Аналіз фенотипового різноманіття справжніх листків у ліній салату листкового (Lactuca sativa var. secalina L.), створених методами фізичного і хімічного мутагенезу
Анотація
Актуальність. Для розширення генотипового різноманіття салату листкового (Lactuca sativa var. secalina L.) доцільно використовувати методи фізичного і хімічного мутагенезу, які дозволяють змінювати корисні ознаки вихідної форми, які потім можна прискорено стабілізувати за рахунок інбридингу. Біофізичні методи фенотипової ідентифікації і класифікації досліджуваних змін, які ґрунтуються на технології мультиспектральної візуалізації, наразі є ще недостатньо удосконаленими. Тому є доцільним проводити біометричні вимірювання і морфолого-ідентифікаційний аналіз фенотипу мутантних генотипів за бальною оцінкою рівнів прояву якісних ознак.
Мета. Визначити особливості мутагенного впливу γ-опромінювання і біологічно-активних речовин мутагенної дії на генотипову мінливість якісних ознак листкової пластинки рослин салату листкового вегетативної фази розвитку та дослідити кореляційні зв’язки між асоціацією якісних ознак, що визначають фенотип справжнього листка і кількісними ознаками ліній салату листкового мутантного походження.
Методи. Непараметрична статистика та критерії для порівняння рослинних об’єктів, методи ботанічної класифікації салату листкового, кореляційний аналіз.
Результати. Вивчено мутагенний вплив трьох біологічно активних речовин (ДМС (еталон), ДМУ-1, ДМУ-5) та γ-променів у дозах 11 і 15 кР на генотипову мінливість салату листкового за комплексом якісних ознак. Проведено порівняльний аналіз розбіжностей між якісними ознаками вихідної форми (сорт Шар малиновий) та створених на її основі 17 мутантних ліній. В результаті випробування мутагенів підтверджено їх високу ефективність в індукції мутаційних змін в геномі салату листкового, пов’язаних з морфологією листкової пластинки. Найбільшу ефективність виявив препарат ДМУ-1 за дії якого одержано 6 мутантних ліній. За дії γ-опромінювання дозою 15 кР одержано 4 лінії. За дії γ-опромінювання дозою 11 кР і ДМС створено по 3 лінії, відповідно. За використання препарату ДМУ-5 одержано 1 лінію.
Висновки. Встановлені кореляційні зв’язки між рівнями прояву якісних і кількісних ознак дозволяють проводити відбір потенційно високопродуктивних мутантних ліній салату листкового залежно від успадкованих мутаційних змін, які визначають морфологію справжнього листка. Зокрема, виникає можливість проводити добір мутантних генотипів за прогнозом рівня прояву кількісної ознаки «Ширина листка» (rs = 0,483), що є важливою в аспекті прогнозу потенційної продуктивності.
Завантаження
Посилання
Corrêa Alves PI, Valente Gandra TK, Avila Gandra E. Microbiological analysis of lettuce (Lactuca sativa) from conventional and organic cultivation commercialized at fairs in Brazil. SDRP Journal of Food Science & Technology. 2018;3(2):1–8. https://doi.org/10.25177/JFST.3.2.4
Kovácsné Madar Á, Takácsné Hájos M. Agronomic evaluation of different lettuce (Lactuca sativa L.) varieties under unheated plastic tunnel. International Journal of Horticultural Science. 2022;28:50–6. https://doi.org/10.31421/ijhs/28/2022/10314
Medina-Lozano I, Bertolín JR, Díaz A. Nutritional value of commercial and traditional lettuce (Lactuca sativa L.) and wild relatives: Vitamin C and anthocyanin content. Food Chemistry. 2021;359:129864. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129864
Arnold PA, Kruuk LEB, Nicotra AB. How to analyse plant phenotypic plasticity in response to a changing climate. New Phytologist. 2019;222:1235–41. https://doi.org/10.1111/nph.15656
Damerum A, Chapman MA, Taylor G. Innovative breeding technologies in lettuce for improved post-harvest quality. Postharvest Biology and Technology. 2020;168:111266. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2020.111266
Ferreira C, Lopes F, Costa R, Komora N, Ferreira V, Cruz Fernandes V, et al. Microbiological and Chemical Quality of Portuguese Lettuce – Results of a Case Study. Foods. 2020;9(9):1274. https://doi.org/10.3390/foods9091274
Acquaah G. Principles of Plant Genetics and Breeding [Internet]. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd; 2012. https://doi.org/10.1002/9781118313718
Hassan MN, Mekkawy SA, Mahdy M, Salem KFM, Tawfik E. Recent molecular and breeding strategies in lettuce (Lactuca spp.). Genetic Resources and Crop Evolution. 2021;68(8):3055–79. https://doi.org/10.1007/s10722-021-01246-w
Patella A, Palumbo F, Galla G, Barcaccia G. The Molecular Determination of Hybridity and Homozygosity Estimates in Breeding Populations of Lettuce (Lactuca sativa L.). Genes. 2019;10(11):916. https://doi.org/10.3390/genes10110916
Batista MF, De Souza LA. Flower structure in ten Asteraceae species: considerations about the importance of morpho-anatomical features at species and tribal level. Revista Brasileira de Botânica. 2016;40(1):265–79. https://doi.org/10.1007/s40415-016-0312-9
Han R, Truco MJ, Lavelle DO, Michelmore RW. A Composite Analysis of Flowering Time Regulation in Lettuce. Frontiers in Plant Science. 2021;12:632708. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.632708
Křístková E, Doležalová I, Lebeda A, Vinter V, Novotná A. Description of morphological characters of lettuce (Lactuca sativa L.) genetic resources. Horticultural Science. 2008;35(3):113–29. https://doi.org/10.17221/4/2008-HORTSCI
Mou B. Mutations in Lettuce Improvement. International Journal of Plant Genomics. 2012;2011:723518. https://doi.org/10.1155/2011/723518
Marcu D, Cristea V, Daraban L. Dose-dependent effects of gamma radiation on lettuce (Lactuca sativa var. capitata) seedlings. International Journal of Radiation Biology. 2012;89(3):219–23. https://doi.org/10.3109/09553002.2013.734946
Cheng J, Lu H, He X, Yang Z, Zhou J, Cen K. Enhancing growth rate of lettuce by mutating lettuce seeds with nuclear irradiation. Carbon Resources Conversion. 2018;1(1):55–60. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2018.05.001
Gurdon C, Poulev A, Armas I, Satorov S, Tsai M, Raskin I. Genetic and Phytochemical Characterization of Lettuce Flavonoid Biosynthesis Mutants. Scientific Reports. 2019;9:3305. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39287-y
Kondratenko SI, Mitenko IM, Krutko RV, Dul’nev PG. Adaptive potential of the gene pool of leaf lettuce, created by the method of induced mutagenesis on the basis of the domestic cultivar Velmozha. Scientific Reports of NULES of Ukraine. 2018;72(2). (in Ukrainian). https://doi.org/10.31548/dopovidi2018.02.013
Ohki S, Hatashita M. Mutation breeding by ion beam in lettuce (Lactuca sativa L.) using an in vitro regeneration system. Acta Hortic. 2012;961:285–90. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.961.37
Franco CH, dos Santos VHM, Silva LP, Arthur V, Silva RMG. Mutagenic potential of lettuce grown from irradiated seeds. Scientia Horticulturae. 2015;182:27–30. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.11.011
Begum T, Dasgupta T. A comparison of the effects of physical and chemical mutagens in sesame (Sesamum indicum L.). Genet. Mol. Biol. 2010;33(4):761–6. https://doi.org/10.1590/S1415-47572010005000090
Kodym A, Afza R, Forster BP, Ukai Y, Nakagawa H, Mba C. Methodology for physical and chemical mutagenic treatments. In: Shu QY, Forster BP, Nakagawa H. Plant mutation breeding and biotechnology [Internet]. CABI Digital Library; 2012. p. 169–80. https://doi.org/10.1079/9781780640853.0169
Kodym A, Afza R. Physical and Chemical Mutagenesis. In: Grotewold E, editor. Plant Functional Genomics. Methods in Molecular Biology™. Humana Press; 2003. V. 236. p. 189–203. https://doi.org/10.1385/1-59259-413-1:189
Saima Mir A, Maria M, Muhammad S, Mahboob Ali S. Potential of Mutation Breeding to Sustain Food Security [Internet]. Genetic Variation. IntechOpen; 2021. https://doi.org/10.5772/intechopen.94087
Huo H, Henry IM, Coppoolse ER, Verhoef-Post M, Schut JW, de Rooij H, et al. Rapid identification of lettuce seed germination mutants by bulked segregant analysis and whole genome sequencing. The Plant Journal. 2016;88(3):345–60. https://doi.org/10.1111/tpj.13267
Sorel M, Svanella-Dumas L. Candresse T, Acelin G, Pitarch A, Houvenaghel MC, et al. Key Mutations in the Cylindrical Inclusion Involved in Lettuce mosaic virus Adaptation to eIF4E-Mediated Resistance in Lettuce. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2014;27(9):1014–24. https://doi.org/10.1094/MPMI-04-14-0111-R
Du J, Li B, Lu X, Yang X, Guo X, Zhao C. Quantitative phenotyping and evaluation for lettuce leaves of multiple semantic components. Plant Methods. 2022;18:54. https://doi.org/10.1186/s13007-022-00890-2
Bauer A, Bostrom AG, Ball J, Applegate C, Cheng T, Laycock S, et al. Combining computer vision and deep learning to enable ultra-scale aerial phenotyping and precision agriculture: A case study of lettuce production. Horticulture Research. 2019;6:70. https://doi.org/10.1038/s41438-019-0151-5
Bar M, Ori N. Leaf development and morphogenesis. Development. 2014;141(22):4219–30. https://doi.org/10.1242/dev.106195
Ceccarelli S, Grando S. Evolutionary plant breeding as a response to the complexity of climate change. iScience. 2020;23(12):101815. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101815
Ewing PM, Runck BC, Kono TYJ, Kantar MB. The home field advantage of modern plant breeding. PLoS ONE. 2019;14(12):e0227079. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227079
Guo Z, Li B, Du J, Shen F, Zhao Y, Deng Y, et al. LettuceGDB: The community database for lettuce genetics and omics. Plant Communications. 2023;4(1):100425–5. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100425
Kondratenko SI, Mohylna OM, Khareba OV, Leshchuk NV, Khareba VV, Kuts OV, et al. Metodyka-klasyfikator provedennia ekspertyzy sortiv salatu posivnoho (Lactuca sativa L.) na vidminnist, odnoridnist i stabilnist [Classification methodology expertise Lactuca sativa L. for the demand, odinority and stabilisation]. 2nd ed. Vinnytsia: TOV Tvory; 2019. 65 р. (in Ukrainian). Available from: https://www.sops.gov.ua/uploads/publication/2019/Salat_t.pdf
Seyyed H, Mousavi, Hassandokht M, Choukan R, Sepahvand N, Khosrowchali M, et al. Assessment of Qualitative and Quantitative Traits in Commercial Iranian Lettuce (Lactuca sativa L.) Genotypes. Annals of Biological Research. 2012;3(9):4352–61. Available from: https://www.scholarsresearchlibrary.com/articles/assessment-of-qualitative-and-quantitative-traits-in-commercial-iranian-lettuce-lactuca-sativa-l-genotypes.pdf
Basnet KM, Adhikari NR, Pandey MP. Multivariate Analysis among the Nepalese and Exotic Mungbean (Vigna Radiata L. Wilczek) Genotypes Based on the Qualitative Parameters. Universal Journal of Agricultural Research. 2014;2(5):147–53. https://doi.org/10.13189/ujar.2014.020502
Macfarland TW, Yates JM. Introduction to Nonparametric Statistics for the Biological Sciences Using R. Cham Springer International Publishing; 2016. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30634-6
Litun PP, Kyrychenko VV, Petrenkova VP, Kolomatska VP. Systemnyi analiz v selektsii polovykh kultur. Navchalnyi posibnyk [System analysis in field crop breeding. Study guide]. Kharkiv: Yutiev Plant Production Institute of NAAS; 2009. 354 p. (in Ukrainian).
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
