Share of positive changes in winter wheat varieties as parameter of action of a new epimutagenic agent

Abstract

The investigation of novel agents for inducing practical biodiversity in modern winter wheat varieties presents significant op portunities for developing new commercial cultivars and components for recombination breeding. This study aimed to assess the effectiveness of the epimutagen Nonidet P-40 (NP-40) for optimizing yield and grain quality parameters in mutant wheat forms. Eight winter wheat varieties (Perspektyva Odeska, Sonata Poltavska, Shpalivka, MIP Lada, Farell, NE 12443, Ronin, and Seilor) were exposed to NP-40 at concentrations of 0.01%, 0.05%, 0.1%, and 0.5%, with a seed exposure period of 24 hours, adhering to established chemical mutagenesis protocols. The study identified clear patterns in epimutational processes affecting agriculturally valuable traits, thereby enhancing the predictability and reliability of mutation breeding programs. The varieties Farell, Ronin, and Perspektyva Odeska demonstrated particularly high potential for generating agriculturally valuable variability. Optimal epi mutagen concentrations (0.1% and 0.5% NP-40) produced substantial breeding variability, yielding valuable genetic material suitable for both direct commercialization and parental lines in hybridization programs. Notably, NP-40 induced epimutations with high reliability in traits such as improved microelement content, early ripeness, increased protein content, and reduced plant height. Moderately induced traits included elongated spikes, enhanced protein composition, improved productivity, and increased disease tolerance. NP-40 treatments, while highly effective overall, showed a strong dependency on genotype, suggesting targe ted variety selection is essential. Although the frequency of complex trait epimutations was relatively low, such epimutations, when present, proved highly valuable. Higher concentrations of NP-40 increased the risk of undesirable traits such as taller plants and delayed maturity, highlighting the necessity for balanced concentration management. Several promising epimutant winter wheat lines were identified as potential future commercial cultivars, exhibiting high grain productivity and superior bread-making quality, including one exceptional form noted for outstanding grain protein characteristics. Further research is planned to evaluate physiological adaptations of these new lines, particularly their resistance to abiotic stresses such as drought and winter hardiness. Дослідження нових агентів для індукції практичного біорізноманіття у сучасних сортах озимої пшениці відкриває значні можливості для розробки нових комерційних сортів та компонентів для рекомбінаційної селекції. Метою цього дослідження було оцінити ефективність епімутагену Нонідет П-40 (NP-40) для оптимізації параметрів врожайності та якості зерна у мутантних формах пшениці. Вісім сортів озимої пшениці (Перспектива Одеська, Соната Полтавська, Шпалівка, МІП Лада, Фарелл, NE 12443, Ронін та Сейлор) були оброблені NP-40 у концентраціях 0,01%, 0,05%, 0,1% та 0,5% з періодом експозиції насіння 24 години, дотримуючись встановлених протоколів хімічного мутагенезу. Дослідження виявило чіткі закономірності в епімутаційних процесах, що впливають на сільськогосподарсько цінні ознаки, тим самим підвищуючи передбачуваність та надійність програм мутаційної селекції. Сорти Фарелл, Ронін та Перспектива Одеська продемонстрували особливо високий потенціал для створення сільськогосподарсько цінної мінливості. Оптимальні концентрації епімутагену (0,1% та 0,5% NP-40) призвели до значної мінливості селекції, що дало цінний генетичний матеріал, придатний як для прямої комерціалізації, так і для батьківських ліній у програмах гібридизації. Примітно, що NP-40 індукував епімутації з високою надійністю в таких ознаках, як покращений вміст мікроелементів, рання стиглість, підвищений вміст білка та зменшена висота рослин. Помірно індуковані ознаки включали видовжені колоски, покращений склад білка, покращену продуктивність та підвищену стійкість до хвороб. Обробки NP-40, хоча й загалом високоефективні, показали сильну залежність від генотипу, що свідчить про необхідність цілеспрямованого відбору сортів. Хоча частота складних епімутацій ознак була відносно низькою, такі епімутації, коли вони були присутні, виявилися дуже цінними. Вищі концентрації NP-40 збільшували ризик небажаних ознак, таких як вищі рослини та затримка дозрівання, що підкреслює необхідність збалансованого управління концентрацією. Кілька перспективних епімутантних ліній озимої пшениці були визначені як потенційні майбутні комерційні сорти, що демонструють високу продуктивність зерна та чудову хлібопекарську якість, включаючи одну виняткову форму, відому видатними характеристиками білка зерна. Подальші дослідження плануються для оцінки фізіологічних адаптацій цих нових ліній, зокрема їхньої стійкості до абіотичних стресів, таких як посуха та зимостійкість.