Генетична варіація в чотирьох генах зрілості та вплив нечутливості до фотоперіоду на компоненти врожайності та на періоди тривалості росту сої

Анотація

Соя (Glycine max (L.) Merr.) — культура типова короткого дня і теплолюбна. Відсутність або низька чутливість до фотоперіоду необхідна для адаптації культур короткого дня до високих широт. Нечутливість до фотоперіоду в сої контролюється двома генетичними системами і включає три важливі гени зрілості: E1, репресор для двох ортологів сої Arabidopsis FLOWERING LOCUS T, і E3 і E4, які є генами фітохрому A. Метою даної роботи було дослідити роль чотирьох генів зрілості (від Е1 до Е4) на компоненти врожайності, якість насіння та фазовий розвиток майже ізогенних за генами Е ліній сої: лінії короткого дня (SD) з генотипом e1E2E3E4e5E7. , e1E2E3e4e5E7, E1e2e3E4e5E7 та фотоперіодичні нечутливі (PPI) лінії з генотипом e1e2E3E4e5E7, e1e2e3E4e5E7 в умовах тривалого фотоперіоду (природна тривалість дня 50 широти) та умов короткого дня. Результати дослідження показали, що процеси розвитку сої за умов різної тривалості дня залежать від домінантного/рецесивного стану основних генів зрілості. Крім того, реакція на фотоперіод залежить від певних комбінацій генів. Лінії SD починали цвісти в середньому на 16,9% пізніше за умов природного тривалого фотоперіоду. Домінантні алелі генів Е1 і Е3 подовжували фази перед і після цвітіння в умовах тривалого і короткого фотоперіодів. Домінантний алель гена Е1 затримував початок цвітіння в середньому на 26,9%, а період повної стиглості на 39,8% порівняно з рецесивним е1. Домінантний алель гена Е3 порівняно з рецесивним е3 подовжував перехід до цвітіння в середньому на 16,1%, а період повної стиглості – на 27,1%. Домінантний алель гена Е2 подовжував тривалість вегетативної фази на 20 % в умовах тривалого фотоперіоду. Достовірного впливу домінантного алеля Е4 на тривалість вегетативної та генеративної фаз розвитку сої у наших дослідженнях не виявлено. Лінії PPI починають цвітіння за умов тривалого та короткого фотоперіоду одночасно, але фази цвітіння та повної стиглості насіння у лінії з генотипом e1e2e3E4e5E7 настали раніше, через втрату чутливості до фотоперіоду гена E3. Лінія PPI з генотипом e1e2e3E4e5E7 виявилася найбільш нечутливою до впливу різної тривалості фотоперіоду серед досліджуваних ліній. Показано, що домінантні алелі генів зрілості Е1–Е4 знижували параметри маси насіння на рослину та маси 1000 насінин за умов природного тривалого фотоперіоду порівняно з рецесивними алелями цих генів. Максимальну масу насіння на рослину та масу 1000 насінин зафіксовано у лінії PPI з генотипом e1e2e3E4e5E7. Слід зазначити, що домінантні алелі Е1 і Е3 підвищували врожайність в умовах короткого фотоперіоду. Гени зрілості по-різному впливали на біохімічний склад насіння.Показано, що лінії сої з домінантними генами Е1, Е2 та Е4 показали вищий вміст крохмалю та менший вміст загального азоту та олії в насінні в умовах природного фотоперіоду порівняно з лініями з рецесивними алелями цих генів. Домінантний алель E3 знижував вміст олії та не впливав на крохмаль і загальний вміст азоту в насінні в умовах тривалого дня порівняно з рецесивним алелем e3. Аналіз впливу фотоперіоду на строки фенофаз, показники структури врожаю та біохімічний склад насіння рослин сої з різною чутливістю до фотоперіоду показав, що лінія PPI з генотипом e1e2e3E4e5E7 найбільш адаптована до природних умов 50° широти. . Лінія PPI з генотипом e1e2e3E4e5E7 характеризувалася найкоротшими фазами днів від посіву до цвітіння та повної стиглості. В результаті ця лінія мала найкоротший вегетаційний період без зниження врожайності та якості насіння. Зрозуміло, що фотоперіод мав сильний вплив на всі стадії розмноження рослин і часто діяв опосередковано, як показано у відстрочених реакціях, виражених на пізніших фазах розвитку. Отримані результати можуть бути корисними для селекції сортів сої, адаптованих до кліматичних умов вирощування Харківської області.