Цитологія і генетика 2022, том 56, № 3, 80-82
Cytology and Genetics 2022, том 56, № 3, 301–311, doi: https://www.doi.org/10.3103/S0095452722030021

Improving salt tolerance in Trifolium alexandrinum L. through interspecific hybridization, polyploidization and induced variations

Dwivedi K., Roy A. K., Kaushal P., Pathak S., Malaviya D.R.

  1. ICAR – Indian Grassland and Fodder Research Institute, Jhansi­284003, India
  2. Present Address Amity University Madhya Pradesh, Gwalior­474005, India
  3. Present Address ICAR­National Institute of Biotic Stress Management, Raipur­493225, India
  4. Present Address ICAR­Indian Institute of Sugarcane Research, Lucknow­226002, India

РЕЗЮМЕ. Засолення ґрунтів має суттєвий вплив на продуктивність рослин у всьому світі. Вдосконалення природної солестійкості рослин може ефективно покращити продуктивність. In vitro оцінювання – це ефективний і швидкий метод, який дозволяє використовувати генотипну мінливість між видами та всередині виду у контрольованому середовищі. Trifolium alexandrinum є однією з найважливіших озимих однорічних кормових рослин в Індії та Середземноморському регіоні. Різноманітні гено типи T. alexandrinum оцінювали на предмет солестійкості in vitro. Генотипну мінливість між видами та всередині виду спостерігали для визначення реакції на різні рівні сольового стресу на різних етапах росту. Підвищення рівня сольового стресу між генотипами мало негативний вплив на про­ростання насіння, однак, три генотипи EC 318954, ISH 34/41, ISH 34/8Y продемонстрували 75–80 % проростання насіння навіть при рівні солі в 0,75 %. При вищих рівнях засолення спостерігали високий рівень загибелі саджанців, окрім EC 318954, який продемонстрував низький рівень загибелі при рівнях засолення в 0,50 та 0,75 %. Саджанці з нормальним ростом коренів були у діапазоні від 5 до 80 % при рівні засолення 0,25 та 0,5 %. За розрахунками середнього індексу сприйнятливості до засолення (SSI), потомство ISH продемонструвало найвищий рівень стійкості (SSI = 0,895) щодо проростання насіння, а також довжини зародкового корінця і зародкової бруньки, кількості листочків і ваги рослини (SSI = 0,91). Потомство ISH, тетраплоїди, екотип Fahli та багатолисткові продемонстрували вищу стійкість. Дослідження підтвердило успішне перенесення солестійкості від T. apertum до T alexandrinum. Експланти живців і гіпокотиля при помірному засоленні та експланти живців при ви­сокому рівні засолення позитивно відреагували на калюсогенез in vitro. Калюси, які розвинулись при засоленні в 0,75 %, можуть бути джерелом розробки стійких ліній за допомогою природної селекції клітинних ліній. Реакція ембріональної культури генотипів Mescavi була кращою, ніж генотипів Fahli і Saidi.

Ключові слова: єгипетська конюшина, екотипи, тетраплоїд, міжвидове схрещення, багатолисткові

Цитологія і генетика
2022, том 56, № 3, 80-82

Current Issue
Cytology and Genetics
2022, том 56, № 3, 301–311,
doi: 10.3103/S0095452722030021

Повний текст та додаткові матеріали

Цитована література

Abogadallah, G.M., Sensitivity of Trifolium alexandrinum L. to salt stress is related to the lack of long-term stress-induced gene expression, Plant Sci., 2010, vol. 178, no. 6, pp. 491–500. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2010.03.008

Al-Ansari, E.M., Salinity tolerance during germination in two arid-land varieties of wheat (Triticum aestivum L.), Seed Sci. Technol., 2003, vol. 31, pp. 597–603.

Al-Khatib, M.M., McNeilly, T., Collins, J.C., Between and within cultivars variability in salt tolerance in Lucerne (Medicago sativa L.), Genet. Resour. Crop Evol., 1994, vol. 41, no. 3, pp. 156–164.

Ashraf, M. and Orooj, A., Salt stress effects on growth, ion accumulation and seed oil content in an arid zone medicinal plant ajwain (Trachyspermum ammi [L.] Sprague), J. Arid Environ., 2006, vol. 64, no. 2, pp. 209–220. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2005.04.015

Ashraf, M., McMeilly, T., and Bradshaw, A.D., The response to NaCl and ionic content of selected salt-tolerant and normal lines of three legume forage species in sand culture, New Phytol., 1986, vol.104, pp. 463–471.

Ballhorn, D.J. and Elias, J.D., Salinity-mediated cyanogenesis in white clover (Trifolium repens) affects trophic interactions, Ann. Bot., 2014vol. 114, no. 2, pp. 357–366.

Barakat, M.N. and Abdel-Latif, T.H., In vitro selection of wheat callus tolerant to high levels of salts and plants regeneration, Euphytica, 1996, vol. 91, pp. 127–140.

Bayuelo-Jimenez, J.S., Debouck, D.G., and Lynch, J.P., Salinity tolerance in Phaseolus species during Early Vegetative Growth, Crop Sci., 2002, vol. 42, no. 6, pp. 2184–2192.

Burgutin, A.B., Butenko, R.G., Kaurov, B.A., and Iddegodia, N., In vitro selection of potato for tolerance to sodium chloride, Russ. J. Plant Physiol., 1996, vol. 43, pp. 524 –531.

Chaudhary, M.T., Wainwright, S.T., and Merett, M.J., Comparative NaCl tolerance of Lucerne plants regenerated from salt selected suspension cultures, Plant Sci., 1996, vol. 114, no. 2, pp. 221–232.

Dehnavi, A.R., Zahedi, M., Ludwiczak, A., Perez, S.C., and Piernik, A., Effect of salinity on seed germination and seedling development of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) genotypes, Agronomy, 2020, vol. 10, no. 6, art. ID 859. https://doi.org/10.3390/agronomy10060859

Dunkan, R.R., Wakson, R.M., and Nabors, M.W., In vitro Screening and field evaluation of tissue cultured regenerated sorghum (Sorghum bicolor. L), Euphytica, 1995, vol. 85, pp. 373–380.

Fisher, R.A. and Maurer, R., Drought resistance in spring wheat cultivars. I. Grain yield response, Aust. J. Agric. Res., 1978, vol. 29, pp. 897–912.

Foolad, M.R. and Jones, R.A., Mapping salt tolerance genes in tomato (Lycopersicon esculentum) using trait based marker analysis, Theor. Appl. Genet., 1993, vol. 87, pp. 184–192.

Ghassemabadi, H.F., Eisvand, H.R., and Akbarpour, O.A., Evaluation of salinity tolerance of different clover species at germination and seedling stages, Iran. J. Plant Physiol., 2018, vol. 8, no. 3, pp. 2469–2477.

Hasegawa, P.M., Bressan, R.A., Nelson, D.E., Samaras, Y., and Rhodes, Y., Tissue culture in the improvement of salt tolerance in plants, in Soil Mineral Stresses: Approaches to Crop Improvement, Yeo, A.R. and Flowers, T.J., Eds., Berlin: Springer-Verlag, 1995.

Huoying, C., Jianhua, Z. and Xiaoning, Z., In vitro selection of NaCl tolerance mutant of Lycopersicon esculentum Mill., J. Shanghai Agric. Coll., 2002, vol. 20, pp. 1–6.

Isayenkov, S.V., Physiological and molecular aspects of salt stress in plants, Cytol. Genet., 2012, vol. 46, pp. 302–318. https://doi.org/10.3103/S0095452712050040

Isayenkov, S.V., Genetic sources for the development of salt tolerance in crops, Plant Growth Regul., 2019, vol. 89, no. 1, pp. 1–17. https://doi.org/10.1007/s10725-019-00519-w

Isayenkov, S.V. and Maathuis, F.J.M., Plant salinity stress: many unanswered questions remain, Front. Plant Sci., 2019, vol. 10, art. ID 80. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00080

Kaushal, P., Malaviya, D.R., Mahanta, S.K., and Roy, A.K., Nutritive value of diploid and improved tetraploid lines of Egyptian clover (Trifolium alexandrinum) at different cutting stages, Indian J. Anim. Sci., 2003, vol. 73, no. 8, pp. 940–944.

Kaushal, P., Malaviya, D.R., Roy, A.K., Kumar, B., and Tiwari, A., Trifolium alexandrinum x T. resupinatum – interspecific hybrids developed through embryo rescue, Plant Cell, Tissue Organ Cult., 2005, vol. 83, pp. 137–144.

Kaur, A., Kaur, K.P., Kalia, A., Rani, U., Kahlon, J.G., Sharma, R., Malaviya, D., Kapoor, R., and Sandhu, J.S., Generation of interspecific hybrids between Trifolium vesiculosum and T. alexandrinum using embryo rescue, Euphytica, 2017, vol. 213, art. ID. 253. https://doi.org/10.1007/s10681-017-2042-x

Kazemeini, S.A., Pirasteh-Anosheh, H., Basirat, A., Akram, N.A., Salinity tolerance threshold of berseem clover (Trifolium alexandrinum) at different growth stages, Pak. J. Bot., 2018, vol. 50, no. 5, pp. 1675–1680.

Kintzios, S.E., Barberaki, M., Aivalakis, G., Drossopoulos, J., and Holevas, C.D., In vitro morphogenetic responses of mature wheat embryos to different NaCl concentrations and growth regulator treatments, Plant Breed., 1997, vol. 116, pp. 113–118.

Mandal, A.K., Reddy, G.P.O., and Ravisankar, T., Digital database of salt affected soils in India using Geographic Information System, J. Soil Salinity Water Qual., 2011, vol. 3, no. 1, pp. 16–29.

Malaviya, D.R., Roy, A.K., Kaushal, P., Kumar, B., and Tiwari, A., Development and characterization of interspecific hybrids of Trifolium alexandrinum × T. apertum using embryo rescue, Plant Breed., 2004, vol. 123, pp. 536–542.

Malaviya, D.R., Kumar, B., Roy, A.K., Kaushal, P., and Tiwari, A., Estimation of variability for isozymes of five enzyme systems among wild and cultivated species of Trifolium, Genet. Resour. Crop Evol., 2005, vol. 52, pp. 967–976.

Malaviya, D.R., Roy, A.K., Kaushal, P., Chakraborti, M., Yadav, A., Khare, A., Dhir, R., Khairnar, D., and George, G.P., Interspecific compatibility barriers, development of interspecific hybrids through embryo rescue and lineage of Trifolium alexandrinum (Egyptian clover)—important tropical forage legume, Plant Breed., 2018, vol. 137, no. 4, pp. 655–672. https://doi.org/10.1111/pbr.12616

Malaviya, D.R., Raman, H., Dear, B.S., Raman, R., Roy, A.K., Kaushal, P., Chandra, A., and Hughes, S.J., Genetic diversity and lineage based on SSR markers of two genomic resources among Trifolium collections held within the Australian Pastures Genebank, Open J. Genet., 2019, vol. 9, no.1, pp. 1–14.

Malaviya, D.R., Roy, A.K., Kaushal, P., Yadav, A., and Pandey, D.K., Complementary gene interaction and xenia effect controls the seed coat colour in interspecific cross between Trifolium alexandrinum and T. apertum, Genetica, 2019, vol. 147, no. 2, pp. 197–203.

Malaviya, D.R., Roy, A.K., Anand, A., Choubey, R.N., Baig, M.J., Dwivedi, K., Kushwaha, N., and Kaushal, P., Salinity tolerance of Panicum maximum genotypes for germination and seedling growth, Range Manage. Agroforestry, 2019, vol. 40, no. 2, pp. 227–235.

Malaviya, D.R., Roy, A.K., Kaushal, P., Pathak, S., and Kalendar, R., Phenotype study of multifoliolate leaf formation in Trifolium alexandrinum L., PeerJ, 2021, vol. 9, art. ID e10874. https://doi.org/10.7717/peerj.10874

Mirza, J.I. and Tariq, R., The growth and nodulation of Trifolium alexandrinum as affected by salinity, Biol. Plant., 1993, vol. 35, no. 2, pp. 289–292.

Moore, G., Soilguide: a Handbook for Understanding and Managing Agricultural Soils, Bulletin 4343, Perth: Dep. Agric., 1998.

Munns, R., Comparative physiology of salt and water stress, Plant Cell Environ., 2002, vol. 25, pp. 239–250.

Murashinge, T. and Skoog, F., A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue culture, Physiol. Plant., 1962, vol. 15, no. 3, pp. 473–497.

Pakar, N., Pirasteh-Anosheh, H., Emam, Y., and Pessarakli, M., Barley growth, yield, antioxidant enzymes, and ion accumulation affected by PGRs under salinity stress conditions, J. Plant Nutr., 2016, vol. 39, no. 10, pp. 1372–1379.

Parida, A.K. and Das, A.B., Salt tolerance and salinity effects on plants: a review, Ecotoxicol. Environ. Saf., 2005, vol. 60, no. 3, pp. 324–349.

Pathak, S., Malaviya, D.R., Roy, A.K., Dwivedi, K., and Kaushal, P., Multifoliate leaf formation in induced tetraploids of Trifolium alexandrinum L., Cytologia, 2015, vol. 80, no. 1, pp. 59–66.

Philips, G.C. and Collins, G.B., Red clovers and other forage legumes, in Hand Book of Plant Cell Culture, Sharp, W.R., Evans, D.A., Ammirato, P.V., and Yamada, Y., Eds., New York: Macmillan & Co, 1984, vol. 2, pp. 169–210.

Pirasteh-Anosheh, H., Emam, Y., and Sepaskhah, A.R., Improving barley performance by proper foliar applied salicylic-acid under saline conditions, Int. J. Plant Prod., 2015, vol. 9, no. 3, pp. 467–486.

Rogers. M.E. and Nobel, C.L., Breeding for increased salt tolerance in irrigated pasture legume, in Management of Soil Salinity in South East Australia, Humphrey, E., Murihead, W.A., Lelji, A., Eds., Proceedings of a symposium held at Albury, New South Wales: Australian Society of Soil Sciences, 1990, pp. 191–200.

Roy, A.K., Malaviya, D.R., and Kaushal, P., Production potential of induced tetraploid lines in comparison to diploid lines of Trifolium alexandrinum, Forage Res., 1998, vol. 24, no. 1, pp. 7–11.

Roy, A.K., Malaviya, D.R., Kaushal, P., Kumar, B., and Tiwari, A., Interspecific hybridization of T. alexandrinum with T. constantinopolitanum using embryo rescue, Plant Cell Rep., 2004, vol. 22, pp. 605–610.

Roy, A.K., Malaviya, D.R., and Kaushal, P., Pollination behaviour among different breeding populations of Egyptian clover, Plant Breed., 2005, vol. 124, pp. 171–175.

Roy, A.K., Malaviya, D.R., and Kaushal, P., Genetic improvement of fodder legumes especially dual purpose pulses, Indian J. Genet. Plant Breed., 2016, vol. 76, no. 4, pp. 608–625.

Roy, A.K., Malaviya, D.R., Anand, A., Choubey, R.N., Baig, M.J., Dwivedi, K., and Kaushal, P., Salinity tolerance of Avena sativa fodder genotypes, Trop. Grassl.-Forrajes Tropicales, 2021, vol. 9, no. 1, pp. 109–119.

Shakur, A.B., Kay, N.A., Stevens, D.P., and Skibinski, D.O.F., Salt tolerance in natural populations of T. repens., New Phytol., 1988, vol. 109, pp. 483–490.

Verma, P., Chandra, A., Roy, A.K., Malaviya, D.R., Kaushal, P., Pandey, D., and Bhatia, S., Development, characterization and cross-species transferability of genomic SSR markers in Berseem (Trifolium alexandrinum L.), an important multi-cut annual forage legume, Mol. Breed., 2015, vol. 35, no. 1, p. 23.

Winicov, I., Characterization of rice (Oryza sativa L.) plants regenerated from salt tolerant cell lines, Plant Sci., 1996, vol. 113, no. 1, pp. 105–111.

Winter, E. and Lauchli, A., Salt tolerance of Trifolium alexandrinum L. I. Comparison of the salt response of T. alexandrinum and T. Pratense, Aust. J. Plant Physiol., 1982, vol. 9, no. 2, pp. 221–226.

Zhao, R., Gao, S., Qiao, Y., Zhu, H., and Bi, Y., Studies on the application of another culture in salt tolerance breeding in wheat (Triticum aestivum), Acta Agron. Sin., 1995, vol. 21, pp. 230–234.

Zhu, J.K., Genetic analysis of plant salt tolerance using Arabidopsis, Plant Physiol., 2000, vol. 124, no. 3, pp. 941–948. https://doi.org/10.1104/pp.124.3.941

Zouhaier, B., Mariem, M., Mokded, R., Rouached, A., Alsane, K., Chedly, A., Abderrazek, S., and Abdallah, A., Physiological and biochemical responses of the forage legume Trifolium alexandrinum to different saline conditions and nitrogen levels, J. Plant Res., 2016, vol. 129, no. 3, pp. 423–434. https://doi.org/10.1007/s10265-016-0791-6