Biomics

Cotton (Gossypium L.) is one of the most important technical crops of strategic importance for all countries of the world, but due to severe climatic conditions in Russia it can be cultivated only in the southernmost regions. In this regard, it is important to bring out new varieties of this crop that can yield crops in other climatic zones of our country. To increase the speed of breeding and increase the genetic polymorphism of cotton, methods of radiation and chemical mutagenesis can be used. One of the rather widely used mutagens in plant breeding is sodium azide, which itself or its metabolites cause point mutations in the genome without causing frameshift mutations. We carried out an experimental work on treating cotton seeds with sodium azide solution in phosphate buffer (pH 3). This mutagen in a concentration of 1-5 mM had a negative effect on the seed germination and the plant growth in the initial period of development. At the same time, sodium azide at a concentration of 10 mM had little effect on seed germination and had a positive effect on plant growth during the initial period of development. Anomalies of leaf development were detected in some mutant plants. The methods of RAPD and ISSR analysis failed to reveal genetic polymorphism between wild-type plants and mutant forms. The obtained data testify to the feasibility of increasing the concentration of sodium azide for the treatment of cotton seeds.

Gossypium, cotton, induced mutagenesis, radiation, sodium azide, chemical mutagenesis, genetic polymorphism, RAPD analysis, ISSR analysis

1. Баймухаметова Э.А. Хлопчатник: особенности культуры, перспективы создания трансгенных отечественных сортов и их выращивания в России // Биомика. Т. 8. С. 275–288 [Baimuhametova E.A. Cotton: features of culture, perspectives of producing a transgenic Russian grades, and breeding in Russia // Biomics. 2016. V.8. P. 275–288. In Russian].
2. Головина В.Ю., Лаштабова С.В., Михайлова Е.В., Кулуев Б.Р. Методы генетической трансформации хлопчатника // Биомика. Т.9. 2017. С. 42-47. [Golovina V.Y., Lashtabova S.V., Mikhaylova E.V., Kuluev B.R. Methods of cotton genetic transformation // Biomics. 2017. V.9. P. 42– In Russian].
3. Кулуев Б.Р., Геращенков Г.А., Рожнова Н.А., Баймиев Ан.Х., Вершинина З.Р., Князев А.В., Матниязов Р.Т., Ясыбаева Г.Р., Никоноров Ю.М., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. CRISPR/Cas редактирование геномов растений // Биомика. 2017. Т. 9. С. 155–182. [Kuluev B.R., Gerashchenkov G.A., Rozhnova N.A., Baymiev An.Kh., Vershinina Z.R., Knyazev A.V., Matniyazov R.T., Gumerova G.R., Mikhailova E.V., Nikonorov Yu.M., Chemeris D.A., Baymiev Al.Kh., Chemeris A.V. CRISPR/Cas genome editing of plants // Biomics. V. 9. P. 155–182. In Russian].
4. Лаштабова С.В., Головина В.Ю., Михайлова Е.В., Кулуев Б.Р. Применение азида натрия для химического индуцированного мутагенеза культурных растений // Биомика. Т.9. 2017. С. 48-54. [Lashtabova S.V., Golovina V.Y., Mikhaylova E.V., Kuluev B.R. Using of sodium for chemical induced mutagenesis of crop plants // Biomics. 2017. V.9. P. 48– In Russian].
5. Мамедова Н.Х., Шихлинский Г.М. Фитопатологическая устойчивость к Verticillium dahliae мутантов и гибридов хлопчатника // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования. C. 339–342. [Mamedova N.Kh., Shikhlinskiy G.M. Phytopathological resistance to Verticillium dahliae mutants and cotton hybrids // Novye i netraditsionnye rasteniya i perspektivy ikh ispol'zovaniya. 2015. P. 339–342. In Russian]. doi:632.484:633.511
6. Рахматуллина Э.М., Санамьян М.Ф. Оценка эффективности облучения семян тепловыми нейтронами для индукции аббераций хромосом у хлопчатника Gossypium hirsutum L. в М₁ // Генетика .2007. Т. 43. С. 499–507 [Rakhmatullina E.M., Sanam'yan M.F. Estimation of the effectiveness of irradiation of seeds by thermal neutrons for the induction of aberrations of chromosomes in cotton Gossypium hirsutum in M1 // Genetika. 2007. T. 43. P. 499–507. In Russian]. doi:576.312.3:633.511
7. Санамьян М.Ф. Цитогенетический эффект обработки семян хлопчатника тепловыми нейтронами // Цитология и генетика. № 3. С. 49–54. [Sanam'yan M.F. Cytogenetic effect of cotton seed treatment with thermal neutrons // Tsitologiya i genetika. 2003. № 3. P. 49–54. In Russian]. doi:633. 511:576.312.3
8. Санамьян М.Ф., Бобохужаев Ш.У., Макамов А.Х., Ачилов С.Г., Абдурахмонов И.Ю. Создание новой серии анеуплоидных линий у хлопчатника (Gossypium hirsutum) с идентификацией отдельных хромосом с помощью транслокационных и SSR-маркеров // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. C. 643–652. [Sanam'yan M.F., Bobokhuzhaev Sh.U., Makamov A.Kh., Achilov S.G., Abdurakhmonov I.Yu. The creation of new aneuploid lines of the cotton (Gossypium hirsutumL.) with identification of chromosomes by translocation and SSR markers // Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2016. T. 20. P. 643–652. In Russian]. doi:10.18699/VJ16.186
9. Симонгулян Н.Г., Мухамедханов С.Р. Генетика, селекция и семеноводство хлопчатника // Ташкент: Мехнат, 1987. 320 с. [Simongulyan N.G., Mukhamedkhanov S.R. Cotton genetics, selection and seed production/ Tashkent: Mekhnat, 1987. 320 p. In Russian]
10. Тагиев А.А. Химический мутагенез и создание исходного материала в селекции хлопчатника / Научные связи. С. 70–75 [Tagiev A.A. Chemical mutagenesis and parent material development in cotton breeding // Nauchnye svyazi. 2014. С. 70–75. In Russian]. doi:631.523.575.631.51
11. Хашимова Н.Р., Ахунов А.А., Автономов В.А., Ларина Л.А. Влияние солей глицирризиновой кислоты на активность ферментов каллусных культур хлопчатника при воздействии Verticillium dahliae// Вавиловские чтения, 2014. С. 380 [Khashimova N.R., Akhunov A.A., Avtonomov V.A., Larina L.A. The effect of glycyrrhizic acid salts on the activity of the enzymes of callus cultures of cotton with the result Verticillium dahliae // Vavilovskie chteniya, 2014. 380 p. In Russian]. doi:577.124.5:633.511
12. Ходжаев Т.А. Повышение посевных качеств семян хлопчатника под действием нейтронного облучения // Известия ВУЗов Кыргызстана. № 9. С. 12–14. [Khodzhaev T.A. Increase of sowing guiltiest of seeds of cotton under the influence of neutron radiation // Izvestiya VUZov Kyrgyzstana. 2015. № 9. P. 12–14. In Russian]. doi:635.1/8(035)/42
13. Чемерис А.В., Бикбулатова С.М., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Князев А.В., Кулуев Б.Р., Максимов И.В. Надо ли опасаться ГМО? Взгляд несторонних наблюдателей на истерию вокруг // Биомика. 2014. Т.6. С. 77–138. [Chemeris A.V., Bikbulatova S.M., Chemeris D.A., Baymiev A.L., Knyazev A.V., Kuluev B.R., Maksimov I.V. Should beware of the GMOs? On-site observers view on the hysteria around // Biomics. 2014. V.6. P. 77–138. In Russian].
14. Чемерис А.В., Чемерис Д.А., Баймиев А.Х., Князев А.В., Кулуев Б.Р., Максимов И.В. Борьба с ГМО как неолысенковщина // Биомика. Т. 7. С. 1–39. [Chemeris A.V., Chemeris D.A., Baymiev A.Kh., Knyazev A.V., Kuluev B.R., Maksimov I.V. The fight against GMO is neolysenkoism // Biomics. V. 7. P. 1–39. In Russian].
15. Bahadur B., Venkat Rajam M., Sahijram Leela, Krishnamurthy K.V. Induced mutations and crop improvement Plant Biology and Biotechnology // Springer. India. 2015. V. 1. P. 593–617.
16. Gaibullaev I.Kh., Avazkhodzhaev M.Kh., Egamberdiev A.E. Reaction of chemomutants of cotton to infection by the pathogen of Verticillium wilt // Soviet Genetics. 1975. V. 11. P. 27–
17. Gruszka D., Szarejko I., Maluszynsk M. Sodium azide as a mutagen // Plant Mutation Breeding and Biotechnology. 2012. P. 159– doi:10.13140/2.1.2105.8560
18. Harten M. Mutation breeding / Cambridge University Press. 2007. 343 p.
19. Herring A.D., Auld D.L., Ethridge M.D., Hequet E.F., Bechere E., Green C.J., Cantrell R.D. Inheritance of fiber quality and lint yield in a chemically mutated population of cotton // Euphytica. 2004. V. 136. P. 333– doi:10.1023/B:EUPH.0000032747.97343.54
20. Jander G., Baerson S., Hudak J.A., Gonzalez K.A., Gruys K.J., Robert L. Ethylmethanesulfonate saturation mutagenesis in Arabidopsis to determine frequency of herbicide resistance // Plant Physiology. 2003. V. 131. P. 139– doi:10.1104.102.010397
21. Kandhrov M.M., Mahboob S.L., Ghulam A.S., Nizamani Performance of early maturing strains of cotton (Gossypium hirsutum L.) developed through induced mutation and hybridization // Asian Journal of Plant Sciences. 2002. V. 1. P. 581–582.
22. Khan S., Fahad A., Firoz A. Sodium azide: a chemical mutagen for enhancement of agronomic traits of crop plants // Int. J. Environ. Sci. Tech. 2009. V. 4. P. 1–21. doi: 10.1.1.465.4582
23. LarikS., Hafiz H.M.I., Al-Saheal Y.A. Azide mutagenesis in cotton (Gossypium hirsutum) // Sci. Environ. 1983. V. 17. P. 118–125.
24. Luckett D.J. Colchicine mutagenesis is associated with substantial heritable variation in cotton// Euphytica. 1989. V. 42. P. 177–
25. Nazirov N.N., Satipov G. Reaction of radiation-induced cotton mutants to different water regimes // Soviet Agricultural Sciences. 1979. V. 3. P. 52–
26. Nilan R. A., Awan M. A., Konzak C. F., Rutger J. N. Mutagenic effect of sodium azide in rice // Crop Science. 1980. V. 20. P. 663– doi:10.2135/1980.0011183
27. Olsen O., Wang X., Wettstein D. Sodium azide mutagenesis: preferential generation of AT -> GC transitions in the barley Antl8 gene // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. V. 90. P. 8043–8047.
28. Patel J.D., Wright R.J., Auld D., Chandnani R., Goff V.H., Ingles J., Pierce G.J., Torres M. J., Paterson A.H. Alleles conferring improved fiber quality from EMS mutagenesis of elite cotton genotypes // Theoretical and Applied Genetics. 2014. V. 127. P. 821–830. doi: 10.1007/s00122-013-2259-6
29. Paterson A. Genetics and genomics of cotton. Plant genetics and Genomics: Crops and Models. 2009. P. 567. doi:1007/978-0-387-70810-2
30. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biol. V. 5. P. 69–76. doi:10.1007/BF00020088
31. Srivastava , Marker S., Pandey P., Tiwari D.K. Mutagenic effects of sodium azide on the growth and yield characteristics in wheat (Triticum aestivum L.) // Asian Journal of Plant Sciences. 2011. V. 10. P. 190–201. doi:10.3923/2011.190.201