Heritable variability in winter wheat at the interaction of genotype with factors of high genetic activity

Abstract

Identification of new opportunities in the use of certain ecogenetic factors for the genetic improvement of winter wheat is a vital component of improving existing cereal agrocenoses within the framework of the food security strategy. The purpose of this study was to demonstrate the potential of substances with prominent genetic activity in inducing potentially beneficial changes and to establish the possibility of obtaining optimised schemes for obtaining new forms and more controlled trait variability. Mutations were detected by visual observation and biometric and biochemical analysis from the second generation to the sixth, with the inheritance of the detected traits in subsequent generations being checked. The study presented the possibilities of the mutation process for certain genetic and breeding-value forms, the specific features of induction of such traits, which makes it possible to increase the predictability of obtaining the necessary mutant lines and partially controlled high variability in certain traits. It was found that the most promising for use is the complex application of moderate doses of sodium azide and dimethyl sulphate as ecogenetic factors. It was shown that in combination with three varieties among the ones under study (Kalancha, Polyanka, Pochayna), it is possible to create highly efficient genotype-mutagenic systems with increased yield of valuable forms. The increase in mutagenic depression using more harmful substances can be substantially offset by an increase in the proportion of beneficial changes. The negative side is their complex nature. The nature of the ecogenetic factor is no less significant than the concentration of the mutagen or the genotype of the original form, which is sometimes overlooked. It was confirmed that the use of these factors is quite promising in terms of obtaining small biochemical changes (micromutations). Several promising mutant lines were identified that have a comprehensive improvement in grain yield and quality without additional negative changes. The findings of this study can be used in breeding programmes to create new varieties of winter wheat.

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 частково-керованої 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.