Biomarkers for alumotolerance of winter-hardy forms of Triticum aestivum L. from the VIR collection | Биомаркеры алюмотолерантности у зимостойких форм Triticum aestivum L. из коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова

Английский. All cultivated land in the world is approximately 50% acidic soil, in Russia it is approximately 30%. This limits the production of economically significant crops. The area of highly acidic farmland increases annually. Hexaploid wheats are well represented in the collection of the Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), the main part of which (44 thousand samples) is T. aestivum. It was for the first time compared the metabolomic profiles (MP) of T. aestivum accessions of different eco-geographical origins adapted to the conditions of the North-West of the Russian Federation and identified the MP features in aluminum tolerant forms to detect putative metabolic markers for resistance to aluminum ions. Nonspecific metabolomic profiling of 7-day seedling rootlets of 20 T. aestivum accessions varying in degree of sensitivity to Al3+ was performed using gas chromatography coupled with mass spectrometry. Polyols, nucleosides, lactone forms of organic acids, free fatty acids and their derivatives, trioses, pentoses, hexoses, oligosaccharides, phenol-containing substances, terpenes, phytosterols were better represented in MP genotypes with low sensitivity to Al3+. Dispersion analysis revealed significant differences of the MP of the accessions with a more expressed resistance to Al3+. Exposure to a stressor presumably causes changes in the Krebs cycle, the synthesis of carbohydrates, plant hormones, other protective factors, glycerolipids and triglycerides of the membrane complex. Classical discriminant analysis followed by canonical analysis allowed us to identify eleven components with 100% confidence separating T. aestivum samples with varying degrees of aluminum tolerance.

Русский. Кислые почвы составляют около 50% от всех посевных угодий мира, что ограничивает производство возделываемых культур. Площадь с.-х. угодий с повышенной кислотностью ежегодно увеличивается, в России она составляет примерно 30%. В коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) большая часть гексаплоидных пшениц (44 тыс. образцов) относится к T. aestivum. Впервые сравнивали метаболомные профили коллекционных образцов T. aestivum разного эколого-географического происхождения, адаптированных к условиям северо-запада России, и выявили их особенности у форм с низкой чувствительностью к воздействию ионов алюминия для обнаружения метаболитов - потенциальных маркеров устойчивости к ионам алюминия. Метаболомные профили (МП) 20 образцов T. aestivum (коллекция ВИР) с разной степенью чувствительности к Al3+ изучили методом неспецифического метаболомного профилирования с использованием газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией. МП анализировали в тканях корешков 7-суточных проростков. В МП генотипов с низкой чувствительностью к Al3+ представлены полиолы, нуклеозиды, лактонные формы органических кислот, свободные жирные кислоты и их производные, триозы, пентозы, гексозы, олигосахара, фенолсодержащие вещества, терпены, фитостеролы. Воздействие стрессора предположительно вызывает изменения в цикле Кребса, синтезе карбогидратов, растительных гормонов, других защитных факторов, глицеролипидов и триглицеридов мембранного комплекса. Методом дисперсионного анализа установлены достоверные отличия МП форм с более выраженной устойчивостью к Al3+ от остальных образцов по содержанию основных соединений, перечисленных выше. Классический дискриминантный анализ с последующим каноническим корреляционным анализом позволил выделить 11 компонентов со 100%-ной достоверностью разделяющих образцы T. aestivum с разной степенью алюмотолерантности.