Глобальное потепление и нарастающее удорожание хлебопекарного и кормового зерна превращают проблему наследственного повышения засухоустойчивости зерновых культур в одну из главнейших задач обеспечения продовольственной безопасности человечества. На основе расчленения сложной структуры свойства засухоустойчивости хлебных злаков (фенотипирования) показана ограниченность канонического геноцентрического подхода и подходов молекулярной генетики к решению задачи радикального наследственного повышения засухоустойчивости. Предложен приоритетный эпигенетический подход к наследственному повышению засухоустойчивости, основанный на Теории эколого-генетической организации количественных признаков (ТЭГОКП), которая оперирует не признаками продуктивности, а семью генетико-физиологическими системами (ГФС), плюсовые вклады которых повышают урожаи: 1) аттракции; 2) микрораспределений аттрагированных пластических веществ между зернами и мякиной в колосе; 3) адаптивности (засухо-, холодо-, морозо-, жаро-, солестойкости и т. п.); 4) горизонтального иммунитета; 5) «оплаты» сухой биомассой лимитирующего фактора почвенного питания (N, P, K, …); 6) толерантности к загущению агрофитоценоза; 7) наследственной вариабельности продолжительности фаз онтогенеза. В данной статье рассматривается один из подкомпонентов сложной ГФС — адаптивность, в частности — засухоустойчивость, в формировании которой участвуют не менее 22-х компонентных признаков.
зерновые, кормовые, засухоустойчивость, фенотипирование, эколого-генетическая природа признаков продуктивности, научный подбор родительских пар для гибридизации
1. Furta E. Yu. , Shabalina I. M. Approaches to analysis of genotype and phenotype relation with QTL methods // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. – 2018. – Vol. 18. – No 6. – P. 1066–1073. – DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-1066-1073.
2. Tuberosa R. Phenotyping for drought tolerance of crops in the genomics era // Front. Physiol. – 2012. – Vol. 3. – Р. 347. – DOI: 10.3389/fphys.2012.00347.
3. Вавилов Н. И. Избранные труды. – М.–Л., 1965. – Т. 5. – С. 275.
4. Попов Е. Б., Драгавцев В. А., Малецкий С. И. Три кита эконики. – СПб. : Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2020. – 132 с.
5. Драгавцев В. А. Эколого-генетический скрининг генофонда и методы конструирования сортов сельскохозяйственных растений по урожайности, устойчивости и качеству (методические рекомендации). – СПб. : ВИР, 1998. – 52 с.
6. Кочерина Н. В., Драгавцев В. А. Введение в теорию эколого-генетической организации полигенных признаков растений и теорию селекционных индексов. – СПб. : ДОН-БОСКО, 2008. – 87 с.
7. Декалб – мощные корни // Агробизнес, 2013. Спец. выпуск (Зерновой рынок). – С. 16–17.
8. Pinthus M. G., Ehel Y. Observation on the development of root system of some wheat varieties // Israel J. Agr. Res. – 1962. – Vol. 12. – P. 13–30.
9. Zimmerman P. W., Crocker W., Hitchcock A. E. Initiation and stimulation of roots from exposure of plants to carbon monoxide gas. – Contrib. Boyce Thompson Inst. (USA), 1933. – Vol. 5. – P. 1–17.
10. Sears E. R. Тhe aneuploids of common wheat // Amer. Nat. – 1953. – Vol. 87. – P. 245–252.
11. Ауземус Э. Р., Мак-Нил Ф. Х., Шмидт Ю. У. Генетика и наследование // Пшеница и ее улучшение. – М. : Колос, 1970. – С. 250–295.
12. Russel M. B. Water and its relation to soil and crops // Advances in Agronomy. – Academic Press, 1959. – Vol. 11. – Р. 1–131. DOI: 10.1016/S0065-2113(08)60122-4.
13. Evaluation of the stress-inducible production in transgenic sugarcane: osmotic adjustment, chlorophyll fluorescence and oxidative stress / H. B. C. Molinari, C. J. Marur, E. Daros, M. K. F. Campos, J. F. R. P. De Carvalho, J. C. B. Filho, L. F. P. Pereira, L. G. E. Vieira // Physiologia Plantarum. – 2007. – Vol. 130. – P. 218–226. – DOI: 10.1111/j.1399-3054.2007.00909.x.
14. Кузнецов В. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. – М. : Абрис, 2011. – 784 с.
15. Levitt J. The Hardiness of Plаnts. – NY : Academic Press, 1956. – 278 р.
16. Курсанов А. Л. Транспорт ассимилятов в растениях. – М. : Наука, 1976. – 646 с.
17. Финчем Дж. Генетическая комплементация / Пер. с англ. В. И. Поротикова; под ред. и с предисл. Г. А. Дворкина. – М. : Мир, 1968. – 184. с.
18. Bonner J. The molecular biology of development. – Oxford : Clarendon Press, 1965. ISBN: 978-1199333056.
19. Скулачев В. П. Энергетика биологических мембран. – М. : Наука, 1989. – 564 с.
20. Медведев С. С. Физиология растений. – СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 337 с.
21. Ort D. R., Long S. R. Botany. Limits on yield in the corn belt // Science. – 2014. – Vol. 344. – С. 484–485. – DOI: 10.1126/sciuence.1253884.
22. Dragavtsev V. A. Algorithms of an ecological-genetic survey of the genes-fund and methods of creating the varieties of crop plants for high yield, resistance and quality. – St.-Petersburg : VIR, 2002. – 80 p.
23. Dissecting the phenotypic components of crop plant growth and drought responses based on high-throughput image analysis / D. Chen, K. Neumann, S. Friedel, B. Kilian, M. Chen, T. Altman, C. Klukas // Plant Cell. – 2014. – Vol. 26. – Р. 4636–4655. – DOI: 10.1105/tpc.114.129601.
24. Molecular biology of the cells / B. Alberts, D. Bray, Lewis, M. Rallf, K. Roberts, J. Watson / Ed. By Robertson. – Garland : New York, 1994. – 369 p.
25. Удольская Н. Л. Засухоустойчивость сортов яровой пшеницы. – Омск : Омгиз, 1936. – 123 с.
26. Драгавцев В. А. О путях создания теории селекции и технологий эколого-генетического повышения продуктивности и урожая растений // Факторы экспериментальной эволюции организмов. – Киев, 2013. – Т. 12. – С. 38–41.
27. Драгавцев В. А. Как помочь накормить человечество // Биосфера. – 2013. – Т. 5(3). – С. 279–290.
28. Стент Г. Молекулярная генетика. – М. : Мир, 1974. – 535 с.
29. Сабинин Д. А. Физиология развития растений. – М. : Академия Наук СССР, 1963. – 196 с.
30. Жученко А. А. Экологическая генетика культурных растений как самостоятельная научная дисциплина. Теория и практика. – Краснодар : Просвещение – Юг, 2010. – 430 с.
31. Maximov N. A. Internal factors of frost and drought resistance in plants // Protoplasma. – 1929. – Vol. 7. – P. 259–291.
32. Кузнецов В. В., Шевякова Н. И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений. – 1999. – Т. 46 (2). – С. 321–336.
33. Yamada M., Morishita C., Urano K. Effects of free proline accumulation in petunia under drought stress // J. Exp. Bot. – 2005. – Vol. 56. – P. 1975–1981. – DOI: 10.1093/jxb/eri195.
34. Dragavtsev V. A., Pesek J. Estimation of genotypic and environmental variation in plants // Encyclopaedia ''Basic Life Sciences''. –. New York – London : Plenum Press, 1977. – Vol. 8. – P. 233–240.
35. Михайленко И. М., Драгавцев В. А. Математические модели в селекции растений. Сообщение II. Алгоритмы управления генетико-селекционным улучшением хозяйственно ценных свойств самоопылителей // Сельскохозяйственная биология. – 2013. – Т. 1. – С. 35–41. – DOI: 10.15389/agrobiology.2013.1.35rus.
36. Драгавцев В. А. К проблеме генетического анализа полигенных количественных признаков растений / Рос. акад. с.-х. наук. Гос. науч. центр Рос. Федерации Всерос. науч.-исслед. ин-т растениеводства им. Н. И. Вавилова (ГНЦ РФ ВИР). – СПб. : ВИР, 2003. – 32 с.
37. Создание сорта мягкой яровой пшеницы Гренада с помощью инновационных технологий селекции на основе Теории эколого-генетической организации количественных признаков / В. В. Новохатин, В. А. Драгавцев, Т. А. Леонова, Т. В. Шеломенцева // Сельскохозяйственная биология. – 2019. – Т. 54 (5). – С. 905–919.
38. Инновационные технологии конструирования прорывных по урожаю сортов на основе Теории эколого-генетической организации количественных признаков / В. В. Новохатин, В. А. Драгавцев, Т. А. Леонова, Т. В. Шеломенцева // Эпоха науки. – 2020. – № 24. – С. 55–58.
39. On the Possibility of Predicting Genotypic Correlations between Productivity Traits of Plants / V. A. Dragavtsev, V. A. Vorobyev, V. V. Novokhatin, N. I. Korobeinikov // Journal of Agricultural and Food Chemical Engineering. – 2021. – Vol. 1 (1). – P. 1–5. – https://fpub.org/journal/jafce/article/view/2.
40. Драгавцев В. А. Уроки эволюции генетики растений // Биосфера. – 2012. – Т. 4 (3). – С. 251–262.
41. Plant breeding and drought in C3 cereals: what should we breed for? / J. L. Araus, G. A. Slafer, M. P. Reynolds, C. Royo // Ann. Bot. – 2002. – Vol. 89. – Р. 925–940.
42. Berger B., Parent B., Tester M. High-throughput shoot imagine to study drought responses // J. Exp. Bot. – 2010. – Vol. 61. – P. 3519–3528. – DOI: 10.1093/jxb/erq201.
43. Dhondi S., Wuyts N., Inze D. Cell to whole-plant ohenotyping: the best is yet to come // Trends Plant Sci. – 2013. – Vol. 18. – P. 428–439. – DOI: 10.1016/j.tplants.2013.04.008.
44. Florani F., Schurr U. Future scenarios for plant phenotyping // Annu. Rev. Rlant Biol. – 2013. – Vol. 64. – P. 267–291. – DOI: 10.1146/annurev-arplant-050312-120137.
45. Klukas C., Chen D. Pape J. M. Integrated analysis platform: an open source information system for high-throughput plant phenotyping // Plant Physiol. – 2014. – Vol. 165. – P. 506–518. – DOI: 10.1104/pp.113.233932.
46. Sellammal R., Robin S., Raveendran M. Assotiation and heritability studies for drought resistance under varied moisture stress regimes in backcross inbred population of rice // Rice Sci. – 2014. – Vol. 21. – P. 150–161. – DOI: 1.1016/S1672-6308(13)60177-8.
47. Sozzani R., Benfey P.N. High-throughput phenotyping of multicellular organisms: finding the link between genotype and phenotype // Genom. Biology. – 2011. – Vol. 12. – P. 219. DOI: 10.1186/gb-2011-12-3-219.
48. Identification of drought tolerance determinants by genetic analysis of root response to drought stress and abscisic asid / L. Xiong, R. G. Wang, G. Mao, J. M. Koczan // Plant Physiol. – 2006. – Vol. 142. – P. 1065–1074. – DOI: 10.1104/pp.106.084632.
49. Furbank R. T., Tester M. Phenomics – technologies to relieve the phenotyping bottle-neck // Trends Plant Sci. – 2011. – Vol. 16 (12). – P. 635–644. – DOI: 101016/j.tplantz.2011.09.005.
