Ефективність штучного запилення у представників роду Pisum L.
Анотація
Дикі родичі культурного гороху (Pisum sativum L.) є важливим резервуаром алелів, пов'язаних зі стійкістю до біотичних та абіотичних стресорів; однак їх використання в селекційних програмах обмежене інформацією про їхню різноманітність та труднощами в отриманні гібридів у польових умовах. У цьому дослідженні було оцінено ефективність міжвидової гібридизації між P. sativum, P. elatius та P. fulvum у польових умовах, зосереджуючись на впливі часу запилення після кастрації квіток, батьківського генотипу та напряму схрещування. Морфологічні характеристики батьківських зразків використовувалися для полегшення ідентифікації гібридів на основі забарвлення насіннєвої оболонки при прямому та реципрокному схрещуванні. Порівнювали два підходи до запилення: негайне запилення після кастрації квіток та відкладене запилення, проведене через 24 години після неї.
У всіх комбінаціях за участю P. sativum / P. fulvum набір гібридного насіння (індекс S/F) був стабільно вищим, коли запилення проводилося одразу після кастрації. Затримка запилення призвела до помітного зниження ефективності гібридизації, що, ймовірно, відображає як фізіологічні обмеження, так і високий температурний стрес під час цвітіння. Реципрокні схрещування виявили низьку та відносно рівномірну ефективність гібридизації в комбінаціях з P. fulvum, тоді як схрещування за участю P. elatius дали значно вищий набір насіння, що узгоджується з його близькою генетичною спорідненістю з P. sativum. Стабільність ефективності гібридизації протягом років (2020 – 2021) була підтверджена для кількох комбінацій схрещування. Оцінка партій насіння F1 та F2 продемонструвала успішне отримання справжніх міжвидових гібридів, при цьому діагностична сегрегація спостерігалася в комбінаціях, де дикий вид служив материнською лінією.
Ці результати підтверджують, що життєздатні гібриди серед представників роду Pisum можна надійно отримати в польових умовах, і підкреслюють, що негайне запилення після кастрації є найефективнішою стратегією для максимізації виробництва гібридного насіння. Отримані результати підтверджують ширше використання зародкової плазми дикорослих представників Pisum у передселекційних та генетичних дослідженнях і надають практичні рекомендації щодо покращення успіху міжвидової гібридизації в селекційних програмах.
Завантаження
Посилання
Barilli E., Satovic Z., Rubiales D., Torres A.M. (2010). Mapping of quantitative trait loci controlling partial resistance against rust incited by Uromyces pisi (Pers.) Wint. in a Pisum fulvum L. intraspecific cross. Euphytica, 175,151–159. https://doi.org/10.1007/s10681-010-0141-z
Ben-Ze'Ev N., Zohary, D. (1973). Species relationships in the genus Pisum L. Israel Journal of Botany. 22, 73–91
Bonnin I., Ronfort J., Wozniak F., Olivieri I. (2001) Spatial effects and rare outcrossing events in Medicago truncatula (Fabaceae). Molecular Ecology, 10(6), 1371–1383 https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.2001.01278.x
Byrne O., Hardie D., Khan T., Speijers J., Yan G. (2008). Genetic analysis of pod and seed resistance to pea weevil in a Pisum sativum× P. fulvum interspecific cross. Australian Journal of Agricultural Research, 59, 854–862. https://doi.org/10.1071/AR07353
Canty A., Ripley B. (2024). boot: Bootstrap R (S-Plus) Functions. R package version 1.3-30.
Clement S.L., McPhee K.E., Elberson L.R., Evans M.A. (2009). Pea weevil, Bruchus pisorum L. (Coleoptera: Bruchidae), resistance in Pisum sativum×Pisum fulvum interspecific crosses. Plant Breeding, 128, 478-485. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2008.01603.x
Chekrygin P. M., Bezugliy I. M., Ryabukha S. S., Vasylenko A. O. (2008). Method for increasing the efficiency of pea hybridization. Patent No. 33483, applicant and patent owner V. Ya. Yuryev Institute of Plant Production of the UAAS. No. u 200801875; filed on 13.02.08; published on 25.06.08, Bull. No. 12, 2008
Chen B., Shi Y., Sun Y., Lu L., Wang L., Liu Z., Cheng S. (2024). Innovations in functional genomics and molecular breeding of pea: exploring advances and opportunities. aBIOTECH, 5, 71–93. https://doi.org/10.1007/s42994-023-00129-1
Davison A.C., Hinkley D.V. (1997) Bootstrap Methods and Their Applications. Cambridge University Press, Cambridge. ISBN 0-521-57391-2
Devi J., Mishra G. P., Sagar V., Kaswan V., Dubey R.K., Singh P.M., Sharma S.K., Behera T.K. (2022). Gene-Based Resistance to Erysiphe Species Causing Powdery Mildew Disease in Peas (Pisum sativum L.). Genes, 13(2), 316. https://doi.org/10.3390/genes13020316
Dostálová R, Seidenglanz M, Griga M. (2005) Simulation and assessment of possible environmental risks associated with release of genetically modified peas (Pisum sativum L.) into environment in Central Europe. Czech Journal of Geneticsand Plant Breeding, 41(2), 51–63. https://doi.org/10.17221/3672-CJGPB
Ellis T.H.N., Smýkal P., Maxted N., Coyne C.J., Domoney C., Burstin J., Bouchenak-Khelladi Y., Chayut N. (2024). The Taxonomic Status of Genera within the Fabeae (Vicieae), with a Special Focus on Pisum. Diversity, 16(7), 365. https://doi.org/10.3390/d16070365
Fondevilla S, Torres A.M., Moreno M.T., Rubiales D. (2007). Identification of a new gene for resistance to powdery mildew in Pisum fulvum, a wild relative of pea. Breeding Science, 57(2), 181–184. https://doi.org/10.1270/jsbbs.57.181
Genesys-PGR https://www.genesys-pgr.org. (Available 26.11.2025)
Guerra M.E., Wünsch A., López-Corrales M., Rodrigo J. (2010) Flower Emasculation as the Cause for Lack of Fruit Set in Japanese Plum Crosses. Journal American Society for Horticultural Science, 135(6), 556–561. https://doi.org/10.21273/JASHS.135.6.556
Henry L., Wickham H. (2023). rlang: Functions for Base Types and Core R and 'Tidyverse' Features. R package version 1.1.1. https://CRAN.R-project.org/package=rlang
Hoban S, Strand A. (2015) Ex situ seed collections will benefit from considering spatial sampling design and species’ reproductive biology. Biological Conservations, 187, 182–191. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2015.04.023
Jha A., Tar’an B., Stonehouse R., Warkentin T. D. (2016). Identification of QTLs associated with improved resistance to ascochyta blight in an interspecific pea recombinant inbred line population. Crop Science, 56 (6), 2926–2939. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.01.0001
Jha A.B., Gali K.K., Tar'an B., Warkentin T.D. (2017). Fine mapping of QTLs to develop improved markers for ascochyta blight disease resistance in pea. Front. Plant Science. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00765
Jiang Y., Lahlali R., Karunakaran C., Kumar S., Davis A.R., Bueckert R.A. (2015) Seed set, pollen morphology and pollen surface composition response to heat stress in field pea. Plant Cell Environ, 38, 2387–2397. https://doi.org/10.1111/pce.12589
Kilian A., Wenzl P., Huttner E., Carling J., Xia L., Blois H., Ciag V., Heller-Uszynska K., Jaccoud D., Hopper C., Aschenbrenner-Killian M., Evers M., Peng K., Cayla C., Hjk P., Uszynski G. (2012) Diversity Arrays Technology: a generic genome profiling technology on open platforms. Methods in Molecular Biology, 888, 67–89. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-870-2_5
Knott C. (2008). A key for stages of development of the pea (Pisum sativum). Annals of Applied Biology. 111. 233 - 245. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.1987.tb01450.x
Kouam, E.B., Pasquet R.S., Campagne P. Tignegre J.B., Thoen K., Gaudin R., Ouedraogo J.T., Salifu A.B., Muluvi G.M., Gepts P. (2012). Genetic structure and mating system of wild cowpea populations in West Africa. BMC Plant Biology, 12. https://doi.org/10.1186/1471-2229-12-113
Leimu R., Mutikainen P., Koricheva J., Fischer M. (2006) How general are positive relationships between plant population size, fitness and genetic variation? Journal of Ecology, 94(5), 942–952. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2006.01150.x
Loenning W.E. Cross fertilization in peas under different ecological conditions. Pisum Newsletter. 1984;16: 38-40
Martin-Sanz A., De La Vega M., Caminero C. (2012). Resistance to Pseudomonas syringae in a collection of pea germplasm under field and controlled conditions. Plant Pathology, 61(2), 375–387. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2011.02522.x
Naim-Feil E., Toren M., Aubert G., Rubinstein M., Rosen A., Eshed R., Sherman A., Ophir R., Saranga Y., Abbo S. (2017). Drought response and genetic diversity in pisum fulvum, a wild relative of domesticated pea. Crop Science. 57(3), 1145–1159. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.10.0880
Ochatt S., Benabdelmouna A., Marget P. Aubert G., Moussy F., Pontécaille C., Jacas L.(2004) Overcoming hybridization barriers between pea and some of its wild relatives. Euphytica, 137, 353–359. https://doi.org/10.1023/B:EUPH.0000040476.57938.81
Pedersen T. (2024). patchwork: The Composer of Plots. R package version 1.3.0. https://CRAN.R-project.org/package=patchwork
Polowick P.L., Vandenberg A., Mahon J.D. (2002) Field assessment of outcrossing from transgenic pea (Pisum sativum L.) plants. Transgenic Research, 11(5), 515–519 https://doi.org/10.1023/a:1020368322335
R Core Team (2023). R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. https://www.R-project.org/
Saboor N., Sajjad A., Kamran S., Raham D., Bismillah S. (2016) Insect pollinators and their relative abundance on pea (Pisum sativum) at Peshawar. Journal of Entomology and Zoology Studies, 4(1), 112–117. https://www.entomoljournal.com/archives/?year=2016&vol=4&issue=1&ArticleId=794
Sari H., Sari D., Eker T. Toker C. (2021). De novo super-early progeny in interspecific crosses Pisum sativum L. × P. fulvum Sibth. et Sm. Scientific Report, 11(1), 19706 https://doi.org/10.1038/s41598-021-99284-y
Sari H., Eker T., Sari D., Aksoy M., Bakır M., Dogdu V., Toker C., Canci H. (2023). The Fastest and Most Reliable Identification of True Hybrids in the Genus Pisum L. Life (Basel), 13(11), 2222. https://doi.org/10.3390/life13112222
Saha S. (2021) A practical manual on Fundamentals of Plant Breeding. The Neotia University 64 р. tnu.in
Schauberger P., Walker A. (2022). openxlsx: Read, Write and Edit xlsx Files_. R package version 4.2.5.1. https://CRAN.R-project.org/package=openxlsx
Sekiguchi Y., Ubi B.E., Ishii T. (2023). Chemical emasculation in cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) and dicotyledonous model species using trifluoromethanesulfonamide (TFMSA). Plant Reproduction, 36, 273–284. https://doi.org/10.1007/s00497-023-00469-4
Slowikowski K. (2024). ggrepel: Automatically Position Non-Overlapping Text Labels with 'ggplot2'. R package version 0.9.6. https://CRAN.R-project.org/package=ggrepel.
Smýkal P., Aubert G., Burstin J., Coyne C., Ellis N.T.H., Flavell A.J., Ford R., Hýbl M., Macas J., Neumann P., McPhee K.E., Redden R., Rubiales D., Weller J.L., Warkentin T.D. (2012) Pea (Pisum sativum L.) in the Genomic Era. Agronomy, 2(2), 74-115. https://doi.org/10.3390/agronomy2020074
Smýkal P., Coyne C., Ambrose M.J. Maxted N., Schaefer H., Blair M.W., Berger J., Greene S.L., Nelson M.N., Besharat N., Vymyslický T., Toker C., Saxena R.K., Roorkiwal M., Pandey M.K., Hu J., Li Y.H., Wang L.X., Guo Y., Qiu L.J., Redden R., Varshney R.K. (2015) Legume crops phylogeny and genetic diversity for science and breeding. Critical Reviews in Plant Science. 34(1-3), 43–104. https://doi.org/10.1080/07352689.2014.897904
Smýkal P., Trněný O., Brus J., Hanáček P., Rathore A., Roma Das R., Pechanec V., Duchoslav M., Bhattacharyya D., Bariotakis M., Pirintsos S., Berger J., Toker C. (2018) Genetic structure of wild pea (Pisum sativum subsp. elatius) populations in the northern part of the Fertile Crescent reflects moderate cross-pollination and strong effect of geographic but not environmental distance. PLoS ONE, 13(3), e0194056. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194056
Suso M.J., Bebeli P.J., Christmann S., Mateus C., Negri V., Pinheiro de Carvalho M.A.A., Toricelli R., Veloso M.M. (2016) Enhancing legume ecosystem services through an understanding of plant–pollinator interplay. Frontiers in Plant Science, 7, 333 https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00333
Tayeh N., Aubert G., Pilet-Nayel M.L., Lejeune-Hénaut I., Warkentin T.D., Burstin J.(2015) Genomic Tools in Pea Breeding Programs: Status and Perspectives. Frontiers in Plant Science. Nov 27;6, 1037. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01037
USDA, Agricultural Research Service, National Plant Germplasm System. (2025). Germplasm Resources Information Network (GRIN Taxonomy). National Germplasm Resources Laboratory, Beltsville, Maryland. https://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/taxon/taxonomydetail?id=27592 (Available 30.06.2025)
Valderrama M., Román B., Satovic Z., Rubiales D., Cubero J.I., Torres A.M. (2004). Locating quantitative trait loci associated with Orobanche crenata resistance in pea. Weed Research, 44(4), 323–328. https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.2004.00406.x
Vasylenko A.O., Vus N.O., Bezuhlyi I.N., Bezuhla O.N., Shevchenko L.N., Kucherenko Ye.Yu, Hliantsev A.V. (2021). Pea Donors of Valuable Breeding Traits. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. «Серія Біологія», 36, 74–82. https://doi.org/10.26565/2075-5457-2021-36-8
Vito di M., Perrino P. (1978). Reaction of Pisum spp. to the attacks of Heterodera goettingiana Nematologia Mediterranea, 6(1), 113–118.
Warkentin T.D., Smýkal P., Xu P., McPhee K. (2024) Editorial: Advances in pea breeding and genomics. Frontiers in Plant Science, 15:1430421. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1430421
Wickham H. (2016). ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. New York: Springer-Verlag
Wickham H., Henry L. (2023). _purrr: Functional Programming Tools_. R package version 1.0.2,
Yan J., Chen J., Lin Y., Yuan X., Somta P., Zhang Y., Zhang Z., Zhang X., Chen X. (2023). Mapping of quantitative trait locus reveals PsXI gene encoding xylanase inhibitor as the candidate gene for bruchid (Callosobruchus spp.) resistance in pea (Pisum sativum L.). Frontiers in Plant Science, 14. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1057577
Yang T., Liu R., Luo Y., Hu S., Wang D., Wang C., Pandey M.K., Ge S., Xu Q., Li N., Li G., Huang Y., Saxena R.K., Ji Y., Li M., Yan X., He Y., Liu Y., Wang X., Xiang C., Varshev R.K., Ding H., Gao S., Zong X. (2022). Improved pea reference genome and pan-genome highlight genomic features and evolutionary characteristics. Nature Genetics, 54(10),1-11. https://doi.org/10.1038/s41588-022-01172-2
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
Автори мають право укладати додаткові невиключні угоди щодо поширення опублікованої версії роботи (наприклад, розміщення в інституційних репозитаріях або публікація у збірниках) за умови зазначення її первинної публікації в цьому журналі.