D. (2015). Somaklonal'naya izmenchivost' in vitro kak istochnik sozdaniya iskhodnogo materiala dlya selekcii myagkoj pshenicy. Acta Biologica Sibirica, 1(3–4), 171–186. (in Russian)

Pershina, L.A. (2014). Hromosomnaya inzheneriya rastenij – napravlenie biotekhnologii. Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii, 18(1), 138–146. (in Russian)

Santucci–Darmanin, S., Baudat, F. (2010). Meiotic recombination in mammals. Oogenesis: John Wiley and Sons, Ltd.

Scherthan, H. (2007). Telomere attachment and clustering during meiosis. Cell Mol. Life Sci. 64, 117–124.

Schwarzacher, T. (1997). Three stages of meiotic homologous chromosome pairing in wheat: cognetion, alignment and synapsis. Sex Plent Reprod., 10, 324–331.

Silkova, O.G., Shchapova, A.I., Kravcova, L.A. (2003). Mekhanizmy mejoticheskoj restitucii i ih geneticheskaya regulyaciya u pshenichno–rzhanyh poligaploidov. Genetika, 38(11), 1514–1523. (in Russian)

Tokubaeva, A.A., Shulembaeva, K.K., Zhanaeva, A.B. (2013). Mezhvidovye skreshchivaniya s ispol'zovaniem vidov pshenicy raznogo proiskhozhdenija. In: Molodezh' i nauka: real'nost' i budushchee: Proceed. VI Int. Conf. Nevinnomyssk: NIEHUP. (in Russian)

Torgasheva, A.A. (2013). Mejoz: chto nuzhno perezhit' radi umen'sheniya chisla hromosom vdvoe. Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii, 17(1), 17–28. (in Russian)

Tverdohleb, E.V. (2009). Skreshchivaemost' i fertil'nost' gibridov mezhdu formami pshenicy – nositelyami subgenoma G i sortami mjagkoj i tvyordoj pshenic. Vіsnik Harkіvs'kogo nacіonal'nogo unіversitetu іmenі V.N. Karazіna. Serіja: bіologіja, 856, 89–96. (in Russian)

Tverdohleb, E.V. (2015). Stanovlenie fertil'nosti u gibridov mezhdu Tritucum timopheevii Zhuk. i Triticum durum Desf. Visnik Har'kivs'kogo nacіonal'nogo agrarnogo unіversitetu. Ser. Bіologіja, 1(34), 37–45. (in Russian)

Tverdohlіb, O. (2001). Uspadkuvannya oznak u gіbridіv vidіv і form pіdrodu Boeoticum z tverdoyu psheniceyu ta їhn'omu potomstvі vіd stupіnchastih skhreshchuvan'. Vіsnik L'vіvskogo universitetu. Ser. Bіologіja, 55, 73–80. (in Ukrainian).

Valkoun, J.J. (2001). Wheat pre-breeding using progenitors. Euphytica, 119, 17–23.

Wang, H.Y., Liu, D.C., Yan, Z.H., Wei, Yu.M., Zheng, Yo.L. (2005). Cytological characteristics of F2 hybrids between Triticum aestivum L. and T. durum Desf. with reference to wheat breeding. J Appl Genet., 46(4), 365–369.

Zharkov, N.A. (2001). Aneuploidnaya model' mekhanizma mejoticheskih preobrazovanij u pshenicy. 1. Mekhanizm perekhoda hromosom ot mitoza k mejozu. Citologiya i genetika, 35(4), 18–24. (in Russian)

Zharkov, N.A. (2013a). Asinapticheskij mejoz u mezhvidovyh gibridov pshenicy. Fundamental'nye issledovaniya, 8–6, 1390–1394. (in Russian)

Zharkov, N.A. (2013b). Mekhanizm poperechnogo deleniya centromery univalentnoj hromosomy u Triticum aestivum L. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 1. Retrieved from: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=8120 (in Russian)

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Downloads

Download data is not yet available.