Historia udomowienia i selekcji lucerny: nowe spojrzenie w świetle różnorodności genetycznej dotyczącej kiełkowania nasion w odpowiedzi na temperaturę i skaryfikację

Lucerna (Medicago sativa), jedna z głównych wieloletnich roślin strączkowych pastwiskowych, należy do kompleksu gatunkowego obejmującego kilka podgatunków, w tym populacje dzikie i uprawne. Słaba zdolność kiełkowania może utrudniać zakładanie upraw. Na kiełkowanie wpływają: skaryfikacja nasion, ich pogorszenie jakości oraz temperatura. Celem niniejszego badania była analiza różnorodności genetycznej kiełkowania lucerny w odpowiedzi na trzy czynniki: (1) temperaturę – badano siedem stałych temperatur w zakresie od 5 do 40°C na 38 akcesjach, (2) skaryfikację nasion przetestowano na tych samych akcesjach w temperaturach 5 i 22°C, (3) pogorszenie jakości nasion przetestowano na dwóch akcesjach i dwóch partiach nasion w siedmiu temperaturach. Dynamikę kiełkowania partii nasion w czasie zamodelowano i przeanalizowano trzy parametry: zdolność do kiełkowania (potencjał kiełkowania), maksymalną szybkość kiełkowania (maksymalny % nasion kiełkujących w jednostce czasu) oraz czas opóźnienia przed wykiełkowaniem pierwszego nasiona. Skaryfikacja nasion zwiększyła zdolność kiełkowania w obu temperaturach, a jej wpływ był znacznie większy w przypadku akcesji falcata oraz dzikich akcesji sativa. Postawiono hipotezę o niepełnej utracie cechy twardości nasion w trakcie udomowienia i selekcji, co wskazuje, że po wprowadzeniu materiału dzikiego do programów hodowlanych należy przeprowadzić selekcję pod kątem zdolności do kiełkowania bez skaryfikacji. Partie nasion o zmienionej zdolności kiełkowania wykazywały niską zdolność kiełkowania w ekstremalnych temperaturach, zarówno niskich, jak i wysokich, co sugeruje, że do pobudzenia kiełkowania uszkodzonych partii nasion niezbędne są umiarkowane temperatury. Stwierdzono dużą różnorodność genetyczną w zakresie kiełkowania (zarówno zdolności, jak i tempa) w odpowiedzi na temperaturę. Wszystkie akcesje wykazywały optymalne kiełkowanie w temperaturze 15 lub 22°C oraz słabe kiełkowanie w temperaturze 40°C. Odmiany i odmiany lokalne sativa wykazywały wysoką zdolność kiełkowania w zakresie temperatur od 5 do 34°C, podczas gdy zdolność kiełkowania falcata oraz dzikich akcesji sativa była osłabiona odpowiednio w temperaturze 5°C i 34°C. Różnice te interpretuje się w kategoriach adaptacji do klimatu regionów pochodzenia geograficznego w celu uniknięcia zagrożeń związanych z mrozem lub upałem/suszą. Te nowe odkrycia dostarczają informacji na temat adaptacji i udomowienia lucerny na jej rozległym obszarze geograficznym. Sugerują one, że konieczna jest dalsza poprawa zdolności kiełkowania, zwłaszcza przy wprowadzaniu materiału dzikiego do puli hodowlanych, aby wyeliminować konieczność skaryfikacji i ograniczyć różnice w reakcji na temperaturę.