Proiect Bilateral Romānia-Ungaria
Nr. 86/22.08.2008.
Titlul proiectului: “Caracterizarea citogenetică la nivel molecular a introgresiilor grâu – Aegilops şi analiza rezistenţei lor la factori de stres”
Domeniul CDI: 6. Biotehnologii, Biologie şi Genetică
Sursa de finanţare: Bugetul de stat - ANCS
Programul: Capacităţi/Modulul III – Cooperare bilaterală
Valoarea contractului: 79. 555 lei
Durata contractului: 1 an şi 4 luni
Contractor şi Coordonator proiect din partea României: Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare Agricolă Fundulea, str. N. Titulescu, nr. 1., 925200, tel.+40213154040, fax +40 242642044
Partener străin: Agricultural Research Institute of the Hungarian Academy of Sciences; Project leader: Dr. Marta Molnar-Lang
Director proiect: Dr. Aurel Giura, e-mail: agiura@incda-fundulea.ro, agiura@ricic.ro
PREZENTAREA GENERALĂ A PROIECTULUI
Intensificarea lucrărilor de ameliorare din ultimele decenii la grâu a avut drept urmare sărăcirea evidentă a variabilităţii genetice disponibile în genofondul speciei. Chiar dacă, cultivarele actuale conţin gene şi combinaţii de gene piramidate de amelioratori pentru creşterea producţiei, ele pot fi vulnerabile la factorii de stres abiotici şi biotici în dinamică continuă. Ca urmare, a fost reânoit interesul pentru transferul de gene de la speciile sălbatice înrudite. Această nouă abordare beneficiază din plin de posibilităţile oferite prin dezvoltarea unor noi procedee de hibridare, a metodelor de inginerie genetică, de biotehnologie (culturi in vitro) şi de citogenetică moleculară (tehnicile GISH şi FISH).
Pentru valorificarea eficientă a zestrei de gene a speciilor de Aegilops, la INCDA Fundulea s-au obţinut în ultima perioadă o serie de noi stocuri genetice, respectiv :
- amfiploizi sintetici de tipul Triticum durum/specii diploide de Aegilops squarrosa;
- populaţii şi linii de introgresie derivate din retroîncrucişarea amfiploizilor cu grâul comun;
- linii de adiţie, linii de substituţie şi de introgresie obţinute în descendenţa hibrizilor de tipul Triticum aestivum/specii de Aegilops cu structuri genomice mai complexe (tetraploide, hexaploide).
La Institutul de la Martonvaşar (Ungaria) s-au creat, de asemenea, o serie de materiale biolgice valoroase, cu gene transferate de la specii înrudite grâului. Intre acestea, liniile de adiţie şi de translocaţie T. aestivum/Ae. biuncialis prezintă un interes deosebit. Echipa de cercetare de la Martonvaşar se bucură şi de o recunoscută experienţă în detectarea şi identificarea cromatinei străine introgresată la grâu, prin folosirea unor metode noi de citogenetică moleculară (GISH, FISH).
România ca şi Ungaria au preocupări similare în domeniul hibridărilor îndepărtate şi introgresiei de gene străine la grâu.
Scopul proiectului este abordarea şi rezolvarea în comun a câtorva probleme conexe valorificării germoplasmei sălbatice din speciile de Aegilops. Proiectul s-a axat pe următoarele obiective:
- Instruirea la Martonvaşar a unui tânăr cercetător român în domeniul citogeneticii moleculare.
- Identificarea cromatinei străine din linii de introgresie create la Fundulea.
- Caracterizarea morfologică şi evaluarea însuşirilor de interes agronomic la o serie de amfiploizi sintetici şi linii de introgresie.
Principalele rezultate
- In urma unui stagiu de lucru la Institutul de la Martonvaşar, un tânăr cercetător român a dobândit cunoştinţele necesare folosirii tehnicilor GISH şi FISH pentru identificarea şi caracterizarea cromatinei străine introgresate în genomul grâului.
- Au fost evidenţiate linii de introgresie care au în genom segmente cromozomale străine, braţe de cromozomi şi/sau substituţii de cromozomi întregi.
- In urma lucrărilor de selecţie în condiţii de câmp s-au identificat materiale biologice cu însuşiri valoroase pentru :
*Conţinut ridicat de proteină în bob ;
*Rezistenţă la făinare, septorioză şi rezistenţă de plantă adultă la rugină brună;
*Longevitate ridicată a frunzelor, « stay green ».
- Au fost cultivaţi în condiţii de câmp şi caracterizaţi pentru însuşiri morfologice şi de productivitate a spicului un număr de 24 amfiploizi sintetici Triticum durum/Aegilpos sp. Studiul rezistenţei/toleranţei la secetă a amfiploizilor sintetici şi a formelor parentare prin evaluarea termostabilităţii membranelor celulare şi a transpiraţiei cuticulare a evidenţiat o largă variabilitate pentru aceste însuşiri. S-au remarcat amfiploizii E 29 (DDU-297/Ae. tauschii squarrosa 2464 prin cel mai scăzut nivel de vătămare membranară şi amfiploizii E 19 (Grandur/Ae.tauschii squarrosa 2377) şi E 26 (Condur/Ae.tauschii squarrosa 22474) pentru cea mai scăzuă transpiraţie cuticulară.
Datele obţinute facilitează orientarea lucrărilor de retroîncrucişare pe obiective ţintă.
- S-a reuşit înmulţirea liniilor de adiţie Triticum aestivum/Aegilops biuncialis, necesare viitoarelor studii.
Pe baza rezultatelor obţinute au fost transferate colectivului de Ameliorare a grâului un număr de 386 descendenţe elită având la origine trei combinaţii hibride intergenerice.
Rezultatele ştiinţifice urmează a fi diseminate prin publicarea a două articole – unul în ţară şi altul în străinătate, cu următoarea titulatură provizorie :
1. Giura, A. 2010. Development of new wheat genetic stocks for alien introgression. In: Journal of Horticulture, Forestry and Biotechnology, nr. 14 (USAMV Timişoara.
2. Bănică, C., Giura, A. 2011. Detection of alien chromatin in progeny of Triticum aestivum/Aegilops comosa crosses. In: EWAC Newsletter nr. 15.
Project title: Molecular cytogenetic characterization of wheat – Aegilops introgression and evaluation of the resistance to stress factors
No of contact: 86/22.08.2008
Ending year: 2009
Project duration: 16 months
Romanian partner: National Agricultural Research and Development Institute Fundulea (NARDI); 915200; tel +40213154040; fax. 40242642044
Project leader: Dr. Aurel Giura, e-mail:agiura@incda-fundulea.ro, agiura@ricic.ro
Hungarian parner: Agricultural Research Institute of the Hungarian Academy of Sciences;
Project leader: Dr. Marta Molner-Lang
General description of the project
Intense breeding work in the last decades has led to the narrowing of genetic variability in cultivated wheat gene pool. Even if the modern cultivars are holding genes or combination of pyramided genes for yield increase, they however can be vulnerable to abiotic or biotic stresses. In this context the interest of gene transfer – via interspecific and intergeneric hybridization – from wild related species into wheat cultivated germplasm was renewned. These new approaches are mainly supported by advancement in hybridization techniques, chromosome engineering methods, biotechnnological procedures and on recent progress in molecular cytogenetics (FISH and GISH techniques)
At NARDI Fundulea several genetic stocks were developed, such as:
- synthetic amphiploids Triticum durum/Aegilops squarrosa-biotypes of different geographical origin;
- backcrossed populations and introgression lines derived from synthetic amphiploids and Triticum aestivum crosses;
- alien addition lines, spontaneous substitution lines and introgression lines resulted from direct crosses Triticum aestivum/Aegilops species and by application of individual chromosome manipulation techniques.
The Hungarian research team – Agricultural Research Institute of the Hungarian Academy of Science – has been working on alien gene transfer from Aegilops species into common wheat from many years. Wheat – Aegilops biuncialis addition lines are suitable genetic stocks to asses the effect of each alien chromosome in wheat genetic background. The Hungarian team has also a well known experience in detecting introgressed alien chromatin by using GISH and FISH methods.
It was agreed that both research institutes have the same interest in improving tolerance to abiotic and abiotic stresses of common wheat by exploitation of the Aegilops species genetic variability.
The project aim is focused on several aspects regarding alien chromatin identification, characterization and validation of introgressed materials as new genetic resources for wheat improvement.
The project objectives are:
- to acquire new knowledge on molecular cytogenetic techniques (FISH, GISH) application during a long scientific visit at Martonvaşar Institute accomplished by a young Romanian researcher;
- identification of alien chromatin in some valuable introgression lines developed at Fundulea;
- morphological characterization and useful agronomical traits evaluation in new synthetic amphiploids and lines of introgression.
RESULTS
1. The presence of alien chromatin in some introgression genetic stocks developed at Fundulea Institute was detected and identified by using GISH and FISH molecular cytogenetic techniques.
2. As a result of field evaluation and lab analyses, several introgression lines were selected for:
- high protein content;
- adult plant resistance/tolerance to leaf rust, powdery mildew and Septoria;
- stay green trait.
3. Morphometric analyses on 24 new synthetic amphiploids, evidences four synthetics with high number of seed/spike, large grain and long spikes.
4. The seed stocks of addition lines set T. aestivum/Ae. biuncialis developed in Martonvasa was multiplied and sown in autumn 2009, for field eavaluation in Fundulea.
On the basis of field evaluation a number of 386 elite progenies from three intergeneric hybrids combination of introgression programme were transferred to wheat breeding team for further evaluation and use.
5. Several synthetic amphiploids together with parents and other genetic stocks were evaluated in 2008 for drought resistance using membrane stability expressed as injury index (%) and culticular transpiration. The both traits manifested large differences among the analyzed biological materials. The synthetic amphiploid E 29 (DDU 297/Ae. tauschii squarrosa 2464 manifested the most reduced rate of injury. As regards cuticular transpiration measurements, the synthetics E 19 (Grandur/Ae.tauschii squarrosa 2377) and E 26 (Condur/Ae.tauschii squarrosa 22474) showed the lowest cuticular transpiration index.
Scientific results will be disseminated through two papers that will be published as follows:
1. Giura, A. 2010. Development of new wheat genetic stocks for alien introgression. In: Journal of Horticulture, Forestry and Biotechnology, nr. 14 (USAMV Timişoara.
2. Bănică, C., Giura, A. 2011. Detection of alien chromatin in progeny of Triticum aestivum/Aegilops comosa crosses. In: EWAC Newsletter nr. 15.