Zadanie 2.1 Poszerzenie puli genetycznej pszenicy ozimej do hodowli i uprawy odmian o podwyższonych parametrach produktywności, jakości i podwyższonej odporności na ważne gospodarczo stresy abiotyczne i biotyczne.
Wykonawca:
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie.
Cel zadania:
Celem zadania jest: poszerzenie puli genetycznej pszenicy pod kątem zwiększenia mrozoodporności, jakości technologicznej ziarna w tym składu białek i twardości, polepszonych parametrach pobierania i wykorzystania azotu oraz odporności na rdzę brunatną. Zidentyfikowane zostaną nowe znaczniki odporności przedłużonej oraz twardości ziarna i opracowane nowe metody analizy jakościowej pszenicy.
Cel główny będzie realizowany za pomocą pięciu celów szczegółowych.
- Cel szczegółowy 1. Poszerzenie puli genetycznej Triticum. aestivum L. przez wykorzystanie bioróżnorodności gatunków spokrewnionych pod kątem zwiększenia mrozoodporności i jakości technologicznej ziarna.
- Cel szczegółowy 2. Dostarczenie hodowcom materiału wyjściowego o polepszonych parametrach pobierania i wykorzystania azotu do krzyżowań z odmianami wysokoplennymi, skutkujące zmniejszeniem nakładów na produkcję i podniesieniem plonu roślin zbożowych oraz zmniejszeniem zanieczyszczenia środowiska azotem.
- Cel szczegółowy 3. Charakterystyka odporności przedłużonej pszenicy(Triticum aestivum) na rdzę brunatną (Puccinia triticina, syn. P. recondita) oraz wykorzystanie jej do selekcji roślin w hodowli odmian odpornych.
- Cel szczegółowy 4. Wytworzenie nowych źródeł genetycznych cech jakościowych dla potrzeb polskiej hodowli pszenicy drogą identyfikacji genotypów mieszańcowych zawierających podjednostki białek HMW gluteninowych skorelowanych z korzystnymi wartościami parametrów technologicznych.
- Cel szczegółowy 5. Poszerzenie puli genetycznej pszenicy o formy o różnej twardości ziarna oraz dostarczenia hodowcom wybranych genotypów do hodowli.
Uzasadnienie zadania:
W trakcie realizacji Programu planuje się uzyskanie materiałów pszenic ozimych o wysokich wartościach technologicznych ziarna klasy E, A, ulepszonych elementach produktywnych kłosa, odpornych na choroby kłosa (brak skażenia mikotoksynami), rdzę liściową oraz o niskim porastaniu i podwyższonej twardości ziarna na bazie linii pszenicy T. aestivum L. uzyskanych m.in. z krzyżowań międzygatunkowych i międzyrodzajowych z gatunkami spokrewnionymi podnoszącymi jakość i mrozoodporność oraz z innych źródeł.
Dotychczasowe badania wskazują, że istnieją możliwości poprawy efektywności pobierania i wykorzystania azotu w pszenicy poprzez wprowadzenie chromosomów lub ich fragmentów z żyta. Takie postępowanie wydaje się najłatwiejszą metodą otrzymania osobników, stanowiących dobre donory tych cech do dalszej hodowli. Celem praktycznym tej części zadania będzie uzyskanie zróżnicowanych genetycznie linii pszenicy ozimej zawierających fragmenty genomu żytniego, wpływające pozytywnie na pobieranie i wykorzystanie azotu, stanowiących komponenty do krzyżowań. Otrzymane formy pszenicy ozimej będą przydatne dla potrzeb rolnictwa ekologicznego i niskonakładowego, dla obniżenia kosztów uprawy pszenicy ozimej i w celu ograniczenia przenikania azotu do środowiska.
Zostaną zaprojektowane znaczniki molekularne i funkcjonalne pozwalające wykryć obecność alleli dotychczas wyizolowanych genów przedłużonej odporności na rdzę brunatną. Następnie będą zidentyfikowane u pszenicy znaczniki funkcjonalne przedłużonej odporności, opracowana zostanie metoda identyfikacji tych znaczników w materiałach hodowlanych i wykorzystana w hodowli odpornościowej.
Zostaną wytworzone nowe źródła genetyczne pszenicy ozimej zawierające podjednostki glutenin o wysokiej masie cząsteczkowej (HMW glutenin) powiązane z korzystnymi wartościami parametrów technologicznych. Ten temat będzie realizowany z wykorzystaniem metody rozdziału elektroforetycznego SDS-PAGE. Pozwala ona na szybką i dokładną identyfikację podjednostek HMW glutenin. Warto nadmienić, iż spośród różnych markerów cech użytkowych, będących przedmiotem badań naukowych na przestrzeni ostatnich 20-tu lat, podjednostki HMW glutenin, jako jedne z nielicznych (jeżeli nie jedyne), znalazły praktyczne zastosowanie w pracach hodowlanych i są efektywnie wykorzystywane do selekcji genotypów o podwyższonych wartościach cech jakościowych.
Następnym celem będzie poszerzenie puli genetycznej pszenicy o formy o różnej twardości ziarna oraz dostarczenia hodowcom wybranych genotypów do hodowli.Przeprowadzona będzie charakterystyka różnych materiałów hodowlanych otrzymanych od hodowców oraz genotypów pszenicy z innych źródeł pod względem twardości ziarna. Charakterystyka ta obejmie genotypowanie, czyli precyzyjne określenie alleli genów Pin odpowiadających za analizowaną cechę, jakie występują w badanych genotypach, analizę ekspresji tych genów oraz zawartości kodowanych przez nie białek. Ostatnim etapem będzie test twardości ziarna metodą SKCS oraz innymi metodami. Te dane będą przekazywane hodowcom celem wykorzystania w hodowli odmian o określonej twardości ziarna. Cecha ta będzie również monitorowana w trakcie hodowli i selekcji.
Wykorzystanie wyników w praktyce:
Wyniki badań będą wsparciem merytorycznym i praktycznym dla producentów pszenicy oraz przedsiębiorstw przemysłu rolno-spożywczego. Założony cel główny i cele szczegółowe są ukierunkowane na realizację strategii zrównoważonego rozwoju rolnictwa poprzez wytworzenie, bądź wyszukanie technikami konwencjonalnymi i molekularnymi nowej zmienności genetycznej u pszenicy ozimej. Zmienność ta zostanie wykorzystana w praktycznej hodowli nowych odmian spełniających wymogi podwyższonej produktywności, m.in. pobierania i wykorzystania azotu, jakości, odporności na stresy biotyczne i abiotyczne. W szczególności zostaną wyselekcjonowane materiały hodowlane:
- łączące ulepszone elementy plonotwórcze kłosa z wysokimi wskaźnikami technologicznymi ziarna i niskim porastaniu ziarna w kłosach na bazie krzyżowań pszenicy T. aestivum L. z gatunkami spokrewnionymi z rodziny Poaceae. Stanowić one będą poszerzenie zmienności genetycznej międzyodmianowej na bazie T. aestivum L. w hodowli nowych odmian,
- linie o ulepszonych wskaźnikach technologicznych ziarna w połączeniu z innymi cechami kłosa na bazie wyprowadzonych z wytypowanych mieszańców linii podwojonych haploidów,
- materiały wyjściowe o poprawionej efektywności pobierania i wykorzystania azotu, z użyciem posiadanych linii substytucyjnych pszenicy zawierających chromosomy żyta,
- genotypy zawierające kombinacje bloków białek zapasowych powiązanych z korzystnymi parametrami cech jakościowych,
- materiały hodowlane o potencjalnie przedłużonej odporności na rdzę brunatną,
- genotypy lub materiały hodowlane pszenicy o właściwych dla danego procesu technologicznego parametrach twardości i jakości ziarna.
W analizie jakościowej planowany jest rozdział kilku tysięcy prób (pojedynczych ziarniaków, połówek ziarniaków lub mąki) w skali jednego roku. Na podstawie wyników analiz elektroforetycznych (SDS-PAGE lub A-PAGE) zostaną wybrane genotypy zawierające kombinacje bloków białek zapasowych powiązanych z korzystnymi parametrami cech jakościowych. Biorąc pod uwagę, że genetyczne sprzężenie pomiędzy zróżnicowaniem składu HMW glutenin, a zmiennością cech technologicznych udowodniono już wielokrotnie, w tym również w badaniach realizowanych w ZRZ IHAR-PIB w Krakowie, wyniki prac mogą w sposób znaczący przyczynić się do skrócenia cyklu hodowlanego.
W programach hodowlanych zostaną wyznaczone i wykorzystane nowe znaczniki odporności, które będą użyte do selekcji materiałów hodowlanych o potencjalnie przedłużonej odporności na rdzę brunatną i znaczniki genetyczne, biochemiczne i fizjologiczne o zwiększonej twardości ziarna pszenicy.
Za ich pomocą będzie prowadzona charakterystyka różnych genotypów lub materiałów hodowlanych pszenicy w celu poszerzenia puli genetycznej tych gatunków oraz dostarczenia hodowcom wybranych form do hodowli.
Odbiorcami wyników zadania będą przede wszystkim polscy hodowcy w spółkach i przedsiębiorstwach hodowlano-nasiennych a następnie producenci pszenicy ozimej. Realizacja zadania przyczyni się do zwiększenia jakości technologicznej i odporności na stresy biologiczne i fizyczne nowych odmian pszenicy, zmniejszenia skażenia środowiska nawozami azotowymi i pestycydami, zmniejszy nakłady na produkcję i z pewnością przyczyni się do podniesienia potencjału plonowania pszenicy ozimej.
