Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эффект внутривидового замещения цитоплазм на частоту митотических и мейотических рекомбинаций хромосом ячменя

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Эффект внутривидового замещения цитоплазм на частоту митотических и мейотических рекомбинаций хромосом ячменя"

^ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

^ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

*

с На правах рукописи

УДК 575.13:575.224:575.153:633.16

АКСЕНОВА ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА

ЭФФЕКТ ВНУТРИВИДОВОГО ЗАМЕЩЕНИЯ ЦИТОПЛАЗМ НА ЧАСТОТУ МИТОТИЧЕСКИХ И МЕЙОТИЧЕСКИХ РЕКОМБИНАЦИЙ ХРОМОСОМ ЯЧМЕНЯ

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск-1997

Работа выполнена в Институте генетики и цитологии Академии Наук Беларуси.

Научный руководитель — доктор биологических наук

О.Г. ДА8ЫДЕНКО

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А.З. ЛАТЫПОВ

кандидат биологических наук Н.И. ДУБОВЕЦ

Оппонирующая организация — Научно-исследовательский

институт биологии Ростовского государственного университета

Защита состоится 1997 г. в ^ час, на заседа-

нии совета по защите диссертаций Д 01.31.01 в Институте генетики и цитологии Академии наук Беларуси по адресу: 220072, г. Минск, ул. Ф.Скорины, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я.Коласа Академии наук Беларуси.

Автореферат разослан

исОиР 1997 г.

Ученый секретарь совета гзо защите диссертаций, кандидат биологических наук

Е.В. Лобанок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одной из составных частей общей генетической изменчивости является изменчивость цитоплазматичес-кого генома. К настоящему времени появляется все больше доказательств взаимодействия геномов ядра и цитоплазмы, описывающих как непосредственное влияние генов ядра на структуру и функционирование цитоплазма-тических генов AVeil, 1987/, так и влияние цитоплазмы на экспрессию и трансмиссию ядерных генов /Tsunewaki, 1980; Давыденко, 1984; 1989/. Изучение эффектов цитоплазмы на рекомбинации ядерных генов, имеет большое значение как с теоретической, так и с практической точек зрения. Ре-комбинационная изменчивость является основой комбинативной изменчивости - одной из движущих сил эволюции, приводящей к возникновению новых форм, что имеет существенное значение для практической селекции. Тогда как, не смотря на то, что механизмы регуляции рекомбиногенеза широко исследуются, влияние цитоплазматических факторов наследственности на рекомбинации остается мало изученной областью генетических исследований. Выявлению этого феномена у растений посвящено только две работы /Лугинии и др., 1987; Kruleva и др., 1992/. Результаты этих исследований свидетельствуют о возможном участии генов цитоплазмы в регулировании рекомбинационных процессов. Однако, в силу недостаточной изученности, феноменология данного явления требует дальнейших исследований.

Поскольку, все основные эволюционные преобразования осуществляются на внутривидовом уровне, наиболее важным как с теоретической, так и с практической точек зрения было бы исследовать эффекты внутривидовой цитоплазматической изменчивости на митотические и мейотические рекомбинации. Удобной моделью для таких исследований являются изоци-топлазматические линии ячменя, сочетающие набор ядер и цитоплазм разных сортов, что дает возможность в одном эксперименте сопоставить влияние ядерных и цитоплазматических генов на исследуемые признаки.

Связь работы с крупными научными программами и темами. Диссертационная работа выполнялась в рамках пятилетней научной темы лаборатории нехромосомной наследственности "Изучение взаимодействия ядерных и цитоплазматических генетических систем в популяциях сельскохозяйственных растений" (JV° госрегистрации 1995150).

Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось выявление эффекта внутривидовых замещений цитоплазм и ядер на частоту митотических и мейотических рекомбинаций хромосом ячменя. В работе решались следующие задачи:

1. Сравнительный цитогенетичесхий анализ частоты сестринских хрома-тидных обменов (СХО) в митозе у изоцитоплазматических линий ячменя, в том числе в отдельных хромосомах и их участках.

2. Сопоставление эффекта ядерных и цитоплазматических генов на частоту СХО.

3. Сравнительный цитогенетический анализ частоты образования хиазм в мейозе у изоцитоплазматических линий ячменя.

4. Сопоставление эффектов ядра, цитоплазмы и среды на частоту хиазм.

Научная новизна полученных результатов. Впервые показан эффект внутривидовой цитоплазматической изменчивости на частоту сестринских хроматидных обменов. Обнаружено хромосомо- и локусоспецифи-ческое влияние генов цитоплазмы на частоту СХО - различные цитоплазмы вызывают не только изменение общей частоты обменов, но и изменение этих частот в отдельных хромосомах и их локусах. Впервые выявлен эффект внутривидовой цитоплазматической изменчивости на частоту хиазмообра-зования. Установлено взаимное влияние ядерных, цитоплазматических и средовых факторов на мейотические рекомбинации. Наиболее сильное влияние на частоту хиазмообразования оказывает взаимодействие факторов ядра и цитоплазмы.

Практическая и теоретическая значимость полученных результатов. Полученные результаты представляются важными с теоретической точки зрения способствуя углублению представлений о регулировании ре-комбинационных процессов в ядре и служат основанием для дальнейших исследований по выявлению механизмов воздействия цитоплазматических факторов наследственности на митотические и мейотические рекомбинации. Установление различий между цитоплазмами и ядрами разных сортов по степени воздействия на частоту рекомбиногенеза может быть полезно в практической селекции для установления дополнительных источников ре-комбинационной изменчивости.

Экономическая значимость полученных результатов. Работа носит теоретический характер и полученные результаты могут быть использованы в селекции для объяснения важности привлечения новых исто-

чников цитоплазм в селекционный процесс с целью расширения не только цитоплазматической изменчивости, но и спектра рекомбинаций ядерных генов.

Основные положений работы, выносимые не защиту:

1. Внутривидовые замещения цитоплазмы могут приводить к изменению частоты митотических и мейогических рекомбинаций.

2. Эффект внутривидовых цитоплазматических замещений на частоту сестринских хроматидных обменов является хромосомо- и локусоспецифич-ным.

3. Частота сестринских хроматидных обменов детерминирована как ядерными, так и цитоплазматическими генетическими факторами

4. Частота хиазмообразования определяется взаимодействием ядра, цитоплазмы и среды.

Личный вклад соискателя. Все цитологические исследования, интерпретация результатов и написание работы проведены автором лично в 1989-1996 гг. Работа по выявлению эффектов внутривидовых цитоплазматических замещений на частоту образования сестринских хроматидных обменов проводилась совместно с к.б.н. Н.В.Лугининым и при участмн С.А.Горбачевой.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации

доложены на IV Всесоюзной конференции "Экологическая генетика растений, животных и человека" (Кишинев, 1991); на республиканской конференции "Современные проблемы генегикн и селекции" (Минск, 1995), на международном симпозиуме " Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement" (Tulln, Austria, 1997).

Опубликованность результатов. Результаты диссертации опубликованы в 2 статьях и 3 тезисах республиканских конференций и международного сипмозиума.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав (включающих обзор литературы, материалы и методы, результаты исследования и их обсуждение), заключения, выводов и списка литературы, содержит 31 таблицу и 6 рисунков. Работа изложена па 87 страницах, 20 страниц занимают таблицы и иллюстрации. Список литературы включает 160 наименований и занимает 14 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа была выполнена на изоцитоплазматических линиях ячменя (Hordeum vulgare), полученных путем беккроссирования (ВС 6) /Батуро и др., 1989/.

Для анализа частоты СХО использовались 7 изоцитоплазматических линий, сочетающие ядра сортов Роланд и Зазерский-85 и цитоплазмы сортов Роланд, Зазерский-85, Ида и Жодинский-5.

Для анализа частоты хиазм использовались 12 изоцитоплазматических линий, сочетающие ядра сортов Роланд и Зазерский-85 и цитоплазмы сортов Роланд, Зазерский-85, Ида, Жодинский-5, HVS 91/76 и КМ 1192.

Дифференциация СХО проводилась по методике, разработанной Н.В.Лугининым на кафедре генетики и биотехнологии Белгосуниверситета. Проросшие корешки обрабатывались раствором BrDU (5-бромдезоксиуридина) в концентрации 100 мкМ. Обработка корневой меристемы проводилась в течение одного цикла репликации (12 ч), а в течение последующего, семена проращивались на фильтровальной бумаге при температуре 25-27 °С. Затем семена обрабатывались монобромнафталином (10 капель на 100 мл воды) и фиксировались в 50% уксусной кислоте от 2 до 24 ч. В работе использовались два метода приготовления хромосомных препаратов: 1) метод постоянных давленных препаратов; 2) метод воздушно-сухих препаратов из клеточной суспензии, разработанный Н.В.Лугининым на кафедре генетики Белгосуниверситета. Дифференциальное окрашивание сестринских хроматид (ДОСХ) проводилось двумя способами: 1) окрашивание по Фельгену /Vosa, 1981/ в нашей модификации ФГ-метод; 2) окрашивание красителем Гимза (НС1Г-метод) /Лугинин, 1990/.

Для исследования частоты хиазм использовался материал, зафиксированный в 1991 и 1993 годах, контрастных по условиям выращивания. По каждой линии фиксировалось до 10 растений. Колоски фиксировали в спи-рто-уксусном фиксаторе (96% спирт + ледяная уксусная кислота в соотношении 3:1 соответственно) в течении 24 часов, материал хранился в 70%

спирте. Для подсчета числа хиазм Делались временные препараты давлен-

¡

ных в ацетокармине пыльников.

Анализ хромосомных препаратов и микрофотографирование проводились при увеличении объектива 40х и ЮОх на микроскопах Leitz и Jenaval, использовалась пленка "Микрат" 300.

Для статистической обработки результатов экспериментов использовалось сравнение по методу Хи-квадрат, а также двух- и трехфакторный дисперсионный анализ данных о частоте хиазм /Рокицкий, 1973/, выполненных при помощи программы для компьютера, составленной с.н.с. ИГиЦ АНБ Аношенко Б.Ю. При анализе частоты СХО использовались критерии распределения частоты СХО по длине хромосомы, общая частота СХО на клетку и хромосому, а также распределение частот СХО по районам спут-ничных (6-ая и 7-ая по классификации Linde-Laursen /1978/), и неспутнич-ных хромосом. При анализе частоты хиазм использовались критерии: общее число хиазм на клетку и на хромосому, значение степени неоднородности Хи-квадрат, сравнение распределения частоты хиазм на клетку и на бивалент. Гистограммы распределения частоты СХО строили при помощи электронных таблиц Excel 5.0.

ЭФФЕКТ ВНУТРИВИДОВЫХ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИХИ ЯДЕРНЫХ ЗАМЕЩЕНИЙ НА ЧАСТОТУ МИТОТИЧЕСКИХ РЕКОМБИНАЦИЙ У ЯЧМЕНЯ

Влияние внутривидовых цитоплазматических и ядерных замещений на общую частоту СХО у ячменя.

Общие частоты СХО на метафазную клетку и на отдельную хромосому представлены в таблице 1.

Таблица I

Частота СХО на метафазную клетку и на хромосому у 7 изоцитоплазматических линий ячменя

Цитоплазма сорта Ядро сорта Среднее значение Р

Роланд Зазерский-85

Среднее значение частоты СХО на хромосому

п Р п Р

Роланд 4914 0,55 0.69

Зазерский-85 2100 0,85 0,86

Ида 2142 0,70 2268 0,92 0,81

Жодинский-5 980 0,91

Р 0,82 0,71

В целом, все изоцитоплазматические линии с геномом сорта Роланд продемонстрировали более высокую частоту СХО, чем линии с геномом сорта Зазерсхий-85. При сравнении линий с одинаковыми цитоплазмами, наибольшая частота СХО отмечена для линий с цитоплазмой сорта Зазерс-кий-85.

Для того, чтобы изучить эффект внутривидовых цитоплазматических замещений, сравнивались линии с одинаковыми ядрами и разными цитоплазмами. При сравнении частоты распределения хромосом с обменами у исследуемых линий по методу Хи-квадрат наблюдались достоверные отличия от контроля (сорта Роланд и Зазерский-85) для всех изоцитоплазмати-ческих линий за исключением линии с цитоплазмой сорта Жодинский-5. Замещение цитоплазмы исходного сорта цитоплазмой сорта Ида привело в случае с сортом Роланд к уменьшению, а в случае с сортом Зазерский-85 - к увеличению частоты СХО. Контрольные сорта Роланд и Зазерский-85 имели достоверно (Р<0,01) разную частоту формирования обменов мезеду сестринскими хроматидами. Более того, отличия между данными геномами по исследуемому признаку подтвердило существование различий у линий с одинаковыми цитоплазмами и разными ядрами.

Таким образом, замещения цитоплазмы могут приводить к изменению частоты обменов между сестринскими хроматидами, однако, эффект таких замещений находиться в зависимости от генома ядра. Следовательно, можно говорить о существовании эффекта ядерно-цитоплазматического взаимодействия на частоту СХО.

Локусоспецифический эффект ядра и цитоплазмы на частоту сестринских хроматидных обменов.

Общая величина частоты СХО не дает представления об эффекте внутривидовых цитоплазматических замещений на частоту СХО в конкретных участках генома. Можно предположить, что некоторые из ядерных или цитоплазматических генов способны индуцировать или ингибировать сестринские хроматидные обмены в локальных участках генома, как это было показано на аллоплазматических линиях пшеницы /Лугинин и др., 1987/.

Поэтому был проведен анализ распределения СХО по отдельным участкам спутничных хромосом! как наиболее легко идентифицируемым. Проводилось сравнение изоцитоплазматических линий по частоте СХО в различных районах спутничных хромосом (первичная перетяжка, вторичная перетяжка, спутник и плечи). На рисунке 1 показаны частоты СХО (в

процентах) по разным районам 6-ой и 7-ой хромосом, а также значения Хи-квадрат, полученные при сравнении с контрольным сортом кривых распределения частоты СХО по данным хромосомам. Было показано, что замещения как цитоплазмы сорта Роланд (1), так и цитоплазмы сорта Зазерский-85

(2) цитоплазмами других сортов, приводило либо к увеличению, либо к уменьшению частоты СХО в разных участках спутничных хромосом. Причем, изоцитоплазматические линии с ядром сорта Роланд показали резкое увеличение, по сравнению с контролем, частоты СХО в районе длинного плеча 6-ой хромосомы и уменьшение в районах короткого плеча и первичной перетяжки. Для 7-ой хромосомы различия были не столь ярко выражены и не всегда достоверны. Следует отметить, что наибольший эффект на частоту СХО в спутничных хромосомах оказала цитоплазма сорта Ида

(3). Хотя между собой линии с данной цитоплазмой достоверно не различались. Более того, при сравнении между собой линий с одинаковыми цитоплазмами и разными ядрами, достоверных различий между ними не было обнаружено (за исключением данных по 6-ой хромосоме для линий с цитоплазмой сорта Роланд), тогда как контрольные сорта Роланд и Зазерский-85 отличались между собой. Таким образом, внутривидовые замещения цитоплазмы могут изменять частоту СХО. Одна и та же цитоплазма может вызывать увеличение частоты СХО в одном участке генома и уменьшать его в другом, но данное влияние обусловлено особенностями генома ядра.

Полученные данные позволяют считать, что именно взаимодействие ядра и цитоплазмы оказывает существенное влияние на частоту сестринских хроматидных обменов как в общем на клетку, так и в определенных хромосомах и хромосомных локусах. Таким образом, создание новых комбинаций ядерных и цитоплазматических генов одного и того же вида растений способно приводить« изменению рекомбиногенной активности хромосом, что имеет важное значение для эволюционных и селекционных процессов.

6-ая хромосома

частота СХО, %

Линии с геномом Роланд Лииии с геномом Зазерский-85

7-ая хромосома

частота СХО, %

17,68**

Линии с геномом Рояаид Линии с геномом Зазерский-85

Рис. 1. Распределение СХО по структурным участкам 6-ой и 7-ой спутнич-,

ных хромосом у 7 изоцитоплазмагических линий ячменя.

Линии с цитоплазмой сортов: 1 - Роланд; 2 - Зазерский-85; 3 - Ида; 4 - Жо-

динский-5.

Структурные участки хромосомы: А - длинное плечо; Б-первичная перетяжка; В-корогкое плечо; Г-вторичная перетяжка; Д-спутник. ** - отличие от контроля по частоте распределения СХО вдоль хромосомы достоверно при Р < 0,01

Эффект внутривидовых цитоплазматических и ядерных

замещений на частоту хиазм у ячменя

Влияние цитоплазматических и ядерных генов на общую частоту хиазм у ячменя.

Сестринские хроматидные обмены в митотических клетках не проявляются фенотипически. Потому представляется важным изучить влияние цитоплазматических элементов наследственности на более генетически значимые рекомбинационные процессы, происходящие в ядре.

Для определения эффекта цитоплазмы на мейотические рекомбинации сравнивалась частота хиазм у 12 изоцитоплазматических линий ячменя (табл. 2).

Таблица 2

Частота хиазм на клетку у 12 изоцитоплазматических линий ячменя (усредненные данные по двум годам выращивания)

Чис- Среднее Распределение клеток Степень

Линии ло значение по частоте хиазм гетеро-

Ядро Цитоплазма кле- частоты 13 14 15 16 17 генности

ток хиазм (р) (х2)

Зазерский- Зазерский-85 134 14,26 13 57 16 10 4

85 Роланд 130 14,50 10 63 22 4 1

Ида 170 14,43 13 58 14 10 5 44,79**

Жодинский-5 183 14,22 8 61 19 10 2

НУБ 91/76 268 14,12 7 63 19 8 3

КМ 1192 152 14,33 16 54 21 8 1

Роланд Роланд 116 14,26 15 53 18 13 1

Зазерский-85 100 14,30 7 55 22 13 3

Ида 99 14,35 8 52 26 12 2 19,25

Жодинский-5 176 14,39 10 65 15 10 0

НУБ 91/76 129 14,48 17 58 19 6 0

КМ 1192 100 14,20 11 55 22 9 2

Примечание.

** - значение степени гетерогенности достоверно при Р < 0,01

Следует заметить, что признак "число хиазм" отличается малой степенью изменчивости: коэффициент вариации находится в пределах от 5,27

до 7,51. Среднее значение частоты хиазм не позволяет обнаружить существенные различия между линиями с разными ядрами и цитоплазмами. Исследуемые линии сравнивались также по степени однородности частотных характеристик. Линии с ядром сорта Зазерский-85 различались между собой по частоте хиазм на клетку и на бивалент. Об этом свидетельствует как показатель степени неоднородности, так и значения Хи-квадрат, полученные при сравнении отдельных линий. Замещение цитоплазмы исходного сорта Зазерский-85 цитоплазмой сорта Жодинский-5 приводило к достоверному (Р < 0,05) изменению частоты хиазм среди бивалентов (х2=8,44).

Для линий с ядром сорта Роланд были получены однородные данные, которые, за небольшим исключением, не различались достоверно между собой.

Анализируя полученные результаты, можно отметить, что геном сорта Зазерский-85 оказался более восприимчивым к' цитоплазматическим замещениям, чем геном сорта Роланд. Ранее было показано, что при замене цитоплазмы сорта Зазерский-85 цитоплазмами других сортообразцов (Ида, КМ 1192, Жодинский-5) наблюдалось повышение продуктивности растений, тогда как цитоплазматические замещения у сорта Роланд не улучшали его по отдельным элементам продуктивности /Давыденко, 1989/.

Таким образом, частота хиазмообразования зависит от ядерно-цито-плазматического взаимодействия и может изменяться под влиянием цитоплазм некоторых сортов. Оказывая влияние на частоту рекомбинационных событий в ядре, внутривидовая цитоплазматическая изменчивость служит дополнительным источником общей комбинативной изменчивости и играет определенную роль в эволюции ядерного генома.

Изучение влияния внутривидовых цитоплазматических и ядерных замещений на частоту хиазмообразования у ячменя в зависимости от условий выращивания.

В значительном количестве исследований неоднократно было доказано большое значение внешних факторов окружающей среды на частоту образования хиазм /Elliot, 1958; Moráis et. al., 1992/, причем доля такого влияния может быть выше, чем доля влияния генетических факторов.

Большинство линий, взятые для исследований в разные годы, контрастные по условиям выращивания, отличались по частоте образования хиазм как на клетку, так и на бивалент (таблица 3). Полученные данные ука-

зывают на существование значительного влияние условий среды произрастания на частоту образования хиазм, что характерно для всех количественных признаков растений /Хотылева, Тарутина, 1982/.

Таблица 3

Сравнение (Хи-квадрат) изоцитоплазматических линий ячменя, зафиксированных в разные годы, по частоте хиазм на клетку

Ядро Цитоплазма сорта

сорта Роланд Зазерский-85 Ида Жодин-ский-5 НУБ 91/76 КМ ¡192

Роланд 6,55 10,87** 3,32 2,60 13,41** 8,61*

Зазерский-85 8,34* 15,65** 13,46** 9,05* 30,31** 16,29**

Примечание.

Различия достоверны: * - при Р < 0,05; ** - при Р < 0,01

Степень неоднородности по частоте хиазмоОбразования у изоцитоплазматических линий, имеющих ядро сорта Зазерский-85, была выше во второй год исследований (таблица 4). Наиболее сильный эффект на частоту хиазмообразования в первый год показало замещение цитоплазмы контрольного сорта цитоплазмой сорта Роланд ( значение Хи-квадрат 11,22 (при Р < 0,05) и 11,15 (при Р < 0,01) для распределения частоты хиазм на клетку и на бивалент соответственно), а во второй - цитоплазмой сорта НУБ 91/76 (значение Хи-квадрат - 19,72 и 31,32 при Р < 0,01). Для цитоплазм остальных сортов также были получены достоверные результаты. Линии с геномом сорта Роланд не различались по частоте хиазм.

Таблица 4

Значение степени гетерогенности по частоте хиазм на клетку и на бивалент для изоцитоплазматических линий ячменя в зависимости от года исследований

Линии с ядром сорта Первый год исследований | Второй год исследований

Степень гетерогенности по частоте хиазм

на клетку на бивалент на клетку на бивалент

Зазерский-85 26,01** 28,56** 53,46** 62,65**

Роланд 14,67 15,54 10,74 15,20

Примечание. ** - значение степени гетерогенности достоверно при Р < 0,01

Таким образом, степень влияния внутривидовых замещений цитоплазмы на частоты хиазмообразования зависела не только от генома ядра, но и от условий выращивания. Факторы окружающей среды могут значительно модифицировать эффекты ядра и цитоплазмы на изучаемые признаки. Можно говорить о взаимовлиянии генома, плазмона и среды в целом на рекомбинации хромосом.

Эффеюы ядра, цитоплазмы и среды на частоту хиазмообразования.

Чтобы определить значимость влияния факторов ядра, цитоплазмы и средовых условий на частоту хиазмообразования, а также их относительную роль в общей изменчивости изучаемых признаков был проведен дисперсионный анализ полученных данных.

Дисперсионный анализ данных о влиянии факторов цитоплазмы и среды на число хиазм на клетку и на бивалент у изоцитоплазматических линий ячменя с геномом сорта Зазерский-85 (таблица 5) показал невысокую ( 2 %), но достоверную ( Р < 0,01) долю влияния цитоплазмы как на число хиазм на клетку, так и на число хиазм на бивалент, при этом доля влияния среды была значительно ниже ( менее одного процента ). Аналогичный анализ для линий с геномом сорта Роланд позволил выявить только влияние среды произрастания (доля влияния весьма незначительная - 0,69 %) на исследуемые признаки (Р-критерий для числа хиазм на клетку равен 4,96 и достоверен при уровне значимости Р < 0,05). Таким образом, результаты дисперсионного анализа, как и ранее проведенное изучение степени неоднородности, показали зависимость частоты хиазмообразования у сорта За-зерский-85 от внутривидовых цитоплазматических замещений.

В таблице 6 представлены результаты дисперсионного анализа полученных данных по трем факторам. В результате были получены доказательства влияния на частоту хиазмообразования ядерно-цитоплазматического взаимодействия (доля влияния достаточно высока - более 19 процентов), а также взаимодействия ядра и среды. Таким образом, при проведении селекционных экспериментов по созданию новых сортов, необходимо учитывать особенности влияния ядерно-цитоплазматического взаимодействия на частоту рекомбинационных событий в ядре, что может способствовать расширению спектра комбинаций ценных, с селекционной точки зрения, признаков.

Таблица 5

Дисперсионный анализ данных о влиянии факторов цитоплазмы и среды на число хиазм на клетку и на бивалент у изоцитоплазматических линий ячменя с геномом сорта Зазерский-85

Число хиазм на клетку Число хиазм на

Источник бивалент

вариации Е-крите- Доля влияния Р-крите- Доля влия-

сК рий (%) по Пло- рий ния (%) по

Фишера хинскому Фишера Плохинскому

Цитоплазма 5 4,54** 2,14 4,35** 2,06

Среда 1 4,79* 0,45 3,97* 0,38

Взаимодействие

ядра и цитоплазмы 5 1,24 0,59 1,18 0,56

Случайные откло-

нения 1025 96,82 97,01

Примечание.

Влияние фактора достоверно: * - при Р < 0,05; ** - при Р < 0,01.

Таблица 6

Дисперсионный анализ данных о влиянии факторов ядра, цитоплазмы и среды на число хиазм на клетку и на бивалент у 12 изоцитоплазматических

линий ячменя

Число хиазм на клетку Число хиазм на

Источник бивалент

вариации Р-крите- Доля влияния Р-крите- Доля влия-

сК рий (%) по Пло- рий ния (%) по

Фишера хинскому Фишера Плохинскому

Ядро 1 0,002 0,002 0,000 0,002

Цитоплазма 5 1,399 8,467 1,407 8,547

Взаимодействие

ядра и цитоплазмы 5 3,194* 19,333 3,284* 19,954

Среда 1 0,083 0,101 0,042 0,052

Взаимодействие

ядра и среды 1 5,233* 6,335 4,938* 6,001 :

Взаимодействие

ядра и цитоплазмы 5 0,650 1 3,937 0,615 3,734

Общее взаимодейс- 5 0,613 | 3,712 0,556 3,380

твие

Случайные откло- 48 58,112 58,332

нения

Примечание. *-влияние фактора достоверно при Р< 0,05.

ВЫВОДЫ

1. Цитоплазмы и ядра некоторых сортов способны оказывать существенное влияние на частоту сестринских хроматидных обменов в определенных хромосомах и хромосомных локусах. Внутривидовое замещение цитоплазмы может вызывать увеличение частоты СХО в одном участке генома и уменьшение - в другом.

2. Частота сестринских хроматидных обменов определяется взаимодействием генетических систем ядра и цитоплазмы. Внутривидовая цитоплазма-тическая изменчивость влияет на рекомбинационную активность хромосом в митозе.

3. Частота хиазмообразования зависит от взаимодействия факторов ядра, цитоплазмы и среды. Наиболее сильное влияние на частоту хиазмообразования у ячменя оказывает взаимодействие факторов ядра и цитоплазмы.

4. Цитоплазма сорта Ида обладает рекомбиногенной активностью и данный сорт может использоваться в качестве материнского родителя в селекции ячменя для повышения выхода новых трансгрессивных форм.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лугинин Н.В., Давыденко О.Г., Горбачева С.А., Аксенова Е.А. Эффект внутривидовых цитоплазматических и ядерных замещений на частоту СХО у ячменя //Докл. АН БССР. -1991. - Т. 35, N 3. - С. 278-282.

2. Лугинин Н.В., Давыденко О.Г., Аксенова Е.А. Частота СХО у изоплаз-матических пиний ячменя И Экологическая генетика растений, животных и человека: Тез. докл. IV Всесоюзн. конф. - Кишинев, 1991. - С. 39

3. Аксенова Е.А., Давыденко О.Г. Эффект внутривидовых цитоплазматиче-ских и ядерных замещений на частоту хиазм у ячменя // Современные проблемы генетики и селекции: Тез. докл. республ: конф. - Минск, 1995. -С. 4.

4. Аксенова Е.А., Давыденко О.Г. Эффект внутривидовых цитоплазматиче-ских и ядерных замещений на частоту хиазм у ячменя II Докл. АН Беларуси. - 1995. - Т. 39, N 6. - С. 72-74

5. Sychjova I.M., H.A. Aksjonova, and O.G. Davydenko. The effect of cytoplasm intraspecific substitutions on chiasmata and sister chromatid

exchanges frequency and on marker gene segregation distortion // Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement: Book of Abstracts / Intern. Sympos., February 21-22, 1997/. - Tulln, Austria, 1997. - P. 48

РЭЗЮМЭ.

Аксёнава Алена Анатольеуна.

Эфект унутрьшдавога замяшчэння цытаплазмау на частату литатычных 1 меятычных рэкамбшацый храмасомау ячмяню.

Ключавыя словы: цытаплазма, ячмень, рэкамбинацьп, х1язмы, сяст-рынсюя храматыдныя абмены, ¡з а ц ыта п л а з м а ты ч н ы я спада-

рожмкавыя храмасомы, умовы асяроддзя.

Вывучалася частата сястрынсих храматыдных абменау 1 частата х(язмау у ¿зацытаплазматычных лш1ях ячмяню, якхя сумяшчаюць ядра 1 цы-таплазмы розных сартоу. Дзеля таго, каб дыферэнцаваць сястрынсюя хра-матыды, ужывалася апрацоука. 5-бромдэзокс1урыдынам, пасля якой пра-водзшася дыферэнцыальная афарбоука з выкарыстаннем метада юслотнага пдрол1зу (НСЮ-метад). Анал13 частаты х^язмау праводзш на часовых, расцюнутых у ацэтакармше прэпаратах. У вышку праведзенных даследа-ванняу упершыню быу паказаны эфект унутрывщавой цытаплазматычнай зменл1васщ на частату сястрынсшх храматыдных абменау (СХА). Выяулены храмасома- 1 локусаспецыф1чны уплыу плазмона на частату СХА. Упершыню быу паказаны эфект унутрывщавой цытаплазматычнай змешивасщ на частату утварэння х1язмау. Выяулены уплыу ядзерна-цытаплазматычнага узаемадзеяння, а таксама уплыу узаемадзеяння генома ядра разам з умовам1 асяроддзя на меятычныя рэкамбшацьй. Вынш гэтай працы спрыяюць паглыбленню уяуленняу аб рэгуляванш рэкамбшацыйных працэсау у ядры, таксама яны могуць выкарысгоувацца у селекцьн, дзеля таго, каб растлумачыць неабходнасць прыцягнення новых цытаплазмау у селекцыйны працэс з мэтай пашырэння не тольк1 цытаплазматычнай зменшвасщ, але 1 спектру рэкамбшацый ядзерных генау.

РЕЗЮМЕ.

Аксенова Елена Анатольевна.

Эффект внутривидового замещения цитоплазм на частоту митотичес-ких и мейотических рекомбинаций хромосом ячменя.

Ключевые слова: цитоплазма, ячмень, рекомбинации, хиазмы, сестринские хроматидные обмены, изоцитоплазматические линии, спутничные хромосомы, условия среды

Изучалась частота сестринских хроматидных обменов и частота хиазм у изоцитоплазматических линий ячменя, сочетающих ядра и цитоплазмы разных сортов. Для дифференциации сестринских хроматид применялась обработка 5-бромдезоксиуридином, с последующей дифокраской с использованием метода кислотного гидролиза (НСЮ-метад). Анализ частоты хиазм велся на временных, давленных в ацетокармине препаратах. В результате проведенных исследований впервые был показан эффект внутривидовой цитоплазматической изменчивости на частоту сестринских хроматидных обменов. Обнаружено хромосомо- и локусоспецифическое влияние плазмона на частоту СХО. Впервые выявлен эффект внутривидовой цитоплазматической изменчивости на частоту хиазмообразования. Установлено влияние ядерно-цитоплазматических взаимодействий, а также влияние взаимодействий генома ядра с условиями среды на мейотические рекомбинации. Результаты данной работы способствуют углублению представлений о регулировании рекомбинационных процессов в ядре и могут быть использованы в селекции для объяснения важности привлечения новых источников цитоплазм в селекционный процесс с целью расширения не только цитоплазматической изменчивости, но и спектра рекомбинаций ядерных генов.

SUMMARY.

Aksjonova Elena Anatoljevna.

The effect of intraspecific cytoplasmic substitution on the frequency of the mitotic and meiotic recombinations of barley chromosomes.

Key words: cytoplasm, barley, recombinations, chiasmata, sister chromatid exchanges, isoplasmic barley lines, satellite chromosomes, environmental factors.

The sister chromatid exchanges and chiasmata frequency in isoplasmic barley lines with different nucleo-cytoplasmic variety combinations was studied. The treatment with BrDU for sister chromatid differentiation with the following HClG-method differential staining was made. The chiasma frequency was analysed on the temporary stained acetocarmin preparations. The effect of intraspecific cytoplasmic variability on the sister chromatid exchange frequency was first observed. The cytoplasm influence on the SCE frequency was specific both for chromosomes and chromosomal loci. The effect of intraspecific cytoplasmic variability was first observed. The influence of the nucleo-cytoplasmic interactions as well as of the interrelations between the environmental and nuclei factors on the meiotic recombinations was observed. The results of this work promote the working out in detail knowledge about the regulation of the recombination processes in the nucleus as well as can be helpful for the selection explaining the use of the new cytoplasmic sources for the extension of not only the cytoplasmic variability but also the spectrum of nuclear gene recombinations.