Phenotypic and genotypic evaluation of winter wheat samples and identified sources of economically valuable traits for breeding under conditions of Western Siberia

Inna V. Pototskaya; Sergey S. Shepelev; Alexandr S. Chursin; Alexandr М. Kovalchuk; Vladimir P. Shamanin

doi:10.12731/2658-6649-2025-17-5-1268

Inna V. Pototskaya Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина https://orcid.org/0000-0003-3574-2875
Sergey S. Shepelev Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина https://orcid.org/0000-0002-4282-8725
Alexandr S. Chursin Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина https://orcid.org/0000-0001-6797-6145
Alexandr М. Kovalchuk Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина https://orcid.org/0009-0006-8371-7243
Vladimir P. Shamanin Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина https://orcid.org/0000-0003-4767-9957

DOI: https://doi.org/10.12731/2658-6649-2025-17-5-1268

Ключевые слова: озимая пшеница, коллекция, метод BLUP, SNP-локусы, хозяйственно-ценные признаки

Аннотация

Обоснование. Подбор родительских форм методами геномной селекции направлен на поиск генотипов с высокой селекционной ценностью для повышения эффективности селекции озимой пшеницы.

Цель. Выделить сорта и линии озимой пшеницы в качестве источников хозяйственно-ценных признаков для селекции в условиях Западной Сибири на основе фенотипических и генотипических методов оценки.

Материалы и методы. Проведена фенотипическая оценка коллекции 90 образцов озимой мягкой пшеницы разного эколого-географического происхождения в 2022–2024 гг. с использованием общепринятых полевых и лабораторных методов. Фенотипические данные подвергнуты анализу BLUPI на основе генотипирования коллекции с помощью 55 KASP-маркеров.

Результаты. Установлено, что при геномном отборе прогностические значения хозяйственно-ценных признаков образцов коллекции были близки к данным фенотипического отбора. Сорта Донской Маяк, Донская юбилейная, KS13DH0039-99, линии WBLL1*2 / Kuruku /5/ Chuen-Mai 18…, TAM 200 / Kauz // Yu Mai 30 /4/ Pfau… имели высокие генетические эффекты по показателю зимостойкости (4,55–5,90) при прогнозируемой зимостойкости 65,3–66,5%. Образцы К 18918, Конкурент, CO13D1299 имели высокие генетические эффекты по количеству продуктивных стеблей на единице площади (23,3–30,2) и по продуктивной кустистости (0,26–0,38); для образцов WBLL1*2 / Tukuru // Billings и Griset 9 /4/ Agri / NAC // Kauz /3/… отмечены более высокие прогностические эффекты по массе зерна главного колоса (0,06–0,08) и массе 1000 зерен (1,89–1,91).

Заключение. Выделены образцы с высокими генетическими эффектами по изученным признакам, которые целесообразно включать в качестве источников в селекционные программы озимой пшеницы в условиях Западной Сибири.

Информация о спонсорстве. Исследования проведены при поддержке Российского научного фонда (соглашение № 23-16-20006 от 20.04.2023 г.).

EDN: UGRKWM

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Inna V. Pototskaya, Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

д-р с.-х. наук, доцент, профессор кафедры агрономии, селекции и семеноводства

Sergey S. Shepelev, Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

канд. с.-х. наук, доцент, зав. лабораторией генетики зерновых культур

Alexandr S. Chursin, Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

канд. с.-х. наук, зав. лабораторией селекции и семеноводства полевых культур

Alexandr М. Kovalchuk, Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

аспирант

Vladimir P. Shamanin, Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

д-р с.-х. наук, профессор, профессор кафедры агрономии, селекции и семеноводства

Литература

Доспехов, Б. А. (1985). Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) (5 е изд., доп. и перераб.). Москва: Агропромиздат. 351 с.

Кашуба, Ю. Н., Ковтуненко, А. Н., Трипутин, В. М., Шварцкопф, Т. В., & Мазепа, Н. Г. (2019). Результаты селекции озимой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Западной Сибири. Зерновое хозяйство России, (1), 32–34. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2019-61-1-32-34. EDN: https://elibrary.ru/UWCYTB

Кочешкова, А. А., Баженов, М. С., Крупин, П. Ю., Мохов, Т. Д., Меглицкая, Я. С., Архипов, А. В., Беспалова, Л. А., Пузырная, О. Ю., Агаева, Е. В., Яновский, А. С., Карлов, Г. И., & Дивашук, М. Г. (2023). Создание нового KASP маркера на аллельное состояние гена PARG 2Ay пшеницы. Научный журнал КубГАУ, (190), 1–11. https://doi.org/10.21515/1990-4665-190-005. EDN: https://elibrary.ru/PMTEWB

Лапочкина, И. Ф., Баранова, О. А., Гайнуллин, Н. Р., Волкова, Г. В., Гладкова, Е. В., Ковалева, Е. О., & Осипова, А. В. (2018). Создание линий озимой пшеницы с несколькими генами устойчивости к Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici для использования в селекционных программах России. Вавиловский журнал генетики и селекции, 22(6), 676–684. https://doi.org/10.18699/VJ18.410. EDN: https://elibrary.ru/XYZCIX

Методические указания. Изучение коллекции пшеницы (1985) / Под ред. В. Ф. Дорофеева. Ленинград: ВИР. 27 с.

Мухордова, М. Е. (2021). Выявление доноров короткостебельности у образцов озимой пшеницы с помощью ДНК маркеров и диаллельного анализа. Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, (4), 73–79. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2021-4-73-79. EDN: https://elibrary.ru/KVRRVF

Никитина, Е. А., Архипов, А. В., Минькова, Я. В., Яновский, А. С., Коробкова, В. А., Самарина, М. А., Черноок, А. Г., Крупин, П. Ю., Карлов, Г. И., & Дивашук, М. Г. (2023). Конкурентная аллель специфичная ПЦР (KASP): особенности, интерпретация результатов. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, 1(6), 79–93. https://doi.org/10.26897/0021-342

Потоцкая, И. В., Шепелев, С. С., Чурсин, А. С., Ковальчук, А. М., & Шаманин, В. П. (2024). Идентификация генов качества зерна среди сортов озимой мягкой пшеницы. Зерновое хозяйство России, 16(2), 43–48. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2024-91-2-43-48. EDN: https://elibrary.ru/CXWHMH

Столповский, Ю. А., Пискунов, А. К., & Свищева, Г. Р. (2020). Геномная селекция. I. Последние тенденции и возможные пути развития. Генетика, 56(9), 1006–1017. https://doi.org/10.31857/S0016675820090143. EDN: https://elibrary.ru/SIFGKO

Трипутин, В. М., Кашуба, Ю. Н., & Ковтуненко, А. Н. (2024). Адаптивность сортов озимой пшеницы по урожайности зерна. Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, (3), 43–48. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2024-3-43-48. EDN: https://elibrary.ru/NVTPPQ

Шаманин, В. П., Шепелев, С. С., Пожерукова, В. Е., Потоцкая, И. В., Кочерина, Н. В., Lohwasser, U., Börner, A., & Чесноков, Ю. В. (2018). Картирование QTL у гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) в условиях Западно Сибирской равнины. Сельскохозяйственная биология, 53(1), 50–60. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.50rus. EDN: https://elibrary.ru/YTJOGF

Alemu, A., Batista, L., Singh, P. K., Ceplitis, A., & Chawade, A. (2023). Haplotype tagged SNPs improve genomic prediction accuracy for Fusarium head blight resistance and yield related traits in wheat. Theoretical and Applied Genetics, 136, 92. https://doi.org/10.1007/s00122-023-04352-8. EDN: https://elibrary.ru/XRWFFM

Ali, M., Zhang, Y., Rasheed, A., Wang, J., & Zhang, L. (2020). Genomic prediction for grain yield and yield related traits in Chinese winter wheat. International Journal of Molecular Sciences, 21, 1342. https://doi.org/10.3390/ijms21041342. EDN: https://elibrary.ru/YKNNNM

Charmet, G., Tran, L.-G., Auzanneau, J., Rincent, R., & Bouchet, S. (2020). BWGS: A R package for genomic selection and its application to a wheat breeding programme. PLoS ONE, 15(4), e0222733. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0222733. EDN: https://elibrary.ru/TDFMPW

Hu, W., Gao, D., Liao, S., Cheng, S., Jia, J., & Xu, W. (2023). Identification of a pleiotropic QTL cluster for Fusarium head blight resistance, spikelet compactness, grain number per spike and thousand grain weight in common wheat. The Crop Journal, 11(2), 672–677. https://doi.org/10.1016/j.cj.2022.09.007. EDN: https://elibrary.ru/ADMVFY

Kaur, B., Mavi, G. S., Gill, M. S., & Saini, D. K. (2020). Utilization of KASP technology for wheat improvement. Cereal Research Communications, 48, 409–421. https://doi.org/10.1007/s42976-020-00057-6. EDN: https://elibrary.ru/GQKVZW

Li, H., Zhou, Y., Xin, W., Wei, Y., Zhang, J., & Guo, L. (2019). Wheat breeding in northern China: Achievements and technical advances. The Crop Journal, 7(6), 718–729. https://doi.org/10.1016/j.cj.2019.09.003. EDN: https://elibrary.ru/DNLEMF

Li, T., Deng, G., Su, Y., Yang, Z., Tang, Y., Wang, J., Qiu, X., Pu, X., Li, J., Liu, Z., et al. (2021). Identification and validation of two major QTLs for spike compactness and length in bread wheat (Triticum aestivum L.) showing pleiotropic effects on yield related traits. Theoretical and Applied Genetics, 134, 3625–3641. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03918-8. EDN: https://elibrary.ru/UMYBYR

Lozada, D. N., & Carter, A. H. (2020). Genomic selection in winter wheat breeding using a recommender approach. Genes, 11(7), 779. https://doi.org/10.3390/genes11070779. EDN: https://elibrary.ru/UDBBXZ

Meher, P. K., Rustgi, S., & Kumar, A. (2022). Performance of Bayesian and BLUP alphabets for genomic prediction: Analysis, comparison and results. Heredity, 128, 519–530. https://doi.org/10.1038/s41437-022-00539-9. EDN: https://elibrary.ru/OMFGUO

Mourad, A. M. I., Sallam, A., Belamkar, V., Wegulo, S., Bowden, R., Jin, Y., Mahdy, E., Bakheit, B., El Wafaa, A. A., Poland, J., & Baenziger, P. S. (2018). Genome wide association study for identification and validation of novel SNP markers for Sr6 stem rust resistance gene in bread wheat. Frontiers in Plant Science, 9, 380. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00380

Nishio, M., & Satoh, M. (2015). Genomic best linear unbiased prediction method including imprinting effects for genomic evaluation. Genetics Selection Evolution, 47, 32. https://doi.org/10.1186/s12711-015-0091-y. EDN: https://elibrary.ru/BEXBHM

Potapova, N. A., Zlobin, A. S., Leonova, I. N., Salina, E. A., & Tsepilov, Y. A. (2024). The BLUP method in evaluation of breeding values of Russian spring wheat lines using micro and macroelements in seeds. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 28(4), 456–462. https://doi.org/10.18699/vjgb-24-51. EDN: https://elibrary.ru/VRSSUH

Pototskaya, I. V., Shepelev, S. S., Turuspekov, Y. K., Morgounov, A. I., Chursin, A. S., Kovalchuk, A. M., Savin, T. V., & Shamanin, V. P. (2024). Breeding and genetic evaluation of international winter wheat collection under conditions of Western Siberia. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 6(16), [страницы не указаны]. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2024-16-6-995. EDN: https://elibrary.ru/LMBBIY

Resende, M. D. V., & Alves, R. S. (2020). Linear, generalized, hierarchical, Bayesian and random regression mixed models in genetics/genomics in plant breeding. Functional Plant Breeding, 2, 1–31. https://doi.org/10.35418/2526-4117/v2n2a1. EDN: https://elibrary.ru/TVJADS

Silva, C. M., Mezzomo, H. C., Alves, R. S., de Resende, M. D. V., & Nardino, M. (2023). Optimizing selection of wheat genotypes through simulated individual BLUP and modified simulated individual BLUP. Agronomy Journal, 115(3), 1237–1247. https://doi.org/10.1002/agj2.21289. EDN: https://elibrary.ru/RGBIMJ

Signorini, V. S., e Silva, C. M., Lima, G. W., Vieira, E. F. T., Mezzomo, H. C., Casagrande, C. R., & Nardino, M. (2024). Parental selection proposal strategy for recurrent selection in tropical wheat breeding. Agronomy Journal, 116(1), 36–50. https://doi.org/10.1002/agj2.21505. EDN: https://elibrary.ru/LLHCQY

Sinha, D., Maurya, A. K., Abdi, G., Majeed, M., Agarwal, R., Mukherjee, R., Ganguly, S., Aziz, R., Bhatia, M., Majgaonkar, A., et al. (2023). Integrated genomic selection for accelerating breeding programs of climate smart cereals. Genes, 14, 1484. https://doi.org/10.3390/genes14071484. EDN: https://elibrary.ru/FYSKPY

Song, L., Wang, R., Yang, X., Zhang, A., & Liu, D. (2023). Molecular markers and their applications in marker assisted selection (MAS) in bread wheat (Triticum aestivum L.). Agriculture, 13, 642. https://doi.org/10.3390/agriculture13030642. EDN: https://elibrary.ru/TMELQN

Temirbekova, S. K., Kulikov, I. M., Afanasyeva, Y. V., Beloshapkina, O. O., Kalashnikova, E. A., Kirakosyan, R. N., Dokukin, P. A., Kucher, D. E., Latati, M., & Rebouh, N. Y. (2021). The evaluation of winter wheat adaptation to climate change in the Central Non Black Region of Russia: Study of the gene pool resistance of wheat from the N. I. Vavilov Institute of Plant Industry (VIR) world collection to abiotic stress factors. Plants, 10, 2337. https://doi.org/10.3390/plants10112337. EDN: https://elibrary.ru/DNYFJL

Yang, C. J., Ladejobi, O., Mott, R., Powell, W., & Mackay, I. (2022). Analysis of historical selection in winter wheat. Theoretical and Applied Genetics, 135, 3005–3023. https://doi.org/10.1007/s00122-022-04163-3. EDN: https://elibrary.ru/DTZVAL

References

Dospekhov, B. A. (1985). Field experiment methodology (with the basics of statistical processing of research results) (5th ed., revised and expanded). Moscow: Agropromizdat. 351 p.

Kashuba, Yu. N., Kovtunenko, A. N., Triputin, V. M., Shvartskopf, T. V., & Mazepa, N. G. (2019). Results of winter soft wheat breeding in the conditions of the southern forest steppe of Western Siberia. Grain Farming in Russia, (1), 32–34. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2019-61-1-32-34. EDN: https://elibrary.ru/UWCYTB

Kocheshkova, A. A., Bazhenov, M. S., Krupin, P. Yu., Mokhov, T. D., Meglitskaya, Ya. S., Arkhipov, A. V., Bespalova, L. A., Puzyrnaya, O. Yu., Agaeva, E. V., Yanovsky, A. S., Karlov, G. I., & Divashuk, M. G. (2023). Development of a new KASP marker for the allelic state of the PARG 2Ay wheat gene. Scientific Journal of KubSAU, (190), 1–11. https://doi.org/10.21515/1990-4665-190-005. EDN: https://elibrary.ru/PMTEWB

Lapochkina, I. F., Baranova, O. A., Gainullin, N. R., Volkova, G. V., Gladkova, E. V., Kovaleva, E. O., & Osipova, A. V. (2018). Development of winter wheat lines with multiple resistance genes to Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici for use in Russian breeding programs. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 22(6), 676–684. https://doi.org/10.18699/VJ18.410. EDN: https://elibrary.ru/XYZCIX

Methodological guidelines. Study of the wheat collection (1985) / Ed. by V. F. Dorofeev. Leningrad: VIR. 27 p.

Mukhordova, M. E. (2021). Identification of short stature donors in winter wheat accessions using DNA markers and diallel analysis. Bulletin of Ulyanovsk State Agricultural Academy, (4), 73–79. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2021-4-73-79. EDN: https://elibrary.ru/KVRRVF

Nikitina, E. A., Arkhipov, A. V., Minkova, Ya. V., Yanovsky, A. S., Korobkova, V. A., Samarina, M. A., Chernook, A. G., Krupin, P. Yu., Karlov, G. I., & Divashuk, M. G. (2023). Competitive allele specific PCR (KASP): features and interpretation of results. Proceedings of Timiryazev Agricultural Academy, 1(6), 79–93. https://doi.org/10.26897/0021-342

Pototskaya, I. V., Shepelev, S. S., Chursin, A. S., Kovalchuk, A. M., & Shamanin, V. P. (2024). Identification of grain quality genes among winter soft wheat varieties. Grain Farming in Russia, 16(2), 43–48. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2024-91-2-43-48. EDN: https://elibrary.ru/CXWHMH

Stolpovsky, Yu. A., Piskunov, A. K., & Svishcheva, G. R. (2020). Genomic selection. I. Recent trends and possible development paths. Genetics, 56(9), 1006–1017. https://doi.org/10.31857/S0016675820090143. EDN: https://elibrary.ru/SIFGKO

Triputin, V. M., Kashuba, Yu. N., & Kovtunenko, A. N. (2024). Adaptability of winter wheat varieties in terms of grain yield. Bulletin of Ulyanovsk State Agricultural Academy, (3), 43–48. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2024-3-43-48. EDN: https://elibrary.ru/NVTPPQ

Shamanin, V. P., Shepelev, S. S., Pozherukova, V. E., Pototskaya, I. V., Kocherina, N. V., Lohwasser, U., Börner, A., & Chesnokov, Yu. V. (2018). QTL mapping in hexaploid bread wheat (Triticum aestivum L.) under conditions of the West Siberian Plain. Agricultural Biology, 53(1), 50–60. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.50rus. EDN: https://elibrary.ru/YTJOGF