Бұршақ гүлінің Cicer туысы: Тұқымдық және экологиялық ерекшеліктері

Кіріспе

Гүлді өсімдіктер туысы

Cicer – бұршақ тұқымдасының (Fabaceae) туысы және Cicereae тайпасындағы жалғыз туыс. Ол IRLC-ге кіреді, ал табиғи ареалы Таяу Шығыс және Азияда орналасқан. Оның ең белгілі және қолға үйретілген жалғыз өкілі – Cicer arietinum, нөхат.

Түрлі көпжылдық цицер өсімдіктерінің төзімділігі және өсімдіктерді жақсарту мүмкіндігі

Сицер көпжылдықтарында басқа шөптесін түрлерге қарағанда белгілі бір ортада жоғары төзімділік қасиеттері байқалады. Кейбір сицер көпжылдықтарын жинау қиын болғанымен, нақты түрлерінің өнімін арттыру мақсатында зерттеулер жүргізілген. Әртүрлі зерттеулер нақты сицер көпжылдық түрлерінің ерекше төзімділіктері мен тіршілікке бейімделу қабілеттерінің жақсарғанын көрсетеді. Мысалы, көпжылдық түр – қанатша сицер (Cicer canariense) ғылыми тәжірибелер арқылы тіршілікке бейімделу қабілетін арттыра алды. Cicer canariense көпжылдығының өнімі қатты тұқымдық қабығының салдарынан төмендеуі мүмкін. Дегенмен, тұқымның өнімін жақсарту үшін күкірт қышқылымен химиялық жолмен және ыстық сумен өңдеу сияқты әдістер қолданылуы мүмкін. Бір зерттеуде физикалық тыныштық күйі механикалық сызат салу және күкірт ерітіндісіне батыру арқылы ең тиімді түрде жеңілді. Өсімдік дамуына қатысты тағы да зерттеулер осы түрді потенциалды тағамдық көз ретінде ұсынуы мүмкін. Тағы бір көпжылдық түр – Cicer anatolicum, өсірілетін бұршаққа қарағанда бұршақ аскохитозына жоғары төзімділік көрсетеді. Алайда, гибридтесу кедергілеріне байланысты осы төзімділікке қол жеткізу қиын. Эндогенді гормондарға қатысты жүргізілген терең зерттеулер көрсеткендей, егер өсірілетін бұршақ пен көпжылдық түр арасындағы гормондық профильдер синхронды болса, түраралық гибридтерді алуға болады. Гормондық профильдерге қатысты қосымша тәжірибелер заманауи бұршақ пен Cicer anatolicum арасындағы гибридтесу кедергілерін азайтуға мүмкіндік береді. Тағы бір қиындық – әлемнің әртүрлі аймақтарында нақты сицер түрлерін өсіру мүмкін еместігі. Көптеген сицер көпжылдық және біржылдық түрлері әртүрлі ортада өседі. Қазірге дейін, тропикалық немесе субтропикалық жағдайда, біржылдық сицер түрлері өсетін жерлерде, ешбір сицер көпжылдық түрі сәтті өсірілген жоқ. Егер көпжылдық түрлердің тозаңы біржылдық түрлер өсетін әлемнің әртүрлі аймақтарында қолдану үшін сақталса, онда гибридтесу техникаларын тиімдірек жүзеге асыруға болады. Көпжылдық тұқымдық плазманы қолданудағы бұл қиындық теңіз арқылы өміршең тозаңды тасымалдау арқылы шешілуі мүмкін. Егер бұл мәселе шешілсе, әлемнің әртүрлі аймақтарында көбірек сицер көпжылдықтарын отырғызуға болады. Сицер түрлеріне әсер ететін тағы бір шектеу – Helicoverpa armigera қоңызы, олардың тіршілігі үшін үлкен қауіп төндіреді. Қонақ өсімдіктерге төзімділік – бұл зиянкестермен күресудің тиімді әдісі. Бір зерттеуде C. canariense және C. microphyllum сияқты көпжылдық түрлердің H. armigera-ға қарсы төзімділігі, біржылдық түр C. judaicum-ға қарағанда жоғары екені анықталды. Кресс-бридинг бойынша жүргізілген тәжірибелер осы төзімділікке жауапты белоктардың генетикалық шығу тегі туралы ақпарат беруі мүмкін. Көптеген сицер көпжылдықтары үшін еңсеруге тиіс тағы бір мәселе – құрғақшылыққа төзімділік. Әлемдегі қызанақтың (Cicer arietinum) 90%-ға жуығы жауын-шашынның аз болуымен және құрғақшылықтың өсуге елеулі кедергі келтіретін жағдайларда өсіріледі. Бір зерттеуде көпжылдық түрлердің құрғақшылыққа төзімділігі біржылдық түрлермен салыстырылды. Тестілеу кезінде, көпжылдық жабайы сицер түрлері сарқылып, кепкеннен кейін қалпына келді және жоғары температураға төзімді болды. Тестіленген көпжылдық түрлердің ішінде Cicer anatolicum-мен гибридтесуді сынау қажет, өйткені оның біржылдық түрлерге жақын генетикалық байланысы бар. Осы төзімділік және сицер көпжылдық геномының жақсаруы көпжылдықтардың қасиеттеріне жауап беретін гендерді зерттеу үшін потенциалды білім қоры болуы мүмкін. Құрғақшылыққа және зиянкестерге төзімділік, сондай-ақ өсімдік дамуындағы ғылыми жетістіктер көптеген сицер көпжылдықтарының эволюциясында маңызды рөл атқарады. Генетикалық алмасу және сицер көпжылдықтарының аралас тұқымдасуы туралы қосымша зерттеулер заманауи тағамдық дақылдардың қасиеттерін жақсартуға және инновация үшін кең көлемді білім беруге мүмкіндік береді.

Cicer perennials harbor great resistances in particular environments in comparison to the resistances of other herbaceous species. Although some Cicer perennials are difficult to harvest, there have been studies to improve the germination of particular species. Various studies highlight the specific resistances and improvements in fitness of particular Cicer perennial species. For example, one way in which Cicer canariense, a perennial species, was able to improve its fitness is by the help of scientific experimentation. Cicer canariense, a perennial species, has a lowered field emergence due to a hard seed coats. However, various methods such as chemical scarification with concentrated sulphuric acid as well as hot water treatment can be used to improve germination. In one particular study, physical dormancy was overcome most effectively by mechanical scarification and sulphur immersion. More studies regarding crop development could introduce this species as a potential food source. Another perennial species, Cicer anatolicum, resists chickpea ascochyta blight superior to the cultivated chickpea. Access to this resistance is barred due to hybridization barriers. A detailed study on endogenous hormones showed that interspecific hybrid production could occur if hormone profiles between the cultivated chickpea and the perennial are synchronized. Further experimentation on hormone profiles could open up hybridization barriers between the modern chickpea and Cicer anatolicum. Another barricade that could be overcome is the inability to cultivate specific Cicer perennials in different parts of the world. Many Cicer perennials and annual plants grow in different environments. So far, none of the perennial Cicer species have been grown successfully in a tropical or subtropical setting in which annual Cicer species grow. If the pollen of perennial species can be preserved for use in the different parts of the world in which annual species grow, then crossability techniques can be performed more effectively. This difficulty in use of the perennial germplasm can be resolved by transshipping viable pollen across the ocean. If this issue were to be resolved, more Cicer perennials could be planted in various portions of the world. Another constraint that affects the Cicer species is the bollworm Helicoverpa armigera, which is one of the biggest problems for their survival. Host plant resistance is an effective method to resolve these pests. A study found that perennials such as C. canariense and C. microphyllum have high resistance to H. armigera compared to C. judaicum, an annual plant. More experimentation on cross breeding could give clues on the genetic origin of the proteins responsible for this resistance. Drought resistance is another opposition to overcome for many Cicer perennials. About 90% of chickpea (Cicer arietinum) in the world is grown with very little rainfall and where drought is a significant constraint to growth. A study assessed the resistance of drought of many perennials compared to annuals. When tested, the perennial wild Cicer species recovered after wilting and drying out and also tolerated high temperatures. Of all the perennials tested crossbreeding with Cicer anatolicum should be tested because of its close genetic affinities to the annual species. These resistances and improvements in the Cicer perennial genome can be a potential reservoir of knowledge for the exploration of the genes that contribute to the perennials’ traits. Drought and pest resistance along with scientific improvements in crop development play a huge role in the evolution of many Cicer perennials. Further studies of genetic exchange and crossbreeding between Cicer perennials could potentially benefit the traits of contemporary food bearing crops and provide extensive knowledge for innovation.

Эволюция

Cicer тұқымдасы әр түрлі ерекшеліктері бар көптеген түрлерден тұрады, бұл оны азық-түлік дақылы ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта Cicer тұқымдасының тек бір түрі – қазіргі заманғы бұршақ дақыл ретінде өсіріледі, бірақ зерттеушілер одан әрі отандықтандыру және көпжылдық дақылдарға кеңейту үшін тағы да көптеген мүмкіндіктерді қарастыруда. Көпжылдық дақылдарға кеңейтуге әкелуі мүмкін ең үміткер нұсқалардың бірі – біржылдық және көпжылдық түрлердің арасындағы будандастыру. Дегенмен, гибридтеу тек белгілі бір түрлер арасында ғана мүмкін және/немесе сәтті болады, ал олар әлі анықталған жоқ. Бұл кеңеюдің бірінші қадамы – ықтимал кандидат түрлерін анықтау үшін Cicer тұқымдасының көпжылдық және біржылдық түрлері арасындағы қарым-қатынасты морфологиялық және генетикалық тұрғыдан зерттеу. Өкінішке орай, зерттеулер Cicer тұқымдасының көпжылдық және біржылдық түрлері арасындағы айқын морфологиялық айырмашылықтарды көрсетіп, осы түрлерді будандастыруға тырысудың қиындықтарға әкелуі мүмкін екенін көрсетеді. Атап айтқанда, тұқым қабығының морфологиясын бірнеше нақты гендік локустарда зерттеген зерттеу, Cicer тұқымдасының екі тармағы арасындағы айқын айырмашылықтарды көрсеткен біржылдық және көпжылдық түрлерді салыстырды. Зерттеу Cicer тұқымдасының генетикалық айырмашылықтарын көрсететін филогенетикалық ағаштар құруға мүмкіндік берді, ал алынған деректер "Моноцицердің жылдам түрлерге бөлінуін, соның ішінде бұзылған ортаға бейімделуін" көрсетіп, біржылдық түрлер (Моноцицер) мен Cicer тұқымдасының көпжылдық түрлері арасындағы үлкен қашықтықты көрсетеді. Зерттеушілер басқа көпжылдық түрлерге қарағанда біржылдық өсімдіктерге жақын болған C. incisum деген бір көпжылдық түрді анықтады. Филогенияның ортақ үрдісінен бұл айырмашылықтар одан әрі өсіруге болатын жақын туыстардың болуы мүмкін екенін көрсетеді. Қазіргі көпжылдық және біржылдық түрлердің ортақ ата-бабалары арасындағы эволюциялық қашықтық айтарлықтай, бірақ бұл зерттеу көпжылдық түрді азық-түлік дақылы ретінде өсіру мүмкін екендігіне үміт береді.

The genus, Cicer, is composed of many species with different characteristics that make it an interesting candidate for a food crop. Currently, only one species of Cicer, the modern chickpea, is domesticated as a cultivar, but there are many other options researchers are considering for further domestication and expansion into perennial crops. One of the most promising options that could lead to the expansion into perennial crops is hybridization between annual and perennial species. However, hybridization is only possible and/or successful between certain species, which have not been determined. The first step in this expansion is to examine the relationships between perennial and annual species of Cicer both morphologically and genetically to identify possible candidate species. Unfortunately, research shows stark morphological differences between perennial and annual species of Cicer which hints at difficulty that could result from attempting to cross these species into a hybridized species. More specifically, a study examining the seed coat morphology at several specific gene loci compared annual and perennial species that showed very distinct differences between the two branches of Cicer. The research was able to create phylogenetic trees tracking the genetic divergence of Cicer species, and the data indicate “the rapid species differentiation of Monocicer including adaptation to the disturbed environment,” showing much distance between annual species (Monocicer) and perennial species of Cicer. The researchers were able to narrow down one perennial species, C. incisum, that was more closely related to annual plants than other perennial species. These outsteps in the common trend of the phylogenies indicate that there may be close relatives that present as candidates for further cultivation. There is significant evolutionary distance between the common ancestors of the modern perennial and annual species, but this research gives hope that there may be a possibility of cultivating a perennial species as a food crop.

Гибридтеу

Гибридтеу, яғни екі түрдің араласуынан ерекше ұрпақтардың пайда болуы, қолданыстағы түрлерден жаңа тағамдық дақылдарды шығаруда ерекше маңызды. Бұрын зерттелген және алынған филогенетикалық және генетикалық мәліметтерге сәйкес, көпжылдық және жылдық Cicer түрлерінің гибриді перспективалы. Көпжылдық және жылдық түрлер арасындағы гибридтеу техникаларын және нәтижелерін жақсарту үшін көптеген қадамдар жасалды, бірақ осы будандастырулардан тірі ұрпақ алу қиын болып шықты. Күтпегендей, жылдық түрлерді және көпжылдық түрлерді бір-бірімен гибридтеу салыстырмалы түрде оңай болды.