Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетические основы селекции льна
ВАК РФ 03.00.15, Генетика
Автореферат диссертации по теме "Генетические основы селекции льна"
РГ6 од
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК
,, _
ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н. Й. ВАВИЛОВА----------------------------------------
На праиал рукописи
КУТУЗОВА София Николаевна
УДК 633.521:581.167
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ ЛЬНА
03.00.15 — Генетика
0fi.0l.05 — Селекция и семеноводсчко
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993
Работа выполнена во ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова и 1969—1992 гг.
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Т. С. Фадеева; доктор биологических наук И. Г. Одинцова; доктор сель скохозяйственных наук, профессор А. Р. Рогаш.
Ведущая организация: ВНИИ льна.
Защита дисоертации состоится « Ну 1993 г.
в ¡0 час. на заседании Специализированного совета Д.020.13.02 при Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства имени Н. И. Вавилова по адресу. 190000, Санкт-Петербург, Центр, ул. Герцена, 44.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова.
/ __^ ,
Автореферат разослан « *"> » С ^^ 1993 г.
Ученый секретарь Специализированного совета,
доктор биологических наук Э. А. Гончарова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Лен-долгунец - одна из важнейших исконно русских технических культур. В Северо-Западной зоне нашей страны под влиянием умеренных температур, достаточного увлажнения и уникально продолжительного освещения в период фазы быстрого роста льна складываются условия, способст--------------------------
вугацие получение наиболее высокорослых растений с высоким содержанием и качеством волокна.
В современной ситуации значение льна для России неизмеримо возрастает. Сельское хозяйство и перерабатывающая промышленность предъявляют жесткие требования к технологичности сортов: устойчивость к болезням и полеганию, ранне- или сред-йеспелость при высокой продуктивности» содержании и качестве волокна, компактность соцветия, неосыпаемость семян и т.д.
Отечественной селекцией созданы сорта с высокой продуктивностью и содержанием волокна, в последние годы появились раннеспелые сорта. Среди районированных есть сорта льна с высоким качеством волокна, относительно устойчивые к полеганию и некоторым болезням, но очень мало сортов с комплекоом этих признаков. Большая их часть позднеспела, имеет низкое качество волокна, не обладает достаточной устойчивостью к болезням. Сортовой материал, а также селекционные линии страдают генетическим однообразием, что постепенно снижает эффективность селекционного процесса и может привести к тупику.
Повысить эффективность и сократить продолжительность селекционного процесса, преодолеть опасную генетическую узость сортов могут помочь знания генетики важнейших признаков, более интенсивное вклачение в селекцию мирового разнообразия льна, в т.ч. масличного, обладающего рядом ценных признаков, отсутствующих у долгунцов.
Генетику льна начали изучать с начала века, однажо селекционно ценные признаки до сих пор изучена крайне слабо. Считается, что большая часть важнейших хозяйственных признаков у льна наследуется полигенно. Продуктивность семян и волокна, содержание и качество волокна, длина вегетационного периода и высота стебля и др. являются сложными признаками, которые часто находятся в прямой или обратной корреляции друг с другом, каждый из них обусловлен большим количеством призна-
ков, в свои очередь детерминированных многочисленными генами, подверженными модифицирующее действию факторов окружающей среды.
Наследование- длины вегетационного периода - одного, из важнейших признаков для льна-долгунца, изучалось в основном на масличных льнах ( Jesweni L.M., etc.,1962; Kurty B.R., 1969; Singh К., etc., 1981 и др.), вместе о тем этот вопрос остается весьма актуальным, т.к. раннеспелые сорта льна-долгунца пока занимают малые площади.
Наиболее генетически изученным признаком является устойчивость к ржавчине, однако изучение проведено в основном ка масличном льне ( yior H.H., 1935, 1946; Flor и.н.,Comstock V.E., 1972 и др.). Генетический контроль этого признака на льне-долгунце изучен крайне мало (Рогат А.Р., Крепков А.П., 1975; Рожмина Т.А., 1988), причем на уровне популяции хозяина и гриба. Поскольку ржавчина является опасным заболеванием льна и в случае эпифитотии способна нанести большой ущерб, эта проблема остается актуальной, т.к. среди возделываемых сортов устойчивые занимают пока небольшие площади.
Для разработки генетических основ селекции необходимо проведение генетических исследований на селекционно ценном.' материале, что позволит решать практические селекционные задачи. Считаем, что создание сортов льна с комплексом хозяйственно ценных признаков следует начинать с устойчивости к ржавчине как единственного признака, наследующегося олигогенно. Наиболее рационально в качестве доноров генов устойчивости использовать аналоги лучших производственных сортов, обладающие значительным комплексом необходимых признаков и эффективными генами устойчивости.
Цели и задачи исследования. Целью наших исследований является создание генетической еи ресурсной базы Для селекции .льна-долгунца по комплексу хозяйственно ценных признаков.
Для достижения этой.цели предполагалось решить следующие задачи:
- выделить из коллекции льна источники всех важнейших хозяйственно ценных признаков;
- изучить наследование длины вегетационного периода и высоты растешй льна; " '
- разработать методы изучения устойчивости к ржавчине и exe-
му выделения доноров устойчивости из коллекции льна;
- изучить коллекцию льна на фузариозном и ржавчинном инфекционных фонах, выявить источники устойчивости, выделить из них чистые линии;
""""""-"определить число и характер действия генов, контролирующих устойчивость к ржавчине у выделенных линий, и их эффективность против местных популяций патогена в нашей стране;
- изучить эффективность против местных популяций патогена всех известных по литературе генов устойчивости К ржавчине, уточнить возможность применения международного набора сортов-дифференциаторов для дифференциации местных рас ржавчины и определить- у них число Е-генов;
. - с помощью программы беккроссоз изолировать в моногенные линии наиболее эффективные гены, провести их идентификации и определить локализацию;
- создать с оригинальными эффективными генами две серии ли» ний-аналогов: в основе среднеспелого сорта Оршанокий 2 - эталона качества волокна и в основе наиболее раннеспелого сорта Призыв 81 о высоким содержанием и качеством волокна;
- передать созданные доноры, имеющие значительный комплекс хозяйственно ценных признаков,' селекционерам для ускорбнной селекция устойчивых сортов.
Научная новизна. Работа по выделении доноров устойчивости к ржазчине к изучению генетики этого признака в условиях нашей страны практически не имела предшественников. Нами впервые разработаны методики определения эффективности линий и генов, выделения доноров из коллекции льна. Впервые в условиях пашей страны у моногенных против рас ржавчины Американского континента сортов международного набора дифференциаторов рас ржавчины льна обкар/.чеил дополнительные гены устойчивости различной эффективности. Впервые в мире обнаружен новый локуо О, контролирующий устойчивость к ржавчине льна. Уточнена дифференцирующая способность этого набора для местных рас патогена.
Впервые из мировой коллекции льна-долгунца выделены доноры высокоэффективных генов устойчивости к ржавчине, представляющие большую ценность для селекции на устойчивость в нашей, стояке. Эффективность этих генов подтверждена также в Австралии.
Впервые в отечественной селекции льна-долгунца о выделенными иг коллекции (в т.ч. из сортов масличного льна) эффективнн-
5
ми генами устойчивости созданы линии, представляющие собой аналоги сортов Оршанский 2 и Призыв 81, соответственно среднеспелые и раннеспелые доноры со значительным комплексом других хозяйственно ценных признаков.
Изучение- наследования длины вегетационного периода и высоты растений, а также взаимосвязи между признаками, на льне-долгунце проведены впервые на тщательно отселектированных ин-бредных линиях раздельно по периодам роста и репродуктивному при определении времени зацветания и спелости по каждой конкретной коробочке.
Из обширной коллекции льна выделены новые формы, необходимые для эффективной селекционной работы по всем основным хозяйственно ценным признакам. .. '
Практическая значимость работы заключается в создании генетической и ресурсной базы для селекции льна-долгунца:
- идентифицированы эффективные гены устойчивости к ржавчине льна;
- идентифицирован новый локус устойчивости к ржавчине 0;
- созданы аналоги сортов Оршанский 2 и Призыв 81 с разнообразными генами устойчивости к ржавчине и внедрен в селекцию в России, Белоруси и Украине;.
- описаны механизмы наследования скороспелости и высоты у льна, подтверждающие возможность создания раннеспелых высокопродуктивных сортов; ■
- созданы доноры раннеспелости и внедрены в селекцию в России; ...
- выделены источники важнейших хозяйственно ценных признаков для селекции льна.на продуктивность по волоку и семенам, на выход и качественные показатели волокна, устойчивость к полеганию и болезням, издай каталог-справочник мировой коллекции ВИР (1991) и методические указания по изучению коллекции льна (1988).
Основные положения, выносияые на защиту .
1. Методика выделения доноров устойчивости к ржавчине ЛЬН8
2. Международные сорта-дифференциаторы возбудителя ржавчи-е нц. льна содержат известные по североамериканским иоследовани»
высокоэффективные в недаи* условиях гены устойчивости .и, н1,М, Мд М^, Р» Р3, К, малоэффективные гены Ь, Ь2, Ц
а также высокоэффективный ген Q, не проявляющийся против североамериканских рае возбудителя.
3. Для дифференциации возбудителя ржавчины льна можно использовать дифференциаторы международного набора - сорта Ottawa - 770 В (ген ь)^ Stewart ( Ь2 )»■ Wilden (ген Ь^ ),
а также выделенные нами моногенные линии из местных русских____
льнов из Симбирской губ. (к-630), Гомельской (к-791), Владимирской (к-834), Иваново-Вознесенской (к-846), Тюменской (к-944) областей и Вотский кряж (к-867).
4. Высокоэффективные гены устойчивости к ржавчине содержат русские кряжи: Солецкий (к-726), Псковские (кк-729 и 733), Ярославские (кк-744 и 759), сорт ГДС-3 (к-5375), а также сорта NetasJa .(к-7213) из Нидерландов, Svalor 60132 (к-6658) из Швеции и Currong (к-ббОв) Из Австралии, которые вместе о. между народными сортами-гдифференциаторами Bombay, Dakota, Koto, Leona, Victory, Саве, Clay, PoIk, Kenya, Birlo, могут составить генетическую базу селекции на устойчивость. •
5. Для селекции льна-долгунца в России наиболее удобны, наши линии-аналоги сортов Оршанский 2 и Призыв 81 - доноры идентифицированных нами и известных по мировым исследованиям генов устойчивости к ржавчине.
6. Периоды всходы-цветение и цветение-оозревание у льна наследуются независимо, поэтому максимальная раннеспелость в процессе селекции может быть достигнута в результате совмещения обоих коротких межфазных периодов.
Апробация работы и публикация результатов.
Основные положения работы были доложены: на заседаниях секции лубяных культур и научно-методических советах селек-центра по льку-долгунцу (г.Москва, 1978 и 1986 гг.; г.Торжок, 1982 и 1985 гг.; г.Тэерь, 1991 г.); на симпозиуме "Изменчивость фитопатогенных микроорганизмов в связи с селекцией сельскохозяйственных культур" (г.Рига, 1979 f.); на Всесопзной конференции "Проблемы и пути повышения устойчивости растений к болезням и экстремальным факторам среды в связи с задачами селекции" (г.Ленинград, 1981); на совещании представителей стран СЭЗ по созданию международного классификатора ВИда b.uaitatiseimum (Ленинград, 1986 г»); на всесоюзном совещании по иммунитету (г.Минск, 1991 г.')} на полевых'заседаниях Ученого сээета ВИР (г.Пушкин, 1976, 1979, I9BI, 1991 гг.).
По теме исследований опубликовано 34 работы в сборниках научных трудов, иурналах, в материалах всесоюзных и региона- -льных симпозиумов, конференций, методические указания и каталоги-справочники. Общий объем 24,4 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация изложена па 247 страницах, имеет 46 таблиц, 7 рисунков. Список литературы содержит 395 наименований, в т.ч. I83 на иностранных языках,
УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследования проводили в 1969-199? гг. в Пушкинских лабораториях ВИР (г.Пушкин Ленинградской обл.), характеризующихся в целом комплексом оптимальных условий для возделывания льна-долгунца. Изменявшиеся по годам погодные условия способствовали более разносторонней и достоверной оценке селекционной ценности образцов и выявлению их экологической пластичности.
Материалом исследований служила мировая коллекция рода Ыпиш L. ВИР, насчитывающая более 5100 образцов из 56 огррн мира. Среди них более 1750 образцов льна-долгунца}--более 3300 образцов масличного льна, 8 - прыгунцов ( var.crepitansч ), 50 - различных диких льнов, относящихся к 12 видам.
Комплексную оценку образцов, полученных за последние Ю лет, по морфологическим и хозяйственно ценным признакам давали по результатам изучения в коллекционном-питомника по мето* дике ВИР (1978, 1991), на ржавчинном и фузариозном инфекционном фонах по методике ВШИЛ (1969) и ВИР (1978 и 1991), технологическую оценку делали в технологической лаборатории МоВИР (э/х "Большевик"), оценку по содержание и качеству масла - в отделе биохимии ВИР.
Популяции уредоспор ржавчины собраны на посевах льна в Пушкинских лаб. ВИР, а также из основных районов возделывания
v 8
льна в нашей стране - Калининской, Псковской, Смоленской, Томской обл. Выделение моноклонов, изучение их вирулентности проводили по методике ВИР (198°) в условиях фитотрона.
______.Гибридологический анализ устойчивости Р^ и беккроссных поколений, эффективность гёнов изучали также-в контролируемых^_ условиях ( 1 20°С, освещение - 18-24 часа).
Математическую обработку данных проводили по методикам П.Ф.Рокицкого (1973), Б. А.Доспёхова (1979), А.Ф.Мережко (1984), К.Мазера и Дж.Джинкса (1985).
РЕЗУЛЬТАТУ ИССЛЕДОВАНИЯ
I. ВЫДЕЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕНШХ
ПРИЗНАКОВ ИЗ МИРОВОЙ КОЛЛЕКЦИЯ ЛЬНА
Большая часть современных сортов льна-долгунца создается методом гибридизации с помощью разнообразных по сложности программ. Успех селекционных программ и продолжительность работы над сортом в значительной степени зависят от надежности использованных источников хозяйственно ценных признаков, особенностей наследования этих признаков и генетического разнообразия селекционного материала. Исходным- материалом могут служить сорта и образцы, являпщиеоя источниками отдельных признаков или комплекса важных признаков, наибольший эффект дает вовлечение в скрещивания образцов различного эколого-географического проислождения, а также межеумков, значительно обогащающих наследственность гибридной популяции (Крепков А.П., 1987).
Прежде всего источником исходного материала для селекции любых признаков является коллекция льна-долгунца. По основным морфологическим и хозяйственно ценным признакам образцы изучали в коллекционном питомнике в сравнении со стандартными сортами, в качестве которых использовали,лучшие по соответствующему признаку районированные сорта (по продуктивности и содержания волокна - К-б, по длине вегетационного периода -Призыв 81, по качеству волокна - Оршанский4 2).
Коллекция .кряжевых и местных русских льнов является источником непревзойденных качественных показателей волокна и . ультраскороспелых форм. Отечественные сорта выделяются по продуктивности и содержания волокна. Среди зарубежных сортов
9
выявлены источники высокой продуктивности, устойчивости к полегании и болезням. Среди селекционных линий, созданных методами индуцированного мутагенеза и гибридизации, обнаружено наибольшее количество источников разнообразных хозяйственных признаков.
Устойчивость к фузариоэному увяданию на бессменном полевом инфекционном фоне изучали в 1970-1976 гг. фон был cos« дан в Пушкинских лаб.ВИР путем внесения почвы с участка сильного естественного поражения с последующим посевом вослриим- . чивого сорта Светоч, гибель которого в благоприятные годы составляла 80-1СХ#, Поскольку проявление болезни в сильной степени зависит от погодных условий, выделившиеся по устойчивости образцы получали дополнительную оценку в оптимальных для гриба условиях - в теплице, где поддерживалась температура 25-28° и достаточная влажность почвы. Почву в яциках заражали смесью изолятов, выделенных из погибших растений различных сортов и размноженных на стерильном овсе. При этом у восприимчивого стандартного сорта Светоч погибало 98-109^ растений. \•- ' 7
Всего на полевом фузариозном фоне было оценено 730 образцов коллекции льна-долгунца. Полностью устойчивых,,« болезни образцов культурного льна-не обнаружено. Большая часть изученных образцов (582). восприимчивы в сильной степени, IÎ4 -поражались в средней, степени, из 34 относительно уотойчивых на полевом фоне образцов в условиях теплицы сохранили относительную устойчивость только 6 (табл.1). Ряд отечественных сортов (Смоленский 1051, ВНШИ-б, Творца, Спутник и др.) поражались на уровне сорта Л-1120, т.к. являются его производными. •
Таким образом, обнаружено ограниченное число надежных . источников устойчивости к'фузариоэному увяданию и крайняя генетическая узость отечественных сортов по этому признаку.
Известно, что "полезная жизнь" сортовой устойчивости к фузариоэному уЬяданию более длительна, чем к облигатным паразитам, тем не менее подобное генетическое однообразие устойчивости производственных сортов вызывает опасения. Рядом авторов ( Despande K.B., Jeswani L.M., 1955; Knowles P.F., , Houston B.B., 1955; GorauS.c., ©tal,, 1987; Рожмина
Таблица I
Оценка выделившихся по устойчивости к фузариозному '. увядание образцов льна-долгунца на полевом и Секционном фоне и в условиях теплицы
№ по каталогу-ВНР Название - образца Происхождение ------образца_____ % погибших растений —на полевом в тепли- фоне це
5982 И-7 Россия 13,7 21,0
6942 J.Lord США 12,8 21,7
5739 . Л-И20 '' Россия 16,9 26,7
6908 ' 4.980 США 9,7 30,1
5896 * 225 Голландия 19,9 32,7 '
6893 340 - Аргентина . 20,3 39,0
5333 ст.Светоч Россия 97,0 100
Т*А., 1968) установлен расоспецифичеокий характер устойчивости и наследование признака одним доминантным, двумя дупликат-ными или двумя комплементарными генами. Это предопределяет возможность потери сортами устойчивости, что уже неоднократ- . но наблюдалось'в мировой практике льноводства. Необходим поиск новых генотипов и включение их в селекционный процесс.
Устойчивость к ржавчине изучали на полевом инфекционном, фоне, который ежегодно создавали по методике ВИР. На жестком фоне с последующей проверкой устойчивых образцов при искусственном заражении большой инфекционной нагрузкой в оптимальных для гриба условиях оценена вся коллекция льна-долгунца, около 2 тис. образцов масличного льна и дикие виды.
Большая часть образцов льна-долгунца (1430) восприимчива к ржавчине в сильной степени, практически погибала. Около 160 образцов были гетерогенны или поражались в слабой степени. И только 9 образцов (0,5$ изученных) ржавчиной не поражались -это 5 старинных русских- кряжевых льнов: Солецкий кряж к-72б, Псковский кряж к-729 и 733, Ярославские кряжи к-744 и 759, один из первых русских сортов ГДС-3 (к-5375), сорт из Австралии Currong (к-6608), шведский сорт Svalof 60132 (к-6658) и сорт из Нидерландов Nátasja (к-7213). Позднее из этих сор-то» были выделены чистые линии с известным числом R-генов, внесенные в каталог под номерами 7700-7708, соответственно. Эти
линии поддерживаются в изолированных условиях и являются донорами устойчивости к ржавчине. Из современных отечественных сортов только T-I6 (к-7694) устойчив к популяции ржавчины, но в последние годы и у него стало появляться небольшое число восприимчивых растений.
В коллекции масличных льнов устойчивость к ржавчине встречается Значительно чаще - II,образцов не поражались на инфекционном фоне или содержали небольшое число восприимчивых растений. Среди них - многие из сортов международного набора дифференциаторов рас ржавчины: Bombay (к-4069), Dakota (к-5790), Koto (к-6296), Ьеопа (к-6297), . Victory (к-6307), ' Kenya (к-6347), Bolley Golden (к-6392), Birio (к-6999), Cass (к-7000), Clay (к-7002) и Ро1к (к-7003).. Эти образцы особенно ценны, т.к. являются носителями известных по литературе генов устойчивости к ржавчине, оказавшихся эффективными в условиях нашей страны.
В коллекции диких видов образцы, кроме относящихся к L.angustifolium ржавчиной не поражались в силу видовой специализации возбудителя, однако их использование в качестве доноров устойчивости затруднено нескрещиваемостью с культурным льнем. Легко скрещивающийся вид b.angustifoiium в' слабой степени поражался болезнью, поэтому не meei селекционной ценности.
В результате комплексной оценки - в коллекционном питомнике, на инфекционных фонах и в технологической лаборатории - выявился ряд образцов, выделившихся по нескольким признакам и представляющих особый интерес для селекции. Их характеристика приведена в каталоге мировой коллекции ВИР (Кутузова С.Н. и др., 1991).'По каждому признаку селекционерам предложены надежные источники, способные при включении в селекционный процесс повысить эффективность отбора и генетически обогатить новые сорта.
Комплексное изучение коллекционных образцов позволило выбрать исходный материал для изучения генетики ряда признаков.
2. НАСЛЕДОВАНИЕ ДЛИНЫ ВЕГЕТАЦИОННОГО' ПЕРИОДА И ВЫСОТЫ РАСТЕНИЙ У ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
Длина вегетационного периода и высота растений для льна-
долгунца являются очень важными признаками. Контроль осу-яестэляется полигенно» изучение наследования осложняется
значительным влиянием на их проявление окружающей среды и сложностью самих признаков - вегетационный период включает
в себя несколько фаз райи~тия»~а"высота - техническую-дли-— _____________
ну и размер соцветия.
Исследования по этим вопросам, известные по литературе, имеют ряд недостатков - они были проведены на сортовом, а не чистолиаейиам материале и касались фазы всходы-цветение или всего периода всходы-созревание. Современные биометрические методы исследований применялись только за рубежом на масличном льне.
Для настоящего исследования были использованы четыре линии льна-долгунца шестого поколения инбридинга, контрастные по указанным признакам (характеристика линий дана в среднем за 1986-1988 гг.):
л.1 Северо-Двинск (к-512) - раннеспелая, раноцветущая, низкорослая - зацветала на; 8 дней раньше раннеспелого стандартного сорта Светоч, созревала на 5 дней раньше, имела высоту и техническую длину соответственно 53 и 46 см;'
л.1 Московская обл. (к~48) - раннеспелая, быстросозреваю- . щая, высокорослая - зацветала на I и созревала на 2 дня раньше сорта Светоч, причем период цветение-созревание был на 3 дня короче, чем у предыдущей линии. Высота и техническая длина были близки к стандартному сорту, соответственно 83 и 76 см;
л.5 Вятская обл. (к-1507) - позднеспелая, раноцветущая, долго не созревающая, среднерослая - зацветала одновременно с предыдущей линией, но период цветение-созревание был на 16 дней продолжительнее,. высота и техническая длина были 67 и 54 см соответствен но;
л.4 № 225 (к-5896) из Голландии - поздноцветущая, позд-носозреваищая, среднерослая - зацветала на 5 дней позже сорта Светоч, созревала на 22 дня позже, имела высоту и техническую длину 80,6 и 66 см соответственно.
Скрещивеячя проведены в 1987.г. по неполной диаллельной схеме за исключением двух раннеспелых линий, для которых были получены оба бекг.росса. Гибриды изучали в 1988 г. в лу-
13
ночном питомнике с площадью питания 2,5 х 2,5 ом, Фенофазы учитывали индивидуально по датам прорастания, цветения первого цветка, созревания первой коробочки, общей высоте и технической длине растений. Математическая обработка данных . проведена по'методике А.Ф.Мережко (1984), К.Мазера и Дж.Джин-кса (1985).
К сожалении, необычно жаркое и засушливое лето 1988 г., ускорившее созревание позднеспелых сортов, несколько сгладило различия между длиной межфазных периодов у изучаемых линий.
\ Анализ результатов диаллельных скрещиваний методом К.Мазера и Дж.Джинкса выявил полигённый характер наследования и наличие комплементарных взаимодействий' между генами, определяющими время цветения. Наибольшее количество доминантных генов содержала л.1 к-512, а наименьшее -> л.1 к-48 (рис.1а). Особенно большими генотипичеокими отличиями характеризовалась л.4 к-5896 из Голландии, так как только в ее популяциях ?2 при гибридизации с другими линиями наблюдались трансгрессии. Наследование обычно было промежуточным, но имело место также частичное и полное доминирование раннего цветете Несмотря на сложность генетического контроля изучаемого признака, в комбинации л.5 к-1507 х л.1 к-48 удалось выявить мо'ногенное наследование. Вероятно этот ген имеет аллели, различно реагирующие на специфичные условия 1988 г., т.к. в 1986 и 1987 гг. указанные линии по времени зацветания не различались.
При анализе продолжительности фазы цветение-созревание метод К.Мазера и Дж.Джинкса не позволил ни подтвердить, ни опровергнуть адекватность аддитивно-доминантной модели наследования признака из-за большой ошибки опыта (рис.16). Однако график указывает на то, что л.1 к-48 имеет наибольшее число доминантных генов, а л.4 к*589б - Наименьшее". Генотип последней сильно отличался от других линий, т.к. гибриды с ее участием и по этому признаку выщепляли трансгрессивные формы. Кроме того, метод А.Ф.Мережко выявил участие эпистатических взаимодействий в скрещиваниях с л.4 к-5896.
У гибридов в изученных комбинациях встречалось проме-.-суточное наследование и доминирование коротких сроков созревания. Несмотря на установленный полигенный характер-наследо-14
Рис.. I. Графики зависимости между ковариацией родитель- потомок ( )■ и их дисперсией (Уг ) в диал-лельных скрещиваниях льна-долгунца по признакам
всходы-цветение первого цветка (а), цветение ------первого, цветкасозревание первой коробочки
(б1! и технической длины стебля (в).
V/, и
5 к
2 {
М-"
Л-5ЧК7 ,
/0Ик.5896
07-1 к-Я 2
^ г з 1 5
'Л
Л-'/х-ЗвМ,
10
60 50 10 30
20 да
• Лч'к-Ш /я-1
ю го зо ю 50 со 1/ / •
Т5
о
вания, в комбинации л.5 к-1507 х л.1 к-512 были обнаружены ' различия между родителями по одному гену, не имеющему эффекта доминирования. Использование разных методов анализа позволило установить различия генотипов л.1 к-512 и л.1 к-48 по генам, контролирующим время созревания коробочек, хотя •феиотипически в условиях 1988 г. они не различались. •
Таким образом, характер наследования двух основных фаз вегетационного периода оказался различным, следовательно изучение наследования длины вегетационного периода можно • проводить только раздельно по фазам развития растений. Принципиальная возможность сокращения'вегетационного периода заключается в объединении в генотипе факторов двух наиболее коротких фаз развития.
Генетический анализ признаков общая высота и техническая Длина растений показал, что их наследование сходно, поэтому.приводим здесьтолько анализ технической длины как наиболее стабильного и ценного для льна-долгунца признака.
Метод К. Мазера и Дж.Джинкса выявил неадекватность аддитивно-доминантной модели наследования признака и присутствие дупликатного типа взаимодействия-генов. Л.1 к~48 обладает наибольшим числом доминантных генов, а л.5 к-1507 - наименьшим (рисЛв). Для комбинации л.1 к-48 х л.1 к-512 тесты масштабности выявили адекватность аддитивно-доминантной модели наследования технической длины растений и участие в контроле признака не менее 18 генов. .
Наибольшими генотипическими отличиями обладала л.4 к-5896 из Голландии, дающая при расцеплении гибридов ^ трансгрео- . сивные формы.
По характеру доминирования были выявлены случаи промежуточного наследования, а также частичного и полного доминирования меньшей высоты растений.
Тот факт, что наследование продолжительности фаз вегетационного периода и высоты растений осуществляется различными механизмами, имеет принципиальное значение для селекции, т.к. указывает на возможность комбинирования в одном генотипе различной, высоты и скороспелости растений. Из изученных линий л.1 к-48 представляет наибольшую ценность для селекции. Она имеет короткую фазу цветение-созревание,- что встречается до' 16 . - '""'■'". : •
вольно редко, и наибольшее число доминантных генов, контролирующих этот признак. Будучи относительно высокой, она хорошо передает этот призтак гибридам.
3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЬНА К РЖАВЧИНЕ
--------Болезнь широко распространена практически во всех странах, возделывающих лен. Возбудитель - гриб Me lamp so га lini /Регз./ Lev. однохозяйный паразит, дифференцирован ва множество физиологических рас. Устойчивость к ржавчине наследуется одним или несколькими доминантными генами. В настоящее время идентифицирован 31 ген устойчивости! 29 из них локализованы в виде множественных аллелей в 5 локусах - К, L, М, и и Р, причем локусы.К, L . и М наследуются независимо," а 'n и Р сцеплены (частота перекреста 26?) (liiop Г.Г., 1962). У диких видов обнаружены 3 гена в неизвестном локуое А ( Kls-reD.P. .PrasedaH., 1966).
Серия линий, содержащая каждый из известных генов в моногенном состоянии, используется для дифференциации рас ржавчины во всем мире. Большая.часть этих генов методом беккроссов переведена в сорт Bison, являющийсяуниверсальног чувствительным на Американском континенте. Известно, что реализующийся генотип устойчивости к болезням зависи? от оостава популяций возбудителя ( 71ог й.я., 1955). Поэтому на различных континентах Земного Вара у одного и того же сорта могут проявляться различные гены устойчивости. Так, например, в Австралии и Индии у сорта Bison обнаружен ген Ьд, не проявляющийся в Северной Америке ( Кегг Я.В., I960; Misra D.P., Prasada R., 1966). Эта особенность генетики устойчи-
вости к болезням обусловливает необходимость изучения наследования устойчивости в каждом эпидемиологическом районе возбудителя. В актуальном для России эпидемиологическом районе возбудителя ржавчины льна систематически этот вопрос до наших исследований не изучался. Выявлении генов устойчивости к ржавчине в условиях нашей страны, определению их эффективности и локализации посвящена настоящая работа.
3.1. Генетический анализ устойчивости линий из образцов коллекции льна-долгунца
* Выделение устойчивых к ржавчине образцов и изучение их
генотипа устойчивости в соответствии с приведенной схемой (рис.2) начинали в процессе оценки коллекционного материала на ржавчинном инфекционном фоне. Из устойчивых, относительно устойчивых и гетерогенных образцов выделяли лг.нии». . проверенные- на гомозиготность по устойчивости в течение •трех генераций и поддерживаемые в условиях контроля за самоопылением; Далее указанные линии заражали большой инфекционной нагрузкой популяции уредоспор патогена в оптимальных для гриба контролируемых условиях. Образцы, оказавшиеся при этом восприимчивыми, подвергали заражению малой инфекционной нагрузкой для выявления горизонтальной и возрасти-ной устойчивости. Особый интерес представляет выяснение природы устойчивости к ржавчине районированных сортов льна-долгунца, т.к. относительную устойчивость к ржавчине многие из них унаследовали от сорта JI-II20.
Было обнаружено, что сорт Л-1120 и его производные -Оршанский 2, ВНИИД-И, Вперед, Оршанский 72 и Прогресс в различной степени защищены горизонтальной устойчивостью -имели увеличенный инкубационный период, уменьшенное число и размер пустул, пониженное спорообразование (табл.2).
Кроме того сорта Оршанский 2 и ВНИИЛ-И обнаружили еще и возрастаю устойчивость » репродуцирование ржавчины на них прекращалось при появлении первой коробочки (табл.3).
Все относительно устойчивые и иммунные образцы заражали набором из 50 клонов ржавчины с целью выявления образцов с эффективной устойчивостью. Для того, чтобы клоны уредоспор ржавчины охватывали возможно широкий спектр вирулентности, их выделяли из популяции гриба, собранных во всех основных районах возделывания льна в нашей стране.
В результате этого поиска были выделены линии 9 образцов, иммунные к популяции ржавчины При любых инспекционных нагрузках и не поражавшиеся ни одним из использованных клонов (т.е. имеющие эффективную расоспецифическую устойчивость) и ряд линий, эффективность которых составляла более 80$.
Для определения числа и характера R-генов линии, обладающие эффективной устойчивостью, включали в гибридизацию с универсально восприимчивым сортом, в качестве"которого использовали линию 3-3 сорта Оршанский 2, не имеющую расосПецифичес-18
Поражение сортов льна>»долгунца при заражении малой
инфекционной нагрузкой вирулентным клоном ржавчины
_______ . __________ ___ _____
Сорт Длина инкуба- -циоиного пери- Число - пустул-. — на I растение Число Продук-крупных тивность пустул пустулы Число пораженных рас-; тений
ода, £ней . % к стандарту
Л—1120 6 66,7 16,6 58,2 ■ 85,2
внш-н 7 ' 41,6 0 . 26,1 63.6
Оршанский 2 7 41,6" 27,4 31,7 73,4
Вперед 8 47,6 45,6 50,4 60,0 •
К-6 . 8 44,4 2,8 30,4 38,6
Смоленский б 44,4 47, 3 . 68,2 63,6
Оршанский 72 7 67,0 32,6 34,5 39,0
Прогресс 8 36,2 0 20,8 68,9
н-Ь, Пвп1аЬ-ВД 6 100 100 100 100
кой устойчивости в возрасте проростков. Гибридологический анализ проводили в условиях фитотрона, заражая каждое растение последовательно пятью различающимися по вирулентности
клонами' и популяцией патогена. Используемые для гибридологического анализа клоны предварительно дифференцировали на трех генетически различающихся линиях льна (табл.4). о тем, чтобы подобрать для анализа заведомо различные клоны гриба. Клон >>6 I был невирулентен на всех трех линиях, клон № 5 поражал их, остальные клоны имели промежуточную, но различную вирулентность.
В табл.5, приведены результаты анализа расцепления гибридов от скрещивания устойчивых линий с восприимчивым сортом по реакции к двум клонам: № I - наименее вирулентному и № 5 - наиболее вирулентному на изучавшихся линиях. Расщепление к остальным клонам опушено, т.к. оно совпадало с одним из приведенных.
Расщепление гибридов с образцами Солецкий кряж (к-72б). Псковский кряж (к-729), Ярославские кряжи (кк-744 и 759), а
также с сортами ГДС-3 (к-5375) и 8уа1оГ 60132 (к-6658) свидетельствует о контроле их устойчивости двумя доминантными
19
Рис.2. Схема выделения доноров устойчиврсти к ржавчине из коллекции льна.
"• Таблица . 3
Поражение растений льна уредо- и телейтостадией гриба при заражении в
различные фазы роста
Оршанский 2 вния-п
Danish-40
Сорт . _____'______________Бутонизация________!]летение____________
jigego____телейто_____У2®32___телейто___урздо___телейто____У25<39____телейто_
Iх 2ХХ I 2 I 2 I 2 I 2 I " 2 I 2 I 2*
100 100
100
86,7 90,5 100
0,8 1.4 4
100 100 100
4 4 4
8,3 31,4 100
0,7 1.0 3,4
100 100 IOO
о о 16,8 0,2 100 2,0
О О О О
loo г,1
ь
О
86,3
О О
0,9
. х - % больных растений
- балл аорте ния
Дифференциация 5 клонов ржавчины по типу поражения на моногенных линиях
4? ката-дога ■Ж Название образца И линии I _клоны. 2 _ржавчины__. 3 4 ' 5
846 Ивано-Возне-сенская губ; 2-3-1 О 4 4 0 4
834 Владимирская обл. 3-1-2 О О 4 4 4
867 Вотский кряж 1-2 О- О О 4 А
дубликатными генами. У австралийского сорта Оиггопв (к-6608) было выявлено 3 доминантных гена устойчивости.
У этих гибридов всеми клоками были поражены одни и те же растения, следовательно устойчивость была обусловлена одними и теми же генами ко всем клонам. Заражение гибридных растений популяцией ржавчины позволило установить, что те же самые гены контролировали устойчивость ко всем другим расам гриба и, следовательно, эффективность всех генов приведенных линий очень высока.
У гибридов Псковского кряжа к-733 наблюдающееся расщепление можно объяснить наличием I доминантного и 2 рецессивных генов устойчивости.
У гибридов С сортом ^аз^а (к-721Э) маловирулентный клон выявил наличие двух доминантных дупликатных генов устойчивости, однако только один из этих генов был эффективен против более вирулентного.клона и популяции и является ценным для селекции. Образцы, из которых выделены линии, ежегодно ■ выращиваются на инфекционном фоне с 1976 г., ^неизменно сохраняя полную устойчивость. В настоящее время в нашей стране не ^ обнаружено клонов, вирулентных к указанным линиям. Однако география их эффективности гораздо шире; заражение этих линий рядом, рас Австралии и Северной Америки, которое провел к.н.1 в-1а», подтвердило их иммунность.
Таким образом, приведенные в табл.5 линии являются надежными донорами генов устойчивости к ржавчине, й могут быть успешно использованы для селекции устойчивых к этой болезни сор-» 22
Расщепление по устойчивости гибридов от скрещивания иммунных образцов с восприимчивым сортом Оршанский 2 (линия 3-3)
Устойчивый № _Соотношение_ H:S J2.
i<í™ZZt______íf!fL_i'¡5S!í3¡OK¡¡Io™s§¡M¡¡I________
Солецкий кряж I 284: : 16 0,52 0,5-0,75
к-726 линия 6-1 5 285: 15 15: :1 0,89 0,5-0,25
-йий.-. - _ ..284: LÍ6„_. ____Ol52_Üt5rOl75
Лсковлсий I 273: : 22 0,75 0,5-0,25
кряж к-729 линия 3-1 5 279; .16 15: ¡I . 0,33 0,75-0; 5
Попул. 273: ;22____ ____0t75_Qi5::Qi25
Псковский 286: 45 0,05 ó,9-0,75
кряж к-733 линия 4-1 5 286: 45 55: : 9- 0,05 0,9-0,75
______________ _Попул.__ ,_286: ____0х05_0х9г0^75
Ярославский I 294: .19 0,03 0,9-0,75
кряж к-744 линия 7-1 ' 5 294: 19 15: ¡I 0,03 0,9-0,75
Попул. 294: 19 0,03 Qi9-0A75
Ярославский I 301: 16 0,78 0,>0,25
кряж к-759 линия 10—I 5 299: 18 15: : I 0,18 0,75-0,5
Поп^л. -253: .19____
гдс-з . т -l 181: 12 0,06 0,9
Ленингр.обл. к-5375 5 180: 13 15: I 0,08 0,9-0,75
линия ■'»-! ЧППУЛ, 180: 13 040в 0Д9-0Л75
Currong I 292: 8 2,35 0,25-0,1
к-6608 ( Австралия) 5 293: 7 63: I 1,13 0,5-0,25
линия^З-1 . Попул. . ?92: 8 .....
nvalof т 291: 21 0,12 0,75-0,5
60132 к-6658 q 289: 23 15: I 0,63 0,5-0,25
( Швеция) Попул. 290: 22 0,12 0,75-0,5
линид_3-1. — --------!------------
'¡atasca т ТОТ; 1« тс. I 2,90 0,25-0,10
к-7213 ( Нидерланды) 5 162: 45 3: I 1,24 0,5-0,25
линия 4-1 Попул, 161: 46 3: I . 1,24 0,5-0,25
' К - устойчивый фенотип, S - восприимчивый
тов льна. Они переданы в коллекцию ВИР и получили ш.-.ьрь каталога соответственно с 7700 по 77G8. Оценка донорго основным хозяйственно, ценным признакам показывает, чи большая часть линий позднеопелы, уступают стандартным сортам по высоте, оодержани» и весу волокна, но имеют повииеннув продуктивность по семенам/ высокие показатели качества волокна; линии к-7701,' 7707 и 77Ш устойчивы к полеганию; линии к-7701, 7702, 7703 и. 7708 относительно устойчивы к актракко-sy. Линия сорта Katasja превосходит стандартные сорта по всем показателям, кроме содержания волокна, но очень позднеспела. Для наиболее эффективного использования генов устойчивости указанных'линий целесообразно перевести их в фенотип, имеющий комплекс хозяйственно ценных признаков.
Гибридологический анализ линий, выделенных из гетерогенных образцов, показал наличие в каждой из них одного доминантного гена, имеющего довольно высокую эффективность. Из проанализированных 27 комбинаций приводим только 7 (табл.6), оригинальность гена устойчивости Которых доказана с помощью фи-топатологического теста (табл.7).
Специфические отношения паразита и хозяина "ген для гена" позволяют определить тождество или различие генов устойчивое-. ти у хозяина с помощью клопов паразита. Линии хозяина, защищенные тождественными генами устойчивости, проявляют одинаковую реакцию к любым клонам паразита. На этом основании клоны гриба, выделенные по признаку вирулентности к устойчивым линиям, использовали для сравнения генов у моногенных линий льна. В случае тождества-генов устойчивости клоны, вирулентные к линии А, поражают так же. и линию В, и наоборот. В случае различия генов реакции при перекрестном заражении контрастно"различаются. " ■
В нашем опыте клон, выделенный на линии к-630 не был-вирулентен на линий к-791 и наоборот; вирулентный на линии к-791 клон поражал линию K*>944, но второй клон, собранный с последней, не поражал линию к-791; Два клона, вирулентные на линии к-834, не поражали Другие линии; линия к-467 не поражалась ни одним из использованных клонов. Таким образом, тест указывает оригинальность генов каждой из семи рассмотренных линий.
Эффективность отих генов по годам колебалась от 100 до
Таблица б
Расщепление по устойчивости к ржавчине гибридов от скрещивания устойчивых "линий с восприимчивым сортом' Оршанский 2 (линия 3-3)
Устойчивый № Соотношение Х^ Р % ави«
родитель клона ¡¡кти^с- ожидав.. И"[в1.
к-467, линия 1-1 I '4 Смесь 151:37 150:38 145:43 3:1 2,71 0,10 2,70 0,25- 100*2,0 0,45 0,50
Симбирская губ. к-630, линия 4-1 I 4 Смесь 143:35 143:35 139:39 3:1 2,67 0,25- 98+2,0 0,1 . 2,67 0,25-Oll 1,63 0,25-' 0,1
Гомельская обл. к-791, линия 2-1 I 4 Смесь 122:40 116:46 121:39 3:1 0,008 0,9 98+2,0 0,95 0,5- " 0,25 , 0,006 0,9
Владимирская сбл. к-834, линия 2-1-1 1 2 Смесь 174:58 175:57 175:57 3:1 0,00 0,90 96+4,4 0,01 0,90 0,01 0,90
Иваново-Воз-несенск.обл. к-84б, линия 2-3-1 I 4 ■ Смесь 267:76 263:80 263:80 ■ 3:1 1,54 0,25- 94+2,2 0,10 0,510,50,25 0,51 0,50,25
Тюменская обл. к-944, линия 5-1-3 I 4 Смесь 163:53 164:52 162:54 3:1 • 0,02 0,90 96+4,4 ' 0,09 0,900,75 0,01 0,90
Вотский кряж к-867, лийия 1-2 1 2 Смесь 83;?9 84:28 84:28 3:1 0,04 0,9- 86+4,9 0,75 0,00 0,90 ■ 0А01 0Х90
S - устойчивым фенотип. s - восприимчивый. 25
Идентификация генов устойчивости по типу реакции к 5 клонам ржавчини
ié по каталогу ВИР Место происхождения образца № линии 6 __Клоны_ 7 9. Ш
467 Кеизв. I-I Ö 0 0 0 0
630 Симбирская губ. 4-1 3 0 0 0 0
791 Гомельская обл. 2-1 ' 0 0 0 4 0
834 Владимирская обл. 2-I-I о ■ 4 4 0 0
846 Иваново-Вознесен-
ская обл. 2-3-1 4 , 0 0 4 0
867 Вотский кряж 1-2 ■0 0 Ч 4 0
944 Тюменская обл. 5-1-3 0 0 0 4 4
780 Минская обл. 2-3 . 0 4 0 0 4
716 Псковский кряж 2-1 4 4 0 4 0
авирулентных клонов, поэтому их использование в селекции моногенных сортов нецелесообразно, однако может быть весьма полезно для дифференциации рас ржавчины в нашей стране или для-включения в многолинейные сорта.
3.2. Генетический анализ устойчивости линия из образцов коллекции масличного льна
Поскольку все известные в мире гены устойчивости масличного льна собраны в виде моногенных линий в международном наборе .сортов-дифференциаторов рас ржавчины, именно -этот материал изучали в первую очередь для выявления ценных для селек--ции генов и уточнения дифференцирующей способности набора. Так как образцы были получены в разные годы и,претерпели ряд пересевов, из них били выделены гомозиготные по реакции на ржавчину линии, типичные для данного сорта. Ряд сортов-дифференциаторов поражался на инфекционном фоне в сильной степени, поэтому линии из них не выделяли. Эффективность линий определяли заражением 50-ю клонами возбудителя (табл.8). Универсально чувствительный сорт Bison поражался всеми клонами. Кроне toro восприимчивыми при искусственном заражении оказались сорта Abissinian (Р^) и Williston Brown (М ).
2 6
Таблица 8
Эффективность генов устойчивости у сортов-дифференциаторов рас ржавчины льна против местной популяции патогена
К_.по ка- ____Название сорта № ЛИНИИ - . Геи устой- % авирулеи'
талогу ВИР чивости ~ т них кло-
-_пд_|лору__ нов
3972 Bison I Ь9 • 0+2,0
4069 Вог.Ъау 5-1 J I-I 100+2,0
5790 Dacota I-I M 100+2,0
5812 Ottawa 770 В I-I L 50+7,0
6296 Koto 5-1 P 100+2,0
6297 Leona I-I ' . рЭ 100+2,0
6)07 'victory 7 Y Ю0~2,0
6347 Kenya I-I •г 4. О 100+2,0
6391 Abissinian 2 Р о+г~о
6392 Bolley.Golden 3-1 • Li© т 100+2,0
6997 Willistoq Brown 4 м1 0+2,0
6998 Stewart ■ 3-1 . ъ2 . 72+6,3
6999 Birio 4-1 L& 100+2,0
7000 Cass 7-1 м3 100+2,0
7002. Clay 4-1 к I и 100+2,0
7003 Polk 1-2 100+2,0
7004 Wilden 3-2 72+6,3
Зсе сорта-дифференциаторы, имеыщие высоко эффективные ге-нц, скрестили с универсально восприимчивой линией сорта Оршанский 2. Анализ популяции гибридов Fg проведен при заражении 5 клонами и популяцией патогена. Анализ гибридов несколькими различающимися по вирулентности клонами дозволил выявить разные по эффективности гены устойчивости у ряда сортов. Приводим реакцию только к наименее вирулентному клону 1ё I и наиболее вирулентному - it 5 (табл.9).
У гибридов сортов Dakota, Koto, Cass, Victory, Leona, Birio и Bolley Golden маловирулёнтный клон Jfc I
выявил наличие двух доминантных генов устойчивости, тогда как устойчивость к клону № 5 и популяции гриба контролировалась одним доминант ним геном. При отом были поражены те же самые
27
Таблица 9
Расщепление по устойчивости у гибридов в от скрещивания сортов-дифференциаторов с восприимчивым сортом Оршанский 2 (линия 3-3)
Уотойчивый Ген по К _£оотношение_ R:_B -- X2 . Р
родитель флору клона „фадтич; „ожидаем..
Г~~" """г " 'if 5 6 Г"
. Bombay, N I .150:10 15:1 0,00 0,90
линия 5-1 5 150:10 . 15:1 ' 0,00 0,90.
попул. 151:9 15:1 0,00 0,90
Polk, . N1 . I 126:10 15:1 0,28 0,90-
0,75
линия 1-2 5 126:10 15:1 0,28 0,90-
0,75-
подул. ч 126:10 15:1 .0,28 0,90-о|75
I Dakota, ' н Г 199:13 15:1 0,00 0,90
линия I-I 5 162:50 3:1 0,23 0,75-
0,50
попул. .163:49. 3:1 0,40 0,7^
Koto, ' р I 109:6 15:1 0,004 0,90
линия 5-1 5 83:32 3:1 0,51 0,50-
0,25
попул. 86:29 3:1 0,003 0,90
Саве, м3 I 135:10 15:1 0,10 0,90-
0,75
линия 1-7 - 5 106:37 3:1 0,02 0,75-
0,50.
/ 1 попул.. 108:37 3:1 0,02 0,75-• 0,50
Victory, м^ . I ' 150:9 15:1 0,01 0,90
линия 7-1 75 ' 122:37 3:1 0,24 0,75-
0,50
попул. 122:37 3:1 0,24 0,75-• 0,50
Leona, рЗ I 82:5 15:1 0,03 0,90-
0,75
28
I
3
Продолжение таблицы 9 _____ ---- -_----_--_
линия 1-4
5 65:22 3:1 0,05 0,90-0,75 попул. 65:22 3:1 . 0,05 0,90-0,75
Kenya ЛИНИЯ I
Birio, ЛИНИЯ 4-
BoXley линия 3-
Clay, линия 4-
-I
Golden, L" -I
ХО
I
5
попул.
I
5
попул.
156:10 15:1 0,01 0,90
156:10 15:1 0,01 0,90
157:7 _ °.°6 0,50-0,25
112:б 15:1 0,28 0,90-0,75
90:28 3:1 0,09 0,90-0,75
93:25 3:1 0,91 0,50-0,25
I
. "5 ■
попул.
139:10 ÍÍ4:36 114:36
•15:1 0,07 0,90u0,75 3:1 0,16 0,75-0,50 3:1 0,16 0,75-0,50
I 119:9 ■ 15:1 0,00 0,75-0,50 5 120:8 15:1 0,00 0,90 попул. 120:8 15:1 0,00 0,90
растения и еще дополнительно новые, что свидетельствует о присутствии в популяции патогена клонов, вирулентных против одного из генов этих-сортов.
У гибридов сортов Bombay, PoIk, Kenya, Clay со всеми, клонами и популяцией гриба наблюдалось расщепление по двум генам устойчивости. Во всех случаях поражались одни и те же растения, значит каждый из .указанных генов контролировал устойчивость против'всей популяции возбудителя ржавчины.
Таким образом, наши исследования показали, что у II сор-тов-дифференциаторов,моногенных ко всем американским расам, в условиях нашей страны был выявлен дополнительный гер устойчивости, причем у сортов Dakota, Koto, tíáasi Viotory, leona,
Birio' И' Bolley Goiden этот' ген имел ча^гич- '
ную эффективность против местных рас, а убортов Bombay, PoIk, Kenya и Clay оба гена имели высокую эффективность. Необходимо отметить, что эффективные против местной популяции гены устойчивости были обнаружены во всех 5 известных по литературе локусах. Это свидетельствует о генетическом' разнообразии устойчивости и высокой ценности выявленных доноров для - 29
2
I
К
I
селекции.
Поскольку перечисленные сорта являются межеумками - имеют короткую техническую длину, низкое содержание волокна, .длинное разветвленное соцветие с большим числом коробочек, очень позднсопелы, то прямое использование их в селекционном процессе весьма трудоемко. Более целесообразно перевести все эффективные гены устойчивости в'более удобный для селекционеров фенотип.
Сорта-дифференциаторы, защищенные малоэффективными генами - Ottawa 770 В ( L ), Stewart ( L2 ) и Wilden (l^ ) могут быть использованы для дифференциации рас ржавчины, однако гены этих сортов являются аллелями одного локуса -L, что не может не ограничивать их дифференцирующей способности.
Теоретически 3 сорта могут вычленить из популяции 8 рас патогена. Нам с их помощью удалось выделить б рас из 50 клонов. При этом большая часть клонов (28), т.е. 56^ популяции, оставаясь на этих сортах авирулентной, не была дифференцирована. Привлечение в исследование 3-х моногенных линий долгун-цового льна: кк-867, 467 и 716 позволило среди указанных 28 клонов выделить еще 5 рас ржавчины, Использованные, линии ? льна-долгунца обладали примерно равной с сортами-дифференциаторами дифференцирующей способностью, но работали в совершенно другом диапазоне вирулентности.
3.3. Идентификация генов устойчивости к ржавчине у сортов-дифференциаторов
Гены устойчивости к болезням можно идентифицировать с помощью фитолатрлогических тестов. В случае отсутствия вирулентных ррс единственным доступным для нас способом идентификации является тест на аллелизм.
Идентификация генов устойчивости к ржавчине у льна с'по-., мощью тёста на аллелизм'осложняется наличием множественного аллелизма и сцеплением локусов N и Р ( Flor H.H., 1962).
Поскольку в напих исследованиях у моногенных на Американском континенте сортов-дифференциаторов было выявлено по 2 независимых гена устойчивости, возникла необходимость уточнить:
I. идентичны ли гены, выявленные нами у сортов-дифференциа-
торов, генам; идентифицированным Г. Г. Флор ом;
2. каковы взаимоотношения и локализация дополнительных генов, в первую очередь, эффективных протиз всех клонов патогена, -выявленных у сортов-Bombay, PoIk, Clay" й" Kenya.
Для идентификации генов у сортов-дифференциаторов было проведено циклическое скрещивание между сортами, имеющими гены устойчивости в пяти локусах, известных по литературе. Гибриды f>2 анализировали вирулентным клоном № 5, 'исключающим все малоэффективные гены. Для удобства дополнительные гены устойчивости у сортов Bombay, Clay, PoIk и Kenya были обозначены временными символами - соответственно X, У, Z ■И v. . . . •
В результате тестов на аллелизм установлено соответствие проявляющихся в. наших опытах генов тем, которые идентифицировал Г.Г.Флор в локусах L, М и Я (табл.10).
Таблица 10
Расщепление по устойчивости к ржавчине Pg от Циклического скрещивания между сортами с различными аллелями локусов ' L, м,•N
Гибридная комбинация
Kenya x Ottawa lS x L 236:0
770 3 - -
Kenya x Birio l4v x l6 315:0 - -
Stewart x Wilden ; x,2 x l5' 121:0 -
Clay x Ottawa 770 b KY x L 306:7 63:1 0,64 0,50-0,25
Clay x Stewart ky x L2 340:5 63:1 0,03 0,90-0,75
Clay x v/ilden KY x 25.3:7 ' . 63; I 1,25 0,50-0,25
Clay x Dakota KY x M 298:5. 63:1 0,01 0,90
Clay x Cass KY x M5 302:4 63:1 0,16 0,75-Q,50
Bombay x PoIk NX x 568:0
Так, в комбинациях.скрещивания сорта Kenya ( l/Ч ) о сортами-носителями генов L и L® отсутствие расщепления подтверждает аллельность генов этих сортов.-При скрещивании сортов Stewart х Wilden ( L2 х l5 ) отсутствие расцеп-
31
Символ Соотношение'фе-генов нотипов__HjS____ <2.
фактичес- ожидае-кое мое
ления также указывает на принадлежность генов к одному ло-кусу. При скрещивании сорта Clay (КУ) с носителями генов L, .1,2 и l5 -наблюдалось тригибридное расщепление, подтверждающее независимое наследование трех локусов - К, X,
И V.
Расщепление по трём независимым генам в комбинации скрещиваний со>та Clay (КУ) с сортами-носителями генов М и М3 подтверждает независимость генов локуса Н от локусов К и V. Аллельность генов н и N1 подтверждается отсутствием расщепления при скрещивании Bombay ( n ) х PoIk ( К1 ).
Расщещение по двум генам при скрещивании сорта Dakota СЮ с Туерами локусов Р и L, Leona (Р3) х Савв (М3) и Koto (Р) х Ottawa 770 В ( L ) (табл.II) свидетельствует о независимом наследовании локусов М, Ри L, что также подтверждает предположение о соответствии изучаемых генов известным по литературе. Таким образом, э присутствии .щояних лоцуляций ржавчины проявляются те же аллели, что были идентифицированы Г.Г.Флором.
При окрещивании сорта Clay (КУ) с сортами, тестирующими фокусы L, М и Р (табл.П) во всех случаях обнаружено рае-щеплание по трем генам устойчивости. В комбинации с сортом Bombay, ( их ) отсутствие расщепления можно объяснить ал* лельнооты) или идентичностью генов X и У, либо локализацией г^на У в яокусв N. Однако ген У не расположен в локуса Н, т.к., в комбинации Clay х Koto получено расщепление по трем независимым генам, тогда как в противном случае наблюдалось бы сцепление и и Р и отсутствие расщепления. Во . всех других комбинациях ген У наследовался независимо. Следовательно, ген У независим от локусов К,. 1, М N и Р.
При скрещивании сорта Bombay ( их ) о носителями генов Ь и М наблюдалось расщепление по трем генам, что означает независимое наследование гена X от локусов L и Mi При скрещивании сорта Bombay ( их ) с тестерам» локуса Р наблюдалось полное отсутствие восприимчивого класса или его недостаток.в сравнении с ожидаемым расщеплением в случае независимости трех локусов - к, X и Р. Такой результат может быть объяснен сцеплением локусов N и Р и не отвергает не-32
Таблица II
Расщеплешь по устойчивости к ржавчине гибридов от циклического скрещивания между сортами-дифференциатора---------------ни с генами в локусах К, ь, м, и и ?_________
Гибридная комбинация Символы генов Соотношение фенотипов R¡S X2 р
фактическое ожидав' . мое
Clay х Ottawa 770 В КУ X L 306:7 63:1 0,64 0,50-0,25
Clay х Dakota ' юг х М 298:5 63:1 0,01 0,90
Clay X Bombay Clay x Koto ку КУ х NX X Р 803:0 323:5 а* 63:1 «• ' 0,01 0,90
Dakota x Koto . м X Р 201:9 15:1 2,3 0,25-0,10
Dakota x Ottawa 770 В м X L 169:8 ' 15:1 1,17 0,50-0,25
Leona x Gass ,Р3 х М3 188:8 15:1 2,08 0,25-0,10
Koto x Ottawa 770 В ' р' X L 114:11 15« I 0,20 0,75-0,50
Bombay x Ottawa 770 В . NX х L 660:10 63:1 0,01 0,75-0,50
Bombay x Dakota их х М 381: В 63ÍI 0,31 0,75-0,50
Bombay x Koto NX х Р 332:2 63:1 5,15
Bombay x Leona NX X Р3 663:0 - _
Таблица 12
Анализ устойчивости к ржавчине гибридов от скрещивания между сортами-дифференциаторами, имеющими по два эффективных гена устойчивости
Гибридная комбинация Символы" генов Фактическое ооотно» . ,шение фенотипов • R:S
Clay X Bombay ' КУ x m • 803:0
Clay х PoIk КУ' x 806:0
Bombay x Kenya их * 1300:0
Bombay x PoIk NX x 568:0
зависимое наследование локуса X от N и Р.
При скрещивании сорта Clay (ЯУ) с сортами Bombay' ( их ) и PoIk ( n^z ) при ожидаемом расщеплении по четырем независимым генам в анализируемых выборках не наблюдалось выщепле-ния восприимчивых фенотипов (табл.12). Отсутствие расщепления может быть вызвано следующими причинами:
1) дополнительный ген У расположен в локусе Nj
2) дополнительные гены X и Z расположены в локусе К;
3) гены X, У, z и V идентичны и расположены в новом локусе.
Как было показано выше, ген У не расположен в локусе N.
В комбинации Bombay х Kenya ожидаемое расщепление по четырём независимым генам предполагает присутствие в анализируемой выборке четырех-пяти восприимчивых растений. Фактическое отсутствие расщепления в данном случае'можно объяснить только идентичностью генов X и V. Предположение о том, что ген X находится в локусе 1< опровергается тригиб-ридным расщеплением в комбинации' Bombay х Ottawa770(см.табл. II). Отсутствие расщепления в комбинации Bombay х Ро1к может быть вызвано аллельностью генов К и N1, однако не отвергает идентичности генов X иг. 0
Единственным предположением, удовлетворительно объясняю-иим все перечисленные выше факты, является признание идентичности генов устойчивости X, У, Z и V. Следовательно в каждом-сорте, имеющем 2 эффективных гена устойчивости, один ив генов являетоя известным аллелем локусов К, L, М, в или Р, идентифицированных Флором. Дополнительный ген, вероятно, идентичен, независим от перечисленных локусов и расположен в неизвестном ранее локусе, который по номенклатуре Г.Г.Флора можно назвать следующей буквой - Q,
Ц, СОЗДАНИЕ ДОНОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ К РЖАВЧИНЕ • ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
Наиболее эффективный способ борьбы со ржавчиной - возделывание устойчивых сортов. Для селекции таких сортов необходим запас разнообразных эффективных генов, которые и были выявлены в мировой коллекции льна. Однако, как было показано ранее, большая часть доноров устойчивости из коллекции льна-дол-34
гунца и все доноры из коллекции масличного льна обладает целым рядом нежелательных свойств, которые затрудняют их использование в селекции»
Наиболее рациональный "способ включения выявленных генов устойчивости з селекционный процесс - это создание и /спэль-зование в гибридизации линий-аналогов лучгаих производстзгн-ных сортов, каждая из которых защищена одним из указанных ге~ нов; Использование таких линий позволит обеспечить устойчивость' гибридного материала, не разрушив желательный комплекс хозяйственно ценных признаков, применение же линий с различными генами поможет обеспечить генетическое разнообразие ус-тоЧчи^рсгн, что способствует ее долговечности.
Поскольку «ажнеяяея проблемой льноводства в настоящее время является селекция среднеспелых и раннеспелых сортов с высоким качеством волокна, с имеющимися генами были созданы две серии линий-аналогов:
1) среднеспелые линии в основе сорта Оршанский 2, являющегося эталоном качества волокна;
2) раннеспелые линии в основе сорта Призыв 81, имеющего высокое содержание- волокна хоропего'качества.
Оба рекуррентных сорта не имеют проростковой устойчивое-' ти к.ржавчине, но обладают значительным комплексом хозяйственно ценных признаков.
Сорт Оршанский 2 широко районирован в стране - высевается почти на 12? площадей, занятых льном. Относительно устойчив к полеганию и фузариозному увяданию. Использозанная в качестве рекуррентного родителя линия 3-3, универсально восприимчивая в фазе проростков, была отобрана на зозрастную устойчивость на ней практически не закладывалась телейтостадия гриба. Для повышения устойчивости к фузариозному'увяданию последовательно был проведен массовый отбор устойчивых растений на инфекционных фузариозных фонах- в Пушкинских лабораториях ВИР и, БелНИИЗР. ,
Сорт Призыв 81 относительно новый, занимает пока небольшие площади (около 1$), но бистро распространяется. Созревает на 3-5 дней раньше раннеспелого сорта Светоч, отличается дружным созреванием,- содержит до'20? волокна высокого качества. Так как устойчивость к ржавчине у использованных доноров
определяется доминантными генами, для создания линий-а налогов применяли метод многократного непрерывного беккросса (рис.3). При этом лорт Оршанский 2 при первой гибридизации использовали в качестве отцовского родителя, а сорт Призыв 81 - в качестве материнского.
Гибридные растения выращивали в условиях луночного питомника или близких к ним. Искусственное заражение проводили в
А
Л
V -ч ?зВС3
Р3ВС3
х
I
х
( X
Отбор и беккроссирование устойчивых к ржавчине растений, сходных по фенотипу с рекуррентным сортом
Самоопыление и отбор
Отбор семей, гомозиготных по генам устойчивости к ржавчине
и т.д.
Рис;3. Схема создания доноров устойчивости к ржавчине для селекции лЬна-долгунца
А * Донор устойчивости, В - рекуррентный сорт
возрасте елочки уредоспорами местной популяции ржавчины, вер» хушки восприимчивых растений удаляли до цветения. Контроль аа оамоопылениёй-осуществляли марлевыми изоляторами. Среди устойчивых/растений проводили жесткую браковку в пользу фенотипа , рекуррентного сорта по длине межфазных периодов, по высоте, технической длине и числу коробочек на растении. Часть гибридных поколений получали в условиях фитотрона в зимнее время.
Для оценки хозяйственных признаков- созданных линий их выращивали в полевых условиях вместе с родительскими и стандартными сортами. Статистическую обработку данных анализа.элементов продуктивности проводили по Б.А.Доспехову (1979). Степень приближения беккроссных линий к рекуррентным сортам определя-36
ли по критерию Стьвдента ( t ),
Готовые линии-аналоги представляют собой гомозиготные по устойчивости к ржавчине фенотипически идентичные с рекуррентными- сортами потомства Pg от З-б беккросса.
4.1. Создание линий-аналогов сорта Оршанский 2 о генами сортов-дифференциатбров рас возбудителя ржавчины льна
В качестве доноров устойчивости к. ржав.чине были использованы, линии сортов Bombay, Dakota, Koto, Xeona, Victoiy, Kenya, Birio, Cass,Clay И Polk, которые кроме известного гена имели дополнительный ген устойчивости с частичной или полной эффективность^. "•'
Анализ устойчивости гибридов PjBCj (анализирующее, скрещивание) подтвердил дайные гибридологического анализа Pg! у сортов Bombay, Kenya, Clay и PoIk, защищенных двумя эффективными генами, наблюдалось расщепление на 3R : I 8 ( от 0,5 до 1,5), у остальных гибридов соотношение устойчивых и Восприимчивых фенотипов было .1:1 С -У* от 0,60 до 0,17), Дополнительный ген был утрачен. В* PjBCg и FjBCj соотношение Е:В во всех-случаях было близким к 1:1;'следовательно генетический контроль устойчивости к ржавчине полученных гиб-риднйх линий осуществлялся моногенно.
После третьего беккросса процесс насыщения был завершен и проведено самоопыление всех устойчивых линий. В Р3ВС3 отношение гомозиготных и расщепляющихся по устойчивости к ржавчине семей о участием сортов • Bombay ( Ы1 ), Koto (Р), Leona CP3), Kenya ( L^ ), Birio С L& ) И Cass (M3) соответствовало 1:2, что удовлетворительно совпадало с ожидаемым расщеплением при моногенном контроле устойчивости -( J(ñ от 0,42 до 1,14). Гомозиготных по устойчивости линий о другими сортами после третьего беккросса выделить не удалось. Возможно, это. связано с наличием у них Генов-модификаторав, которые в процессе беккроссирования были потеряны»
Всего получено было 87 гомозиготных по устойчивости к ржавчине линий Р3ВС3. Эти линии вырастили в полевых условиях, провели их оценку по хозяйственно ценным признакам и анализ структуры урожая. По результатам анализа отобрано б'лучших линий, которые по всем изученным признакам - длине вегетацион-
37
ного и межфазных периодов, высоте и технической длине стебля, семенной продуктивности и крупности семян, продуктивности по волокну и содержанию волокна в стеблях * достоверно не отличались от рекуррентного сорта ( t от 0,4 до 2,8 при достоверности различий при 3,39).
Проверка линий на гомозиготность по устойчивости к ржавчине была продолжена до PqBCj и далее.
Таким образом^ три непрерывных беккросса при условии жесткого отбора для большей части гибридов оказались достаточными, чтобы довольно полно приблизить гибридный материал'к сорту Оршанский 2 в условиях г.Пушкина.
Приводим линии, различающиеся генами устойчивости к ржавчине:
РбВС3 Bombay х Оршанский 2 л.10 (ген N или Q ) FgBCj Bombay * Оршанский 2 л.б (ген ы или q ) PgBC3 Koto x Оршанский 2 л.Ю (ген Р) PgBС^ Leona X Оршанский 2 л.12 (ген Р3) . Р6ВС3 Kenya х Оршанский 2 л.14 (ген ъ^ или Q ) , РбВС3 Kenya х Оршанский 2 л.12 (ген ь^ или Q ) £gBC3 Birlo х Оршанский 2 л.72 (ген Ъ6 ) PgBC-j Cass х Оршанский 2 л.19 (ген М3) ',■».
. Созданные линии являются ценным исходным материалом для селекции льна-долгунца на устойчивость к ржавчине. Они были переданы в Селекцентр - ВШИЛ и на Томскую гос. с.-х. оп. отанцию, прошли там изучение, по многим линиям подтвердившее наши выводы, и включены'в селекционный процесс.
Гибрид FgBC-j Leona х Оршанский 2 л.12 передан в коллекцию ВИР. под названием ВИР-I (Р3) к-7798.
Гибрид FgBC-j Bombay х Оршанский 2 л.6 - назван ВИР-2 ( Н ' или Q ) к-7799.
4.2. Создание линий-аналогов сорта Оршанский 2 с ' . генами устойчивости из коллекции льна-долгунца
В качестве доноров генов устойчивости к ржавчине были использованы переданные в коллекцию линии - доноры (кк-7700-7708) - Солецкий кряж к-72б (2 гена), Псковский кряж к-729 (2 гена), Псковский кряж к-733 (I доминантный и 2 рецессивных гена), Ярославский кряж к-744 (2 гена), Ярославский кряж 38
к-759 (2 гена), ГДС-3 (2 гена), Currong к-6508 (3 гена), Natasja (I эффективный ген и I ген с частичной оффективноо-
------ты)).- После проведения первого беккросса у гибридов с образ- J
цами Солецкий кряк, Ярославский кряж к-744 и ГДС-3 наблюдалось расщепление по одному гену устойчивости, у гибридов о образцами к-729 и к-759 присутствовали оба гена. У гибридов с Псковским кряжем С к—733) рецессивные гены были утрачены, моногенная линия по-прежнему имела высокую эффективность. У сорта Hatазда был потерян малоэффективный ген, расщепление было 1:1, При проведении дальнейших беккроссов (до ВС^-BCg) с каждым геном были получены моногеннне линии о эффек- • тивной устойчивостью к ржавчине. После завершения процесса гомозиготизации в результате шестикратного контролированного самоопыления были получены линии, не отличающиеся от сорта Оршанский 2 по общей высоте и технической длине, по числу коробочек и числу семян в коробочке, по массе IOOO семян, массе соломы и волокна, по содержанию волокна и продолжительности межфазных периодов и различающиеся только геном устойчивое^ ти. В коллекцию ВИР переданы следующие доноры, работа над . которыми завершена:
ВИР-3 к-7800 - РбЗС4 к-759 х Оршанский 2, л. 10 (IR-ген) ВИР-б к-7882 - Р8ВСб к-729 х Оршанский 2 л.2-1 (IR-ген) ВИР-7 к-7883 - FgBCg к-744 х Оршанский 2 л. 4-2(IR-ген) ВИР-8 к-7884 - ?930б к-72б х оршанский 2 л. 2-2(IR-ген) ВИР-9 к-7885 - %ВС3 к-5375 х Оршанский 2л.%2 (IR-ген)
Указанные доноры переданы НИИСХ НЗ Украины (г.Коростень), Кировскому СХИ (г.Киров), ВНИИЛ (г.Торжок). Испытания, проведенные селекционерами^ подтвердили в целом фенотипичеокое слодство линий о рекуррентным сортом Оршанский 2, повышенную устойчивость к фузариозному увяданию и полеганию, однако содержание волокна у гибридов было снижено на 0,4-1,1$, при этом показатели качества волокна - прочность, гибкость, метрический номер и расчетная добротность пряжи у некоторых линий были значительно ваше, -чем у самого сорта Оршанский 2.
Линии-доноры устойчивости на основе сорта Оршанский 2 являются ценным исходным материалом для селекции среднеспелых устойчивых к ржавчине сортов льна. Однако сорт Оршанский 2, отличаясь высокий качеством волокна, имеет низкое его содер-
39
жание. Поэтому линии-аналоги этого сорта должны использоваться в скрещиваниях с высоковолокнистыми сортами.
4.3. Созданиё линий - аналогов сорта Призыв 81 с генами устойчивости из коллекции льна-долгунца
В качестве доноров генов устойчивости к ржавчине были использованы те же образцы, что и в предыдущем разделе. Поведение беккроссных. популяций было также сходно. Число насыщающих скрещиваний было ограничено тремя. Гибридные потомства Р5ВС3 получены для всех комбинаций скрещивания. Предстоит оценка на гомозиготноеть и сходство с рекуррентным сортом PgBCj. Переданы в коллекцию ВИР следующие линии-аналоги сорта Призыв 81:
ВИР-4 к-7880 - FgBC3 Призыв 81 х к-729 х Призыв 81 (1В-ген) ВИР-5 к-7881 - F6BC3 Призыв 81 х ГДС-3 х Призыв 81 (1Е-ген)
В условиях Ленинградской обл. эти линии были практически идентичны сорту Призыв 81, несколько превышая его почти по всем признакам.
Линии были переданы Могилевской с.-х. оп.станции и Кировскому СХИ для оценки в местных условиях и включения в селекционный процесс. В условиях Могилевской оп.ст. (Белоруссия)^ указанные доноры в 1991 г» в сравнении с маточной элитой сорта Призыв 81 имели несколько сниженную высоту и техническую длину, увеличенный вес технической части стебля, значительно большее число коробочек и сниженное на 0,2-0,9«! содержание волокна. .
Влияние условий на проявление большей част» признаков, благодаря их полигенному контролю, очень велико. Вероятно, наиболее рационально отбор линий, начиная с последнего беккросса, когда выщелление восприимчивых фенотипов практически закончено, проводить в тех условиях, в которых создается сорт.
,4.4. Идентификация генов устойчивости к ржавчине у доноров из коллекции льна-долгунца
Идентификация генов устойчивости у доноров, выявленных в коллекции льна-долгунца, проводилась после изоляции их в моногенных линиях в процессе беккроссирования.
Сорт из Австралии Currong к-6608 защитен тремя гена-
ми устойчивости. В результате анализа гибридов от циклического скрещивания между рядом моногенных линий, выделенных из этого сорта, удалось вычленить две линии, различающиеся между собой генами устойчивости: л.2-1-3 и л.2-4-1. Гены других . 'линий б:;лй"¡цёнтичны одному из этих генов. Таким образом,идентифицировано два гена из трех, выявленных у сорта Сиггопе.
Моногенные линии, выделившиеся из различных образцов после первого беккросса, били скрещены с сортами-тестерами известных по литературе 5 локусов для проведения теста на алле-лизм (табл. 13).
Таблица 13
Расщепление по устойчивости- к ржавчине гибридов от скрещивания моногенных линий с сортами-тостерами локусов .
К, ь, М, N и Р
?
Clay kq
Ottawa 770В L
Dakota KY
Bombay NQ
PgBGj Currong x •. 281:2 Оршанский 2, л,2-1-31 /г=1,37 PgBC Currong к ■ 'г98:0 ' Оршанский 2,л.2-4-1
РбВС, к-733 х Оршан- 321:6
скип.2, л.З-1-I -/=0,2
FgBC Hatasja х 259:0 Оршанский 2,л.2-1-3 FgBC, к-72б х Оршанский 2, л.3-1-3
107:5 354:2 248:0
-^"=0,61 У^г.гб
133:6 ■ 218:1 343:6
Köto _FX___
"¡¡5:0
319:8
108:8 245:0 269:3 232:0
214:2 У=0,51
-i'=0,09 Ю8: Ю -/=0,99 226:20 У=1,65
303:2
У^ 2,1
247:0
У=0,33 501:0 20£:2 У=0,8
312:3 280:2 У'0,81 -¡^1,33
X - для локусов К, М, if, Р дан для соответствия 63:1, для L - 15:1.
Анализ расщепления по устойчивости проведен при заражении маловирулентным клоном, выявляющим у сортов Dakota tt Koto малоэффективные гены, обозначенные в таблице соответственно как "Y" и "X". Дополнительный эффективный ген сортов Clay и Bombay обозначен символом Q.
Приведенные данные являются предварительными, т.к. в ряде случаев проанализирована недостаточная выборка гибридных растений. Тем не менее наличие восприимчивых фенотипов свидетель-
отвует о независимости генов. .
Линия 2-1-3 сорта Currong, по-видимому, имеет ген -устойчивости в локусе N или Р, которые сцеплены между собой. Присутствие генов в локусах Q и X исключается наличием расщепления у гибридов с сортами Clay и Dakota. Ген линии 2-4-1 сорта Currong вероятнее всего находится в ло-кусе К. Его присутствие в локусе Q. исключается расщеплением .в комбинации с сортом Bombay.
Ген устойчивости Псковского кряжа к-733 расположен либо в локусе М, либо в локусе Р. Отсутствие расщепления в . обеих комбинациях могло быть вызвано наличием малоэффективных генов X и У у сортов Dakota и Koto. В данном случае необходим анализ расщепления гибридной популяции при заражении клоком гриба, вирулентным к этим генам.
Ген сорта Natasha расположен, по-видимому, в локусе Q. Только так можно объяснить отсутствие расщепления в комбинациях о сортами Clay и Bombay, а расщепление гибрида с оортом Koto исключает присутствие гена в к . локусе, т.к. в противном случае не было бы расщепления и в комбинации с оортом Koto, который имеет ген Р, сцепленный с N.
Один из двух эффективных генов образца Солецкий кряж э . (к-72б) находится, вероятно, в локусе М. Однако возможно, что он является высокоэффективным аллелем гена "У".
. Тест на аллелизм эффективных генов других образцов не закончен,, извеотно лиаь, что ни один ген не расположен в L локусе. •. •
В настоящей работе рассмотрено создание линий-аналогов только с одюЫ геном от каждого донора, тогда как некоторые из них имеют по 2 и даже 3 эффективных гена устойчивости. Для' идентификации генов, защищающих созданные линии-аналоги, выг полнен тест на аллелизм между ними.
Все переданные в коллекцию ВИР доноры защищены разными Генами устойчивости (табл.14).-Во всех случаях появление инфекции на восприимчивых гибридных растениях наступало на 4 и более дней позднее, чем на восприимчивом стандартном сорте Danish-40. Пустулы мелкие, окруженные некротическими пятнами. Часто наблюдался дефицит восприимчивых фенотипов. Все это объясняется, по-видимому,. тем, что доноры устойчивости в
Таблица 14
Расщепление по устойчивости к ржавчине гибридов ?2 от Неполного диаллельного скрещивания между моногенными линиями-аналогами сорта Оршанский 2
ВИР-3 (РбВС^ к-75Э х 194:10 206:7 392:16
Оршанский 2, л. 10-1) -Х<"2,98 ' -У*3,02
ВИР-6 (Р00С6 к-729 х 237:11 368:21
Оршанский 2, л.2-1) -^-1,14
ВЙР-7 С?68С6 к-744 х 627:55 Оршанский 2, л. 4-2) ^-3,54
х^во всех случаях дан для соответствия 15:1.
основе сорта Оршанский 2 имеют не только высокоэффективный Р-ген, но и ярко выраженную горизонтальную устойчивость, полу* ченную.от рекуррентного сорта. В обычных условиях она маскируется Р-геном.
. В целом, в коллекции льна выявлен значительный запас эф^ фективних генов устойчивости к ржавчине; позволяющий.реализо-» вать.любые селекционные программы по созданию устойчивых сортов.
4.5. Методы селекции льна-долгунца на устойчивость к ржавчине
Созданные нами доноры-аналоги (сортов Оршанский 2 и Призыв 81), обладая рядом положительных свойств имеют недостаточное содержание волокна (особенно аналоги сорта Оршанский 2), поэтому наиболее рационально использовать их в качестве компонентов для гибридизации с высоковолокнистыми сортами или линиями, причем весь селекционный процесс должен проходить на жестком инфекционном фоне (рис,4)., Использование доноров типа "ВИР" позволит сократить продолжительность селекционного процесса минимум вдвое.
Поскольку имеется большое число линий-доноров различных генов устойчивости, могут быть созданы моногенные сорта, защищенные разными эффективными генами.. Такие сорта.могли бы служить основой нерегулируемой "мозаики сортов". Линии-анало-
Сорт (линия)
Донор
а4
<а
о
о ж £ «в щ о Н £ О Я О З1
-м
£8.
(Г
п
общий обмолот
- браковка по устойчивое ти и фенотипу, индивидуальный обмолот
- браковка расщепляющихся по устойчивости семей, отбор элитных семей или растений
Фц - проверка потомств по устойчивости и другим и далее хозяйственно ценным признакам
« §
<и
о «
«
п,
(Ч
Рис.4 Схема включения доноров в селекционный
процесс для создания устойчивых к-ржавчине сортбв льна-долгунца
ги сорта Оршанский 2 наряду с эффективным 2-геном обладают горизонтальной устойчивостью и могут быть основой сортов с^ комбинированной.защитой от ржавчины: горизонтальной и вертикальной. Такие сорта могли бы выращиваться на больших площадях без большого риска вызвать эпифитотию. Использование же в производственных посевах мозаики моногенных сортов, обладающих горизонтальной устойчивостью к ржавчине, позволило бы исключить вероятность возникновения' эпифитотий в производственных посевах. Эти же доноры могут быть с успехом использованы для создания конвергентных ,и многолинейных сортов.
'Учитывая возможность появления вирулентных рас в популяции возбудителя ржавчины льна и несомненную пользу, которую может принести стабилизирующий отбор, который существует в системе лен - возбудитель ржавчины в настоящее время полезно в производстве возделывать часть сортов типа Л-Ц20, ВНИИЛ—II и др., не имеющих проростковой устойчивости, но довольно эффективно защищенных горизонтальной и возрастной устойчивостью.
В последние годы на смену производственным сортам, обла-
дающим горизонтальной устойчивостью, приходят восприимчивые к ржавчине сорта - Белинка, Призыв 81. Это может спровоцировать новые эпифитотии болезни в стране. Использование доно-ро'в-агалоговсортов Призыв 81 и Оршанский 2 может помочь в кратчайший срок создать новые раннеспелые и среднеспелые сорта льна-долгунца с высоким качеством волокна, обладающие вертикальной и комплексной устойчивостью к ржавчине.
ОСНОВШЕ ВУВОДЫ
1. Из мировой коллекции льна-долгунца выделены источники всех важнейших хозяйственно ценных признаков: высоты и технической длины, раннеспелости, высокой продуктивности по семенам и волокну, высокого выхода волокна, высоких качественных показателей волокна, устойчивости к полеганию, антра-кнозу, фузариозному увяданию и ржавчине. Выявлены образцы о комплексом хозяйственно ценных признаков, представляющие собой особый интереб для селекции.
2. Длина периода, всходы-цветёние наследуется полигенно при комплементарном взаимодействий генов. Длина периода цветение-созревание наследуется также полигенно, с участием эпи-статических взаимодействий между генами. Для обоих периодов выявлены случаи различия между родительскими линиями по одному гену, не имеющему эффекта доминирования.
. 3. Механизмы наследования общей высоты растений и технической длины сходны и имеют полигенный характер. Выявлены случаи аддитивно-доминантного типа наследования и взаимодействия генов по дупликатному типу.
4. Продолжительность вегетативной и генеративной фаз развития растений, составляющих длину вегетационного периода, и высота растений льна наследуются' р&з'цыми механизмами, что свидетельствует о возможности создания раннеспелых высокорослых сортов льна. • . *
5. В международном наборе сортов-дифференциаторов рас ржавчины льна выявлены сорта, эффективные против всех клонов местных популяций гриба, восприимчивые сорта и сорта с частичной эффективностью, способные дифференцировать местные расы. Поскольку последние содержат различные аллели одного локуса
Ь, их дифференцирующая способность ограничена.
6. У эффективных против местных популяций возбудителя сортов-дифференциаторов устойчивость обусловлена не одним, как установлено в Северной Америке, а двумя доминантными дуплихагными генами« Один эффективный ген соответствует идентифицированному ранее, а второй, новый ген, у сортов Bombay, Kenya, Clay и PoJk также эффективен против всех рас, а у сортов Dakota, Koto, Leona, Victory, Bolley Golden, Cass и Birio - частично эффективен.
Высокоэффективный новый ген сортов Bombay, Kenya, Clay и PoIk является общим. Он расположен в неустановленном ранее локуое, который обозначен нами символом Q.
7. В коллекции льна-долгунца выявлено 8 доноров устойчивости к ржавчине, имеющих от одного до трех генов, эффективных против всех местных рас патогена. С помощью циклического скрещивания определено, что гены различаются между собой и могут быть полезны для селекции. По данным фитопатоло-гических тестов ряд моногенных линий, выделенных из гетерогенных по устойчивости к ржавчине образцов, защищены различными генами; не имеющими селекционной ценности. Они могут быть полезны для дифференциации возбудителя.
8. Все выявленные в коллекции льна доноры устойчивости^« ржавчине, в т.ч. долгунцового типа, наряду о положительными имеют ряд нежелательных свойств, затрудняющих селекционный* процесс. Для создания доноров^ имеющих комплекс важнейших признаков, гены всех указанных доноров переведены с помощью программы беккроссов в-основу двух рекуррентных сортов: сред-, неспелого районированного сорта Оршанский 2, являющегося эталоном качества волокна, и наиболее раннеспелого сорта Призыв 81 с высоким содержанием волокна.хорошего качества.
"9. Полученные моногенные линии FgBC-j - PgBCg с различны-? ми эффективными генами устойчивости являются аналогами рекуррентных сортов и представляют особенно ценный исходный материал для селекции на устойчивость к ржавчине. Аналоги сорта Оршанский 2 наряду с R-геном имеют горизонтальную устойчивость. Предложена схема создания сортов с использованием указанных доноров.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ
I. Выделившиеся из коллекции льна-долгунца источники хо-
зяйственных признаков являются ценным исходным материалом для селекции. Включение их в гибридизацию позволит генетически обогатить селекционный материал и расширить возможности отбора.
2. При селекции раннеспелых сортов льна-долгунца отбор раннеспелых форм рекомендуется проводить отдельно по продолжительности периодов всходы-цветение и цветение-созревание. Максимальная скороспелость может быть достигнута в результате совмещения в одном фенотипе обоих коротких межфазных периодов. Селекцентру по льну-долгунцу ВНИИЯ передано Ю ультра-раннеспёлых самоопыленных линий, выделенных индивидуальным отбором из раннеспелых образцов коллекции ВИР. Линии включены в программу селекционных работ института.
Линия I из к-48 (Московская обл.) рекомендуется в качестве донора раннеспелости. Она созревает на 4 дня раньше самого раннеспелого сорта Призыв 81, имеет равную о ним высоту, дает равный или больший урожай соломы, по другим показателям также не уступает сорту. Обладает доминантными генами, контролирующими короткий период Цветение-созревание и Высоту растений.
3. Для селекции среднеспелых устойчивых к ржавчине сортов льна-долгунца с высоким качеством волокна рекомендуется использовать доноры-аналоги сорта Оршанский 2, имеющие различные гены устойчивости: ВИР-1 (ген Р3) к-7798; ВИР-2 (ген
и' или о) к-7799; ВИР-3 (1Е-ген) к-7800; ВИР-6 (18,-ген) к-7882; ВИР-7 (1Е-ген) к-7883; ВИР-8 (1£-ген) к-7884; ВИР-9 (15-ген) к-7885. Эти же доноры могут быть использованы для создания сортов, совмещающих, вертикальную и горизонтальную устойчивость к ржавчине. Часть указанных доноров передана во ВШИЛ, Кировский СХИ и НИИСХ НЗ Украины и получила там высокую оценку. . •. . .
_ Для селекции раннеспелых устойчивых к ржавчине сортов льна-долгунца рекомендуется использовать, доноры-аналоги сорта Призыв 81: ВИР-4 (1К-ген) к-7880; ВИР-5 (Ш-ген) к-7881. Эти линии переданы Могилевской с.-х. оп.станции и включены там в селекционный процесс.
Линии-доноры рекомендуется включать в гибридизацию с вы--соковолокнистыми сортами и линиями льна.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Давидян Г.1\, Рыкова Р.П., Кутузова С.Н. Новый исходный материал для селекции льна-долгунца. Ж. Лен и конопля № I, 1975.
2. Кутузова С.Н. Коллекция льна-долгунца как источник устойчивости к ржавчине. Тр. по приял, бот., ген. и сел. 1975. Т.55. B.I. .
3. Кутузова С.Н. К вопрооу о различной вирулентности популяций. возбудителя, ржавчины льна. Тр. по прикл.бот,, ген. и сел. B.I. 1975.
Давидян Г.Г., Рыкова Р.П., Кутузова С.Н., Румянцева Л.Т. Каталог мировой коллекции ВИР (прядильные культуры). В. 162. Л., 1975.
5. Давидян Г.Г., Кутузова С.Н. Мировая коллекция льна-долгунца как источник устойчивости к фузариозному увяданию. Ж, Лен и конопля, № 8. 1978.
6. Кутузова С.Н. Генетический анализ устойчивости льна-долгунца к. ржавчине. Ж, Генетика, № 9, 1978.
7. Давидян Г.Г., Рыкова Р.П., Кутузова С.Н., Вахруше-ва Т.Е. Методические указания по изучению коллекции льна- ■„ долгунца. Л., 1978.
8. Кутузова С.Н. Устойчивость районированных сортов льна к ржавчине. К, Лен и конопля, № 2, 1979.
9»'Кутузова С.Н. Выделение доноров устойчивости к ржавчине из мировой коллекции,льна-долгунца. Тр. по прикл.бот., ген. и сел. Т.64. В.2, 1979.
10. Кут>зова С.Н, Методическое пособие для изучения устойчивости льна к ржавчине в условиях теплиц и фитотрона. ВИР, 1980., '
II« Кутузова С.Н. Гены устойчивости к.ржавчине для селек- ' ции льна-долгунца. Бюл.ВИР. ВЛ15, 1981.
12. Кутузова С.Н. Генетический потенциал устойчивости льна-долгунца к ржавчине. Тез.Всес.симп. по устойч.растен. Л.,1981.
13. Давидян Г.Г., Рыкова Р.П., Кутузова С.Н. Путь селекции льна-долгунца - синтез. Тр. по Нечерноземью. Его л. ВИР. В. 117, 1981.
14. Кутузова С.Н. Ржавчина - опасная болезнь льна-долгунца. I. Лен и конопля, № I, 1982.
15. Кутузова С-Н., Куликова А.Е. Сорта-дифференциаторы возбудителя р-швчины льна как доноры устойчивости для селекции. Сб.тр. по прикл.бот., геи. исел. Иммунитет.куль-—--------
турных~растекий к болезням и вредителям. Т.92, 1985.
16. Кутузова С.Н., Куликова А.Е. Эффективность сортов-дифференциаторов ржавчины льна (набор Флора) против местной популяции гриба. Бал. ВИР, № 154, 1985.
17. Кутузова С.Н. Развитие популяции ржавчины льна в Нечерноземной зоне СССР и ее вирулентность. Бюл.ВИР, № 154, 1985.
18. Кутузова С.Н., Куликова А.Е. Мировой генофонд устойчивости для-селекции льна-долгунца к ржавчине. Тез.докл.УШ Всес.совещ. по иммунитету. Рига, 1966, ч.З.
19. Кутузова С.Н. Доноры устойчивости к ржавчине. Ж. Лен и конопля, № 6, 1987.
20. Кутузова С.Н. Создание доноров устойчивости к ржавчине для селекции льна-долгунца. У съезд общества генетиков и селекционеров им.Н.ИТВавилова. Тез.докл. 1987. Т.4. 4.4.
21. Рыкова Р.П., Кутузова С.Н. Широкий унифицированный классификатор Linum usitatissimum L. 1., 1987. ,
22. Лемешев Н.К., Анащенко А.В., Кутузова С.Н. Значение теории центров происхождения и мирового генофонда для селекции технических культур. Сб.науч.тр. по прикл.бот., ген. и сел., 1987. Т.100.
'23. Кутузова С.Н., Куликова А.Е. Использование метода бек-кроссов при создании доноров устойчивости к ржавчине для селекции ль на-долгунца. Сб.тр. по прикл.бот., ген. и сел., 1987. T.II3.
24. Кутузова С.Н., Питько Г.Г» Изучение коллекции льна. Методические указания. Л., 1988.
25. Рыкова Р.П., Кутузова С.Н. Международный классификатор Linum usitetissimum Ь. Л., 1989.
26. Кутузова С.Н., Куликова А.Е. Идентификация генов устойчивости у сортов международного набора "дифференциаторов Melampвога lini ( Pers ) Lev. . Растенпеводотзо, СвЛ, И генетика тех. к-р. Сб.науч.тр. по прикл.бот., ген. и сел., Т.125. 1989. . . '
27. Islam K.R., Kutuzova B,N. Evidence for the presence of a resistance fsctor/s/ in Orshanskii 2 a flax cultiva^
considered to be universally susceptible to rust strains of the USSR. Hereditaa, 112, 1990.
28. Буди h K.3., Ниже нхоз В.И., Кутузова С. H. Паспорта доноров, созданных сотрудниками ВИР и опытной сети в 1989 г. Л., 1990.
29. Кутузова С.Н., Брач Н.Б., Шаров И.Я.» Питько Г.Г., Тихвинский. Географическая изменчивость хозяйственно ценных признаков льна. Раст., ген. и сел. техн.к-р. Сб.науч. тр. по прикл. бот., ген. и оел. , т.144, 1991.
30. 1фтузова С.Н. Новые доноры устойчивости льна-долгунца к ржавчине. Сб.науч.тр. по прикл.бот., ген. и сел. T.I44, 1991«
31. Кутузова С.Н. Мировой генофонд льна и перспективы его использования в селекции. Техн.к-ры: оелекция, технология, переработка. M., 1991. ' "
32. Кутуёова С.Н., Брач Н.Б., Куликова А.Е. и др. Каталог-справочник. Лен-долгунец. В.582, 1991.
33. Кутузова С.Н., Брач Н.Б. Характер наследования длины вегетационного периода и высоты растений льна-долгунца. С/х биол. * 5, 1992.
34. Кутузова С.Н. Генетика льна. В кн.: Генетика культурных растений. M., 1993 (рук.).
-
Кутузова, София Николаевна
-
доктора биологических наук
-
Санкт-Петербург, 1993
-
ВАК 03.00.15
- Источники высокого качества волокна в коллекции льна-долгунца ВИР и их селекционная ценность
- Хозяйственно-биологическая оценка селекционных номеров льна-долгунца с маркерными морфологическими признаками
- Исходный материал в селекции льна-долгунца на качество волокна
- Усовершенствование селекционного процесса льна-долгунца (Linum usitatissimum) на основе использования биотехнологических методов
- Эколого-генетический анализ сортов и гибридов льна культурного (Linum usitatissimum L. )
