Институт по растителна биология и биотехнологии, Алмати, Казахстан

оценка

Присъединителен Казахстански изследователски институт по земеделие, с. Алмалибак, област Алмати, Казахстан

Институт по растителна биология и биотехнологии, Алмати, Казахстан

Институт по растителна биология и биотехнологии, Алмати, Казахстан

Асоциация Източно-Казахстански изследователски институт по земеделие, Солнечен вил., Уст-Каменогорска област, Казахстан

Принадлежност Костанайски изследователски институт по земеделие, с. Заречное, област Костанай, Казахстан

Институт по растителна биология и биотехнологии, Алмати, Казахстан

  • Сауле Абугалиева,
  • Светлана Дидоренко,
  • Шинар Ануарбек,
  • Любов Волкова,
  • Елена Герасимова,
  • Иван Сидорик,
  • Йерлан Туруспеков

Фигури

Резюме

Цитат: Abugalieva S, Didorenko S, Anuarbek S, Volkova L, Gerasimova Y, Sidorik I, et al. (2016) Оценка на цъфтежа на соята и времето за зреене на семена в различни региони на географска ширина на Казахстан. PLoS ONE 11 (12): e0166894. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166894

Редактор: Руслан Календар, Университет в Хелзинки, ФИНЛАНДИЯ

Получено: 8 юли 2016 г .; Прието: 4 ноември 2016 г .; Публикувано: 1 декември 2016 г.

Наличност на данни: Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Финансиране: Проучването е финансирано с грант номер 1108/GF4, предоставен от Министерството на образованието и науката на Република Казахстан. Уебсайт на министерството: http://edu.gov.kz/en. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Соята е важна култура в световен мащаб, с високи стойности на хранене, протеини и масла [1], [2]. Въпреки това все още е малка култура в Казахстан, където фермерите отглеждат предимно пшеница. Въпреки това, наскоро приетата политика за диверсификация на културите в Казахстан доведе до постоянно нарастване на площта за събиране на соята от 4500 км 2 през 2006 г. до 11 400 км 2 през 2014 г. През 2012 г. Министерството на земеделието на Република Казахстан предложи да се увеличи площта под соя до 40 000 km 2 до 2020 г. и за целта са определени земите в югоизточния (SEK), източния (EK) и северния (NK) региони на страната [3]. Понастоящем общият добив на соя се е увеличил от 17 000 тона през 2007 г. на 20 000 тона през 2014 г. Увеличението на производството не е просто, тъй като добивът от 2012 до 2014 г. не е нараснал, докато посевната площ за този период се е увеличила близо до 40 000 хектара [ 4]. Това предполага, че в допълнение към основните агрономически знания се изисква подробно разбиране на адаптацията на соята към новите среди.

Към днешна дата в Казахстан има 12 официално регистрирани търговски сорта соя, основно разработени за региони EK и SEK, които имат доста по-дълга история на отглеждане на соя в сравнение с други региони в страната [16]. Тези сортове преди това са били генотипирани с помощта на ДНК микросателитни маркери и сравнени с голям брой чужди присъединения [3], [17]. Авторите характеризират всеки сорт с 50 SSR (единични последователни повторения) маркери и установяват, че местните присъединения са ясно различни от тези, култивирани в Северна Америка и Източна Азия [17]. Въпреки това не е извършена характеристика на специфични цъфтящи гени за тези присъединения, поради което е налице малко информация за генетичните основи на адаптация на соята към различни среди в Казахстан.

Целта на това проучване е да се оцени дали разликите във времето на цъфтеж и зреене в генетично разнообразен панел от соя, отглеждан в различни географски ширини на Казахстан, могат да бъдат свързани с определени комбинации от алели на основните гени от цъфтежа от серия Е. Получените данни предоставят полезна информация за избор на най-подходящите родителски генотипове, които да бъдат използвани в местните развъдни програми за подобрена продуктивност на соята.

Материали и методи

(А) Местоположението на трите полеви изпитания. (Б) Данните за средната температура по седмици за трите обекта. (C) Средната продължителност на деня (часове) по седмица за трите обекта. (D) Средните валежи (mm) в трите места.

Декларация за етика

Не са необходими конкретни разрешения за полеви проучвания, тъй като всички участващи развъдни организации са държавни изследователски институции и участници в текущия проект, подкрепен от Министерството на образованието и науката на Република Казахстан.

Резултати

1. Генетична вариация на Е зрелите гени в колекцията от соя

Сто и двадесет култивирани соеви присъединения, отглеждани в Казахстан, бяха генотипирани за четири гена от серия Е (таблица S1). Трите генотипа, открити с най-висока честота в колекцията, са e1-as/e2/E3/E4 (36 присъединявания), последвани от e1/e2/E3/e4 (12) и e1-as/e2/e3/e4 ( 11). Четири алела бяха открити за гена E1, където 69 присъединения имаха алела e1-as, 8 присъединения имаха алела e1-fs, 29 присъединения имаха алела e1-nl и 14 присъединявания алела E1. Броят на рецесивните дисфункционални алели е съответно 37 (30,8%), 110 (91,6%), 42 (35%) и 44 (36,7%) за Е1, Е2, Е3 и Е4. Отделен анализ на осемнадесетте казахстански присъединявания показва различни пропорции на дисфункционални алели E1, E3 и E4, съответно с 11,1%, 50% и 5,6%. Всичките 18 проби бяха фиксирани за рецесивен алел на гена Е2 (таблица S1). Девет от осемнадесет местни присъединения са имали генотипа e1-as/e2/E3/E4.

Пет основни групи от десет или повече присъединявания бяха открити сред седемнадесетте комбинации от генотип Е, открити в това проучване (Таблица 1). Броят на характеризираните генотипове е намален до шестнадесет в EK и петнадесет в NK, тъй като присъединяванията с генотипове e1-n/E2/E3/E4 в NK и E1/e2/E3/E4 в EK и NK не образуват семена.

2. Оценка на адаптивността на събирането на соя в три региона на Казахстан

Разнообразната колекция (таблица S1) беше анализирана за ключови етапи на растеж на растенията от три развъдни организации, представляващи SEK, EK и NK. Присъединяванията са проучени за продължителността на шест етапа на развитие на етапи TT-R2 и TT-R8 (таблица S2).

Тъй като местата се различават по географска ширина и дължина, има разлики в дължината на деня, метеорологичните условия (фиг. 1) и датите на сеитба (таблица S2). Корелациите за всички етапи на растеж през трите местоположения са много високи (таблица S3), с изключение на етап R4-R8, където индексът на корелация между станциите SEK и NK е по-малко значителен (P таблица 2. Средни данни от трикратни експерименти на етапи на растеж на растенията) и параметри на добива в три проучени обекта.

Продължителността на TT-R8 е използвана за класифициране на присъединяванията в зрели групи (MG) в трите обекта (Таблица 3). Тъй като колекцията се характеризира с 5 MG в SEK, 3 MG в EK и само 2 MG в NK, беше направено заключението, че броят на MG намалява в по-високи географски ширини. Най-големите групи бяха MG00 в SEK и EK (съответно 86 и 61 присъединявания) и MG000 (44) в NK. Местните размножителни линии попадат в най-големите групи, с изключение на SEK, където казахстанските присъединявания са възложени на MGI и MGII (таблица S1). Във всеки обект е регистриран най-високият среден добив от растение (YPP) за последната зряла група (Таблица 3).

Представяне на събирането на соя в югоизточния регион.

Четири от пет местни сорта принадлежат към MGI, който съдържа 16 присъединения. Петото местно присъединяване беше една от двете проби в MGII (таблица S1). Тъй като продължителността на TT-R8 на 16-те проби в MGI е била значително по-висока от тази на присъединяването на MG0 и MG00 (P 0 57 ’срещу 50 0 15’). Оказа се, че 5 от 9 присъединявания показват подобни MG, докато 4 други са открити в по-ранни MG в Китай.

T-тестът беше приложен, за да се определи значимостта на всеки ген и техните комбинации при анализа на етапите на растеж и добив за всички изследвани 115 присъединявания в ЕК (таблица S4). Установено е, че генотипът E1 е статистически значим за времето преди цъфтежа (P 0 Cd в SEK до 2138 0 Cd в NK.

Стойностите на YPP от полеви опити са използвани за оценка на моделите на взаимодействие между генотип и околна среда (GEI) въз основа на методите AMMI и GGE Biplot (Фигура 2). AMMI ефектите на ANOVA (дисперсионен анализ) откриват голям принос на околната среда към взаимодействието (89,52%), докато сумата от въздействията на генотип (G) и генотип x среда (GE) е само 10,48%. Основният координатен анализ на AMMI (фиг. 2А) предполага, че PC1 ефективно дискриминира SEK и EK сайтове от NK сайта, а PC2 позволява диференциацията на SEK от EK. По-скоро подобни резултати бяха получени при използване на методите GGE Biplot, въпреки че в този случай SEK и EK бяха комбинирани в една и съща мега-среда (Фигура 2B).

AMMI (A) и Biplot (B) графики на изследвания за взаимодействие между генотип и околна среда. Анализите, базирани на данните за добива от събирането на соя, отглеждана в Югоизточен Казахстан (SEK15), Източен Казахстан (EK15) и Северен Казахстан (NK15), събрани през 2015 г. PC1 и PC2 са основните координатори на анализите. Оценките за околната среда и генотипа са дадени съответно в син и зелен цвят.

Дискусия

1. Характеризиране на генотипното разнообразие при тествани соеви присъединения

2. Сравнение на MG в региони с различни географски ширини

Сравнението на MG в три различни географски ширини региони на Казахстан показа намаляване от пет групи в SEK (MGII-MG000) на 2 групи в NK (MG00-MG000); във всяко изпитване най-новият MG винаги осигурява по-добър добив (Таблица 3). При 23 от 120 присъединявания към соя групите MG са сходни във всичките три обекта, а 93 присъединявания показват сходство за поне две места, поради което все още е удобен инструмент за размножаване [2, 5]. Въпреки няколко изключения, тенденцията беше намаляването на продължителността на TT-R8 от по-топли до по-студени региони с по-висока географска ширина (Таблица 3). Тъй като компонентите с най-висок добив са регистрирани за EK и NK (Таблица 2), беше важно да се определи оптимална продължителност на растеж в тези преди това непроучени региони с висока ширина. Установено е, че най-продуктивните присъединявания в EK и NK имат средните стойности съответно 2150 и 2138 за TT-R8 (Таблица 5). Следователно, присъединяванията в този диапазон на зреене са присвоени на MG00. Според [2] и MG0, и MG00 са генотипирани като e1-as/e2/E3/E4 и e1-as/e2/e3/E4. В проучването обаче най-оптималните MG00 генотипове са e1-n/e2/E3/E4 и e1-n/E2/E3/E4 в EK и E1/e2/E3/e4-n в NK, което предполага, че допълнителни генетични факторите, свързани с времето до узряване, трябва да участват в определянето на зрелите групи.