СОЗДАНИЕ МУТАНТНЫХ ФОРМ AGRIOPHYLLUM SQUARROSUM (L.) MOQ. С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ EMS-МУТАГЕНЕЗА ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ В ЗАСУШЛИВЫХ РЕГИОНАХ

Agriophyllum squarrosum (L.) Moq. - засухоустойчивый псаммофитный вид с высоким потенциалом доместикации в аридных регионах; однако его сельскохозяйственное использование ограничено неблагоприятными признаками, такими как малый размер семян и нестабильная семенная продуктивность. Целью настоящего исследования являлась разработка эффективного метода индукции генетической изменчивости с использованием этилметансульфоната (EMS), а также оценка полученных мутантных форм. Семена обрабатывали 0,3% раствором EMS в течение 18 ч с последующей промывкой, сушкой и выращиванием в контролируемых и полевых условиях. Фенотипическую оценку проводили во втором поколении (M2). Обработка EMS привела к формированию жизнеспособных мутантных популяций с повышенным уровнем фенотипического разнообразия. По сравнению с растениями дикого типа мутанты отличались существенно большей шириной куста и заметным улучшением размеров семян. Наиболее выраженные различия были отмечены по ширине, длине и округлости семян. Длина семян возросла с 2,4 до 2,8 мм, ширина - с 1,8 до 2,0 мм, а масса 1000 семян - с 1,83 до 2,17 г. Также была выявлена морфологическая вариабельность по признакам архитектуры растений и листьев. Полученные результаты подтверждают, что EMS-мутагенез является эффективным инструментом расширения генетического разнообразия A. squarrosum. Выделенные мутантные формы представляют собой перспективный исходный материал для дальнейшей селекции и подтверждают потенциал доместикации данного вида для возделывания в аридных условиях.

1. Chen, G., Zhao, J., Zhao, X., Zhao, P., Duan, R., Nevo, E., & Ma, X. (2014). A psammophyte Agriophyllum squarrosum (L.) Moq.: a potential food crop. Genetic Resources and Crop Evolution, 61(3), 669-676. https://doi.org/10.1007/s10722-014-0083-8.

2. Genievskaya, Y., Abugalieva, S., Zhubanysheva, A., & Turuspekov, Y. (2017). Morphological description and DNA barcoding study of sand rice (Agriophyllum squarrosum, Chenopodiaceae) collected in Kazakhstan. BMC Plant Biology, 17(Suppl 1), 177. https://doi.org/10.1186/s12870-017-1132-1.

3. Zhao, P., Ran, R., Sun, H., Liu, Y., Li, X., Wang, C., & Chen, G. (2023). Sand rice, a promising future crop for desert and marginal lands in northern China. Grassland Research, 2(4), 260-265. https://doi.org/10.1002/glr2.12065.

4. Jiao, D., Liang, Y., Zhou, S., Wu, X., Degen, A. A., Hickford, J., & Yang, G. (2022). Supplementing diets with Agriophyllum squarrosum reduced blood lipids, enhanced immunity and anti-inflammatory capacities, and mediated lipid metabolism in Tan lambs. Animals, 12(24), 3486. https://doi.org/10.3390/ani12243486.

5. Nemoto, M. & Lu, X. (1992). Ecological characteristics of Agriophyllum squarrosum, a pioneer annual on sand dunes in eastern Inner Mongolia, China. Ecological Research, 7(2), 183-186. https://doi.org/10.1007/BF02348498.

6. Chen, C., Zuo, X., & Zhao, X. (2024). The effect of ecological characteristics on the domestication of sand rice (Agriophyllum squarrosum). PeerJ, 12, e18320. https://doi.org/10.7717/peerj.18320.

7. Chaudhary, J., Deshmukh, R., & Sonah, H. (2019). Mutagenesis approaches and their role in crop improvement. Plants, 8(11), 467. https://doi.org/10.3390/plants8110467.

8. Oladosu, Y., Rafii, M. Y., Abdullah, N., Hussin, G., Ramli, A., Rahim, H. A., & Usman, M. (2016). Principle and application of plant mutagenesis in crop improvement: a review. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 30(1), 1-16. https://doi.org/10.1080/13102818.2015.1087333.

9. Subramaniam, R. & Kumar, V. S. (2023). Ethyl methanesulphonate (EMS)-mediated mutagenesis induces genetic and morphological variations in eggplant (Solanum melongena L.). International Journal of Plant Biology, 14(3), 714-728. https://doi.org/10.3390/ijpb14030053.

10. Chen, L., Duan, L., Sun, M., Yang, Z., Li, H., Hu, K., & Liu, L. (2023). Current trends and insights on EMS mutagenesis application to studies on plant abiotic stress tolerance and development. Frontiers In Plant Science, 13, 1052569. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1052569.

11. Viana, V. E., Pegoraro, C., Busanello, C., & Costa de Oliveira, A. (2019). Mutagenesis in rice: the basis for breeding a new super plant. Frontiers in plant science, 10, 1326. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01326.

12. Li, X., Sun, H., Cui, X., Miao, Y., & Zhao, P. (2025). Developing elite lines with synchronous emergence rate and strong seedling vigor for sand rice (Agriophyllum squarrosum) cultivation. Research in Cold and Arid Regions. https://doi.org/10.1016/j.rcar.2025.05.010.

13. Zhang, J., Zhao, P., Zhao, J., & Chen, G. (2018). Synteny-based mapping of causal point mutations relevant to sand rice (Agriophyllum squarrosum) trichomeless1 mutant by RNA-sequencing. Journal of Plant Physiology, 231, 86-95. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.09.003.

14. Arisha, M. H., Shah, S. N., Gong, Z. H., Jing, H., Li, C., & Zhang, H. X. (2015). Ethyl methane sulfonate induced mutations in M2 generation and physiological variations in M1 generation of peppers (Capsicum annuum L.). Frontiers in Plant Science, 6, 399. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00399.

15. Zhao, P., Li, X., Ran, R., Sun, H., Zhao, J., & Chen, G. (2022). Precipitation and local environment shape the geographic variation of seed size across natural populations of sand rice (Agriophyllum squarrosum). Journal of Experimental Botany, 73(16), 5682-5697. https://doi.org/10.1093/jxb/erac231.

16. Liu, M., Zhu, R., Xie, H. (2022). Responses of germination strategy of Agriophyllum squarrosum to rainfall pattern in the Tengger desert. PeerJ, 10, e14395. https://doi.org/10.7717/peerj.14395.

17. Di Pauli, V., Fontana, P. D., Lewi, D. M., Felipe, A., & Erazzú, L. E. (2025). Ethyl methanesulfonate-induced mutagenesis generates genetic and morphological variations in an elite Argentine sugarcane genotype. Discover Plants, 2(1), 230. https://doi.org/10.1007/s44372-025-00298-x.

18. Ran, R., Cui, X., Zhao, X., Zhao, Y., Zhang, C., & Zhao, P. (2025). Within‐plant leaf maturity and trichome density variation shape the elemental composition divergence in desert plant sand rice (Agriophyllum squarrosum). Ecology and Evolution, 15(6), e71542. https://doi.org/10.1002/ece3.71542.