Applicability assessment for seed endophytic fungal microbiome structure in the breeding of soft spring wheat

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents the research outcomes for community structure of the endophytic fungi in the seed of some new highly productive genotypes in soft spring wheat, created using complex breeding and genetic methodologies: haplo-biotechnology, the ecological and geographical selecting parental forms in the design of complex spring-winter hybrids (ecological valents), to reveal the possibility of evaluating breeding material when breeding new commercial varieties.

Aim. To investigate the endophytic community (pathogenic and non-pathogenic), in wheat seeds to determine the feasibility of this type of evaluation to assess resistance to fungal diseases, as well as to understand the complex interactions between these fungi, plants and the environment.

Materials and methods. Genotypes of soft spring wheat created using modern breeding and genetic approaches (haplo-biotechnology, ecological and geographical selection of parental pairs in the construction of complex spring-winter hybrids). A microbiological technique is used (isolating the pathogen on a growth medium, obtaining a pure culture), which includes morphological identification (microscopy). The initial diagnosis is confirmed using polymerase chain reaction (PCR) based on primers developed for the (ITS) region, followed by Sanger sequencing.

Results. Differences are shown in the community structure of endophytic fungi in the seed material, depending on the breeding lines (genotypes) of spring wheat. 7 species of fungi belonging to 5 genera are identified. Pathogenic fungi from the genera Fusarium and Alternaria, as well as non-pathogenic fungi from Trichoderma and Clonostachys, are found among them.

Conclusions and recommendations. The results of this study contribute to a broader understanding of the formation of beneficial endophytic communities in agriculture and breeding (selection of resistant wheat varieties, which would reduce the need for pesticides). The study of such fungi is a promising area of research for the breeding of soft wheat.

About the authors

F. Duksi

All-Russian Plant Quarantine Center; Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: f.duksi@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7353-7816
SPIN-code: 9937-6393

Agronomist Testing laboratory center; Postgraduate  student  

Russian Federation, Pogranichnaya street, 32, Bykovo urban settlement, Ramensky municipal district, Moscow region, Russia, 140150; Miklukho-Maklaya street, 6, Moscow, Russia, 117198

G. N. Bondarenko

All-Russian Plant Quarantine Center; Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: f.duksi@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2172-7634
SPIN-code: 2631-5209

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Head of the testing laboratory center; Associate Professor 

Russian Federation, Pogranichnaya street, 32, Bykovo urban settlement, Ramensky municipal district, Moscow region, Russia, 140150; Miklukho-Maklaya street, 6, Moscow, Russia, 117198

V. A. Burlutskiy

Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba; Kaluga Research Agriculture Institute - branch of Russian Potato Research Centre

Email: burlutskiy-va@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-5072-4766
SPIN-code: 4167-4646

Candidate of Agricultural Sciences, Senior Lecturer

Russian Federation, Miklukho-Maklaya street, 6, Moscow, Russia, 117198; Tsentralnaya street, 2, Kaluga Experimental Agricultural Station, Peremyshlsky District, Kaluga Region, Russia, 249142

Yu. V. Tsvetkova

All-Russian Plant Quarantine Center

Email: f.duksi@gmail.com
SPIN-code: 2744-1123

Researcher, Mycology Laboratory, Testing Laboratory Center

Russian Federation, Pogranichnaya street, 32, Bykovo urban settlement, Ramensky municipal district, Moscow region, Russia, 140150

G. O. Dekin

Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: ghebrielokba@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-4460-1077

Researcher, Mycology Laboratory, Testing Laboratory Center

Russian Federation, Miklukho-Maklaya street, 6, Moscow, Russia, 117198

N. V. Davydova

Federal Research Center "Nemchinovka"

Author for correspondence.
Email: f.duksi@gmail.com
SPIN-code: 5470-3052

Doctor of Agricultural Sciences, Head of the Laboratory of Selection and Primary Seed Production of Spring Wheat

Russian Federation, Agrokhimikov street, 6, Novoivanovskoye, Odintsovo, Moscow Region, Russia, 143026

References

  1. Shalaeva L.V. World and Russian grain market: assessment of trends and prospects. Food policy and security. 2023. Vol. 10. No. 2. Pp. 287-302. doi: 10.18334/ppib.10.2.117014. (In Russian)
  2. Slovareva O.Yu. Production, export and import of cereals and compilation of a list of phytopathogenic bacteria associated with them. Agrarian Bulletin of the North Caucasus. 2023. No. 3(51). Pp. 47-54. doi: 10.31279/2949-4796-2023-3-51-47-54 (In Russian)
  3. Mal'chikov P.N., Myasnikova M.G. Development of breeding of spring durum wheat in Russia (former USSR countries), results and prospects. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2023. Vol. 27. No. 6. Pp. 591-608. doi: 10.18699/VJGB-23-71. (In Russian)
  4. Gen A.A., Burlutskiy V.A., Gringof I.G. et al. Photometric and ultrasonic methods for assessing the condition of barley crops. Hydrometeorology and education. 2025. No. 1. Pp. 76-93. EDN: LBNGJM. (In Russian)
  5. Gagkaeva T., Gavrilova O., Orina A. et al. Analysis of toxigenic fusarium species associated with wheat grain from three regions of Russia: Volga, Ural, and West Siberia. Toxins. 2019. Vol. 11. No. 5. P. 252. doi: 10.3390/toxins11050252
  6. Pigalov A.V., Soloviev A.A., Garibyan Ts.S. Effects of fusarium fungi on the yield and quality of wheat and triticale and the possibility of using RNA interference and small RNA in the fight against fungal diseases. In: International Congress "VIII Congress of the Vavilov Society of Geneticists and Breeders, dedicated to the 300th anniversary of Russian science and higher education". Collection of abstracts. St. Petersburg, 2024. P. 663. (In Russian)
  7. Chumakov A.E., Minkevich I.I., Vlasov Yu.I., Gavrilova E.A. Basic methods of phytopathological research. Moscow: Kolos, VNIIZR, 1974. Pp. 131-139. (In Russian)
  8. EPPO Standard PM 7/86 (1). EPPO Bulletin. 2009. Vol. 39. Pp. 18-24. doi: 10.1111/j.1365-2338.2009.02245.x
  9. White T., Bruns T., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. PCR Protocols, a Guide to Methods and Applications. San Diego: Academic Press. 1990. Pp. 315-322. doi: 10.1016/B978-0-12-372180-8.50042-1
  10. Kuznetsova A.A., Tsvetkova Yu.V., Kamchenkov A.V. Culture morphological characteristics of the pathogen Diaporthe vaccinii in regulated products - cranberry plants. Plant Health and Quarantine. 2021. No. 2. Pp. 27-36. doi: 10.69536/FKR.2021.49.45.001. (In Russian)
  11. Belkin D.L., Bondarenko G.N., Yaremko A.B., Uvarova D.A. Sequencing method by types for identifying quarantine pests. Karantin rastenij. Nauka i praktika [Plant Quarantine. Science and Practice]. 2019. No. 2(28). Pp. 31-34. (In Russian)
  12. Rauwane M.E., Ogugua U.V., Kalu C.M. et al. Pathogenicity and virulence factors of fusarium graminearum including factors discovered using next generation sequencing technologies and proteomics. Microorganisms. 2020. Vol. 8. No. 2. P. 305. doi: 10.3390/microorganisms8020305
  13. Bianchini A., Battilani P. Climate change and Fusarium mycotoxins: A review of trends and predictions. Food Additives & Contaminants: Part A. 2021. Vol. 38. No. 6. Pp. 943-954. doi: 10.1080/19440049.2021.1914864
  14. Gizachew H.R. Harnessing and sounding the alarm on fusarium head blight of wheat: current status, biology, detection and diagnosis method, mycotoxins, and integrated management options. Greener Journal of Agricultural Sciences. 2023. Vol. 13. No. 4. Pp. 227-243.
  15. Awuchi C.G., Ondari E.N., Ogbonna C.U. et al. Mycotoxins affecting animals, foods, humans, and plants: types, occurrence, toxicities, action mechanisms, prevention, and detoxification strategies - a revisit. Foods. 2021. Vol. 10. No. 6. P. 1279. doi: 10.3390/foods10061279
  16. Türkölmez Ş., Özer G., Derviş S. Clonostachys rosea Strain ST1140: An endophytic plant-growth-promoting fungus, and its potential use in seedbeds with wheat-grain substrate. Current Microbiology. 2022. Vol. 80. No. 1. P. 36. doi: 10.1007/s00284-022-03146-3
  17. Zin N.A., Badaluddin N.A. Biological functions of Trichoderma spp. for agriculture applications. Annals of Agricultural Sciences. 2020. Vol. 65. No. 2. Pp. 168-178. doi: 10.1016/j.aoas.2020.09.003
  18. Bernal S.P.F., Gritti M.A., Dos Santos V.P. et al. Pharmaceutical biotechnological potential of filamentous fungi isolated from textile industry. Archives of Microbiology. 2021. Vol. 203. No. 7. Pp. 3933-3944. doi: 10.1007/s00203-021-02379-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Duksi F., Bondarenko G.N., Burlutskiy V.A., Tsvetkova Y.V., Dekin G.O., Davydova N.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».