Cytogenetic analysis ofthe effects of a newepimutagenic agent on chromosomalstabilityin winter wheat (Triticum aestivum)

Abstract

This study evaluated the epimutagenic potential of Nonidet P-40 (NP-40) in winter wheat (Triticum aestivum L.) by assessing its capacity to induce chromosomal aberrations, elucidating genotype–mutagen interactions, and determining its predictive value at the cellular level for inducing heritable epigenetic mutations. Four winter wheat varieties (Farell, NE 12443, Ronin, and Seilor) were exposed to NP-40 concentrations of 0.01%, 0.05%, 0.1%, and 0.5%. The cytogenetic analyses included assessments of pollen sterility and the frequency and spectrum of chromosomal aberrations in root-tip meristematic cells during mitosis. The results demonstrated significant genotypespecific responses to NP-40 treatment, with varieties Farell and, to a lesser extent, Ronin identified as particularly sensitive. These varieties exhibited a pronounced susceptibility, highlighting their suitability for targeted induction of genetic variability and subsequent mutantselection. Of the tested NP-40 concentrations, 0.5% NP-40 was observed to be the most effective, inducing substantial chromosomal aberrations while maintaining acceptable plant viability, thereby optimizing mutation induction and minimizing adverse cytotoxic effects. Conversely, moderate NP-40 concentrations (0.01–0.1%) were less effective, yielding a suboptimal balance between induced genetic variability and viability. Key cytogenetic indicators of genotype-specific sensitivity included pollen fertility, the total frequency of chromosomal rearrangements, and the number of chromosomal bridges. By contrast, parameters such as fragment abundance and the occurrence of rare aberrations were analytically less informative. Notably, the NP-40-induced chromosomal aberration patterns differed markedly from those typically observed with classical chemical supermutagens, with responses significantly influenced by genetic background. These findings offer valuable insights into the epimutagenic properties of NP-40, emphasizing the critical role of genotype selection and concentration optimization in effective mutation breeding strategies. Future research will integrate these cytogenetic observations with analyses of hereditary variability in biochemical and physiological traits, enhancing epimutagenic methodologies and improving breeding programs aimed at winter wheat cultivar advancement. У цьому дослідженні оцінили епімутагенний потенціал Nonidet P-40 (NP-40) на озимій пшениці ( Triticum aestivum L.) шляхом оцінки його здатності індукувати хромосомні аберації, з'ясування взаємодії генотип-мутаген та визначення його прогностичної цінності на клітинному рівні для індукції спадкових епігенетичних мутацій. Чотири сорти озимої пшениці (Farell, NE 12443, Ronin та Seilor) зазнали впливу концентрацій NP-40 0,01%, 0,05%, 0,1% та 0,5%. Цитогенетичний аналіз включав оцінку стерильності пилку та частоти й спектру хромосомних аберацій у меристематичних клітинах кінчиків коренів під час мітозу. Результати продемонстрували значні генотип-специфічні відповіді на обробку NP-40, причому сорти Farell та, меншою мірою, Ronin були визначені як особливо чутливі. Ці сорти проявили виражену сприйнятливість, що підкреслює їхню придатність для цілеспрямованої індукції генетичної мінливості та подальшого відбору мутантів. З протестованих концентрацій NP-40, 0,5% NP-40 виявилася найефективнішою, індукуючи суттєві хромосомні аберації, зберігаючи при цьому прийнятну життєздатність рослин, тим самим оптимізуючи індукцію мутацій та мінімізуючи несприятливі цитотоксичні ефекти. І навпаки, помірні концентрації NP-40 (0,01–0,1%) були менш ефективними, що призводило до неоптимального балансу між індукованою генетичною мінливістю та життєздатністю. Ключовими цитогенетичними показниками генотип-специфічної чутливості були фертильність пилку, загальна частота хромосомних перебудов та кількість хромосомних містків. Натомість, такі параметри, як кількість фрагментів та виникнення рідкісних аберацій, були аналітично менш інформативними. Примітно, що патерни хромосомних аберацій, індукованих NP-40, значно відрізнялися від тих, що зазвичай спостерігаються з класичними хімічними супермутагенами, причому на реакції значно впливав генетичний фон. Ці результати дають цінне розуміння епімутагенних властивостей NP-40, підкреслюючи критичну роль відбору генотипу та оптимізації концентрації в ефективних стратегіях селекції мутацій. Майбутні дослідження інтегруватимуть ці цитогенетичні спостереження з аналізом спадкової мінливості біохімічних та фізіологічних ознак, удосконалюючи епімутагенні методології та покращуючи селекційні програми, спрямовані на покращення сортів озимої пшениці.