Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетическое изучение автофертильности у ржи

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетическое изучение автофертильности у ржи"

ггз и

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСУТВЕШКЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 631.522.46:577.15.01:575.116:633.14

ФАМ Тхаиь Фыонг

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АВТОКРТИЛЪНОСТИ У РЖИ специальность 03. 00. 15 - Генетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1ЭЭЗ

Работа выполнена на кафедре генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель:

- доктор биологических наук

В.Г.С«ирнов

Официальные оппоненты

- доктор биологических наук

Н.Ф.Батигии

- кандидат биологических наук

Н.В.Кудрякова

Ведущее учревдение - Московский Государственный Университет им.М.В.Ломоносова

Зашдта диссертации состоится " 1993 г. в ^ час.

на заседании Специализированного совета Д 063,57.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности "Генетика" при Санкт-Петербургском государственном университете (199034., Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9)

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета.

Автореферат разослан " ¿3 " 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологически!, наук

Л.А. Ыаыоц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Самоне совместность у ржи, согласно классическому представлению, контролируется двумя несцепленными мульти-аллельными генами г и 2 (Ышйяг»1954,1956). Наличие этой системы служит основным препятствием для использования в генетических исследованиях и селекционных работах методов, связанных с анализом индивидуальных потомств отдельных растений. Эти трудности можно преодолеть, используя разработанный в отделе генетики Биологического института Санкт-Петербургского Университета метод гибридизации с автофертилышми формами ржи, возникшими в результате Б^мутации (Смирнов,Соснихина,1379;1984). Данный подход позволяет, во-первых, исследовать гвногигопескую структуру сортовых популяций, получить и выявить любые типы мутаций для их дальнейшего использования в генетических исследованиях и в селекционных работах. Во-вторых, впервые открывается возможность использовать принцип строгого индивидуального отбора в селекции ржи посрэдйгвом однократного самоопыления отбираемых растений и оценки кх по потомству.

При использовании авгофэртильшх форм для анализа отбираемых растения по потомству желательно было бн вслед за тем устранить аллели автофергильности (3*) из воспроизводимого нового варианта популяция для обеспечения в нем максимально высокой степени перекрестного опыления (Смирнов,Войлоков,1990).

Для того, чтобы автси})ертильяда формы можно было использовать в подобных работах, необходимо: X, Наличие надежной характеристики используемых аЕТофергилышх линий в отношении их генотипа по генам и аллелям автофэртилыюсти; 2. Знание о генетических маркерпт, сцепленных о генами несовместимости.

Цзль и задачи исследований.■ Основной целью данной работы было изучение характера генетической детерминации, признака автофертмь-ность-автостерильность у ржи, а также выявление изозимних маркеров, сцепленных с локусами самонесовместимости для более эффективного использования ввтофертильных форм в генетических, исследованиях и селекционных работах. Для решения этих проблем были поставлены следующие задачи:

1. Изучение изменчивости популяции рхи сорта Волхова по изозимннм маркерам и по автофергильности;

2. Поиск изозимных маркерных генов, сцепленных с локусами, контролирующими самонесовместимость на основе анализа отклонения от

- А -

нормального расщепления 1:2:1 по изозимшм маркерам в потомстве Р2 от самоопыления гибридов между авгостерильными растениями к автофертильшми линиями, а также в потомстве от самоопыления мехлшейних гибридов;

3. Идентификация генотипов автофертильшх инбредных линий по аллелям генов несовместимости на основа выявления сцепления этих генов с изозшными маркерами и на основе генетического анализа признака автостерильность-автофершпьность.

4. Изучение автофертильности ржи при наличии Б^аллелей разных генов несовместимости.

Научная новизна. Установлено наличие грех различных локусов (S,, Sg и S5), участвующих в детерминации самонесовместимости. Выявлено сцепление S-локусов с изозимными генами, принадлежащим разным хромосомам: с Ргз7 и Pgl2 (хромосома 1R); 32 с p-Glu и Est3/5 (хромосома 2R) и Sg с Est6-9 (хромосома 5Н) и на основе этих фактов S-геш локализована в соответствующих хромосомах. Проведена идентификация генотипов автофартильных линий по аллелям генов несовмвсти мости. Наличие авто^ертильных линий с известными генотипами позволило впервые провести исследование изменчивости в проявлении автофертильности у рки в присутствии S^аллелей разных S-генов.

Теоретическая и практическая ценность работа. Кадекно обнаруживаемое нами наличие трех локусов, участвунща в контроле самоне-совместимссти у рнси, существенно дополняет классическое представление о генетическом контроле несовместимости и автофертильности. Факты о сцеплении S-локуов с изозимшми маркерами позволяют быстро и безошибочно идентифицировать генотипы линий по мутациям автофертильности, а это в свою очередь имеет большое значение для изучения механизма фулкцконирования системы несовместимости. Полученные данные о тесном сцеплений локуса S1 с генам Prx7, а также о том, что линии И 5, 6, 7 и 8 несут мутации по автофертильности в этом локусе, отвечают всем требованиям для того, чтобы вовлечь их в принципиально новую схему селекции ржи.

Апробация работы. Основнвые результаты работы представлены на научных семинарах лаборатории генетики растений и отдела генетики БиНИИ Санкт-Петербургского университета, на XIII конгрессе EUCARPIA (Anger, France, 1992), на VII международном конгрессе по изозимам (Новосибирск, 1992), на Симпозиума немецких генетиков (Gatersleben, 1992) и на VI съезде ВоГИС (Минск, I99JD.

Публикация результатов. Материалы исследований опубликованы в

2 печатных работах и в 3 статьях, принятых к печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсувдешя результатов, выводов, списка литературы, включающего 220 работ, и приложения. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 12 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исходным материалом для исследования служили 7 автофертильных инбредных линий рки (J6 2 - 8) из генетической коллекции лаборатории генетики растений ВиНИИ Санкт-Петербургского Университета, а также автостерильныа растения сорта Волхова. Автофертальность использованных в работе линия составляет в основном от 10 до 45£ (Смирнов, Сосшаина,1984), и они насчитывают от 7 до 31 поколений инбриданга. Автофертильные линии скрещивали друг с другом по диаллельной схеме и с автостерилышми растениями сорта Волхова. Р2 от обоих типов гибридов были получены после самоопыления растений F^. Растения Pg использовали для анализа расщепления по изозимным маркерам.

С целью проведения генетического анализа признака "автофергильность" автосгерильше растения сорта Волхова опыляли пыльцой растений F, мезимнеЯннх гибридов и пыльцой растений F,ot скрещивания автостерильных форм с автофвртильными линиями. У потомков от этих скрещиваний проводили самоопыление путем изоляции

3 колосьев для анализа расщепления по автофертильности. Значение автофертильности растения расчитывается как отношение количества завязавшихся семян к количеству цветков в самоопылении колосьях.

Для анализа изозимов использовали проростки в возрасте 14-20 дней. Изозимы экстрагировали из листьев в 0,1М Трис-HCl буфере (рН--8,0), содержащем О,5М сахарозы, 0,1% аскорбиновой кислоты и 0,1% гидрохлорида цистеина (Sako,3tachmann,1972). Полученные гомогенаты центрифугировали в течение 15 мин. при 10000 х g и Т = 0°С. Супернатант использовали для нанесения на стартовые позиции при электрофорезе или изоэлектрическом фокусировании.

Разделение изофермвнтов (кроме ястеразы и пероксидэзы) проводили в аппаратах для электрофореза с вертикальными пластинками геля. Для малатдегадрогеназы (МОТ) использовали 5% полиакриламидаый гель, для аконитазы (ACO), эндопептвдазы (ЕР), бета-глюкозидазы (^-G1Д),

- б -

ароматической алкоголдегидрогеьазы (AADU1) и фосфоглюкозоизошрази (PGI) - 6%, а для аспартатаминотрансфаразн (ЛАТ) и супароксиддисму-тазы (SOD) - 7,5% гель. Гедевыз пласпшы приготовляли при использовании Трнс-НС1 (рй=8,9) как гелевого буфера й Трис-глицина (рК=8,3> как алектродого буфера (Маурвр, 1971).

Пероксидазы (PRX) и эстеразы (EST) разделяли с помощью изоэлектрического фокусирования в тонкослойной полиакриламидной пластинке с интервалом рн 3,5-10 го методика, описанной Еелингом (Wehling,1986). Изоферменти выявляли по стадартным методам с небольшими модификациям (Л0ВИТ9с,19в6;Тап£,Наг1;,1975,-WehHng,1986). "

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ I.Изменчивость популяции сорта Волхова.

До того, как растения сорта Волхова применяли в качестве донора автостерильности в нашей схеме эксперимента мы клонированы 136 растений и исследовали их изменчивость по изозимшм маркерам и по автоферталъности. При изучен™ автофертильности у каждого клона изолировали б среднем по 30 колосьев черныш и белыми пергаментными изоляторами.

Характеристика популяции Волхова по изозиаши ыаркерац. Мы охарактеризовали клоны по II изозимшм системам, в общей сложности по 28 различным изозимшм локусам. Срэда изученных клонов не обнаружено изменчивости по генам Mdhl, Aat2 и Scdl. Для генов, контролирующих изоферменти ЕР и EST (всего 12 генов), отмечена изменчивость, однако из-за сложности интерпретации зимограмм результаты не анализировали. Полученные результата свидетельствуют о том, что, во-порвых, популяция сорта Волхова характеризуется значительной изменчивостью. Расчет величины средней гетерозиготности по 16 изозимным локусам показал, что она равна 24,9%. Во-вторых, популяция- находится в равновесии Хардя-Вайнберга для всех изозимнах генов (кроме гена Асо1), как это следует ожидать для популяций строго перекрестноопыляющихся растений. По гену Асо1 наблюдается нехватка гетерозиготных и избыток гомозиготных генотипов.

Изменчивость популяции Волхова по автофертильности. Анализ авто-фвртильности клонов растений сорта Волхова показал, что автосте-рьльность данной популяции оказалась очень высокой, но не абсолютной. Среди 136 изученных клонов только 2 клона завязывали прь самоопылении более IOS зерновок (I0-1&S), у 6 клопов завязывае-

мость была более низкой (5-10%), а большинство клонов завязывали либо от X до Ь% зерновок (67), либо менее I% (59). Полностью автостерильными оказались только 2 клона. Необходимо отметить, что у всех изученных клонов часть колосьев при самоопылении не завязали зерновок. Размах изменчивости колосьев по автофртильности в пределах клона также соответствует среднему уровню автофертиль-ности клона. У клонов со средней автофэртильностью менее 1% этот размах составляет от 0 до 5Я; у клонов с афтофертильностыо от I до 10% - от О до 36£; а у двух клонов с со средней автофертильностью более ЮЖ - от 0 до 53%. Однако в пределах каждой группы наблюдается различие между клонами по этому показателю.

Таким образом, изученные клоны популяции Волхова автостерильны, но признак "автостерильность" подвержен широкой модификационной изменчивости. Фактически,здесь мы имеем дело с псевдосовместимостью (ПСС), поэтому в дальнейшем мы использовали именно этот термин.

Анализ распределения клонов Волховы по уровню ПСС свидетельствует о том, что оно не является нормальным (гауссовым) (р<0,01). После логарифмического преобразования значений завязываемости это распределение соответствует нормальному (р>0,05). Таким образом, величина ПСС у растений популяции Волхова описывается не нормальным, а лог-нормальным распределением. Такой характер изменчивости указывает на то, что величина ПСС, скорее, определяется взаимодействием.умножающихся (мультипликативных), чем слагающихся (аддитивных) факторов (Фолконер, 1985; Лигтл, Хидпз, 1961). В связи с этим для характеристики популяции Волхова по ПСС, на наш взгляд, целесообразнее ' использовать не среднюю арифметическую величин ПСС, а среднюю геометрическую. Мы провели расчеты и получили оценку среднего значения логарифма ПСС для данной популяции, которое соответствует значению ПСС в 1,14%.

Наличие сильной реакции самонесовместимости у растений ржи и то, что количество цветков в колосах одного клона примерно одинаково позволяют ожидать, что распределение колосьев в пределах клона по количеству завязавшихся зерновок после самоопыления будет подчиняться закону Пуассона. Анализ распределения колосьев внутри клонов с помощь» ЭСМ показал, что только клоны с средней ПСС ниже I,5Ж имеют распределения колосьев, соответствующее распределению Пуассона (р --0,01). Для. клонов с ПСС больше 1,5? установлено достоверное различие меаду теоретическим (Пуассоновнм) и

фактическим распределениями (р <0,01). Итак, у клонов с ПСО больше 1,5$ нарушается случайный характер распределения .колосьев по количеству завязавшихся семян при самоогшения.

Одним из подходов в выяснении причин нарушения принципа случайности в образовании зерновок при самоопылении является изучение влиянии факторов внешней среда на проявление ПСС. Из литературных источников известно, что температурный режим в период цветения оказывает большое влияние на уровень ПСС и в ряде случаев применяла температурную обработку для преодоления самонесовместимости. При изучении влиянии температуры на проявление ПСС ш применяли простой и весьма удобный метод - использование черных изоляторов наряду с обычными белыми. Ежедневные измерения температуры внутри белых и черных изоляторов (в 10 ч., 13 ч. и 16 ч.) показали,- что в период цветения температура была в среднем на 2,9°С выше в черных изоляторах.

Средаее значение IICG в черных изоляторах для 130 изученных клонов составляет I,5X, а в белых - 2,1%. Использование t-кригерия Стьвдента показало, что а го различие достоверно (t=2,W; р<0,05). Таким образом, наблюдалась тенденция понижения уровня псевдосовместимости при повышении температуры у клонов сорта Волхова.

Анализ величин ПСС в колосьях, изолированных белыми и черныш изоляторами, в пределах одних и тех ке клонов показал, что реакция на повышение температуры оказалась различной у разных клонов. Так, II клонов в черных изоляторах завязали достоверно больше зерновок (р<0,05), у 60 клонов реакция была противоположной, ау 69 клонов достоверного изменения величины ПСС не наблюдалось (р> 0,05).

2. • Изучение сцепления изозшеых маркеров с локусаии,

контролирущкии несошестшость Теоретическое обоснованна. Известно, что автофертильные формы рки несут мутантные неактивные аллели (S*> гена (или генов) несовместимости. При скрещивании автостерильной формы с автофертильной линией получатся готерозиготы типа S%n, если автофертильная линия несет одинмугантный ген Sf, или s|sy S^S™ если линия имеет два мутантных гена Sf. При самоопылении таких гибридов оплодотворение

осуществляется только за счет 50% (или 75%) пыльцевых зерен,

...... f ' - —■----.—.—-

несущих S*аллель(аллели). Поэтому в потомстве таких гибридов наблюдается отклонение от менделевского расщепления по маркерам.

Таблица I. Ожидаемое расцепление по гену А в инбредшх семьях , Р2 от гибридов: автостер, растение АгА2 х автоферт, линия А1А1 (частота рекомбинации между А. и равна р ) -

Генотип Генотип

ввтоферт. растения Расщепление в

линии Р2

А^/А^" А1А1А1 : 2А1А2 : 1А2А2

А^/АЦ А^/А2^ (1-р)А1А1: 1А1А2 : рА2А2

Л^/Л^ (2-р)А1А1: ЗА1 А2 : (1+р)А2А2

Бп , Зт - любые активные аллели; - мутантшй аллель Б-локуса

сцепленным с Б-локусом. Если ген А сцешюн с локусом (частота рекомбинации равна р) то при самоопылении гибридов от скрещивания автостерильного растения с автофергильной линией в Р2 по гену А ожидаются различные варианты расщепления в зависимости от генотипа линии (Таблица I). Если автофертильная линия несет мутантный аллель то в инбредннх семьях Р2 ожидается отклонение от нормального расщепления 1:2:1 по гену А: нехватка генотипа автостерильного растения и избыток .генотипа автофертильной линии. В случае полного сцепления гена А с локусом (р=0) отдается расщепление 1А1Л1 : 1А1А2 (если лиши имеет один мугангннй ген Б*) или 2А1А1: ЗА1А2:1А2А3 (если линия несет мутантнне аллели двух генов и Б2) Если линия несет мутштный аллель (аллели) в других локусах, отличных от 3|, то никакого отклонения в расщеплении то гену А от 1:2:1 не должно наблюдаться. Аналогично, нормальное расщепление по гену А ожидается в Р2 от мегшинейяых гибридов если линии, участвующие в скрещивании, обладают Згаллелями в одном и том та локусе. Если линии несут аллели в разных локусах и их межлинейные гибриды являются дигетерозиготами зга в1, включая Эр то в Р2 оасидается расщепление (2-р):3:(1+р) или 2:3:1 в случав полного сцепления А с вр Результата. Гибрида от скрещивания ввтостерильных растений с ввтофертилышыи линиями были получены легом 1990 г. Рее они оказались высокоавтофертильными (в среднем автофертилыюсть составляет 508). К сожалению мы получили мало гибридов от скрещивания автостерильннх форм с линиями в и 7. Поэтому здесь мы подробно анализируем гибрида только с Б линиями (№ 2, 3, 4, 5 и 8).

Таблица 2. Расщепление по гену РгхТ в инбредных семьях Р2 ог гибридов:ввгосгерильнне растения х автофертильные линии

Автофер-тильная линия

2

3

4

5 8

Количество растений Р2 с генотипом 2 X (1:2:1)

автефзр-ТИЛЬНОЙ линии гетеро-зигогы автостерильного растения

17 53 24 2,57

7Т 128 59 2,69

33 65 39 0,88

23 25 0 22,13»

47 44 1 46,17*

* р < 0,0)

Расщепление по гену Ргх7 в инбредных потомствах ог гибридов Р,, полученных от скрещивания автостерильных растений с автофвртильными линиями, представлено в таблице 2. Гибриды от скрещивания автостерильного растения с линиями 5 и 8 дают при самоопылении расщепление по гену РгхТ типа 1:1 (из 140 растений было лишь одно с генотипом автостерильной родительской формы). В то же время, крою гена Р§12, который сцеплен с Ргх7, по другим маркерам, локализованным в хромосомах ЗЯ, 5Н и 6й, эти гибриды дают нормальное расщепление в ?2. Это свидетельствует о том, что линии 5 и 8 несут мутантшй неактивный аллель в локусе (мы обозначаем его как 31), с которым тесно сцеплен ген Ргх7 в хромосоме Ш. Нутантные аллели у линий 2, 3 в 4 на принадлежат локусу Б,, поскольку гибриды с участием этих линий в Г2 дают нормальное расщепление 1:2:1 по Ргх7 (Табл.2). Эти выводы полностью соответствуют результатам анализа расщепления по Ргх7 в от межлинейных гибридов (Табл.3). Наблюдаемое отклонение от нормального расщепления по РгхТ - расщепление, близкое к 2:3:1 в инбредных семьях от межлинейных гибридов 5x2, 5x3 и 6x4 объясняется тем, что эти линии имеют мутантные аллели в разных локусах и что один из этих локусов тесно сцеплен с. Рмс7. Линии 5 и 8 обладают мутацией автофертильности в одном и том же локусе, поэтому расщепление в ?2 от гибридов 5x8 является нормальным.

При анализе расщепления маркеров в инбредных потомствах полученных от скрещивания автостерильной формы с линиями 2 и 3 установлено, что достоверное отклонение от менделевского расщеп-

Таблица 3. Расщепление по гену Ргх7 в инбредных семьях от межлянейных гибридов

Количество растений IV, с генотипом Z 2

Гибрид --------------------ь------------------------------X X

линии гетэрозиготы другой линии (1:2:1) (2:3:1) 5 (2,3,4 или 8)

S х 2 71 88 30 18,68* 1,53

5 X 3 30 55 10 10,78* 3,42

5 X 4 36 50 10 14,25* 2,38

5x8_____32___________41___________23____________3J3______4,08

* р < 0,01

ления наблюдается по грушам полностью сцепленных друг с другом генов Est6- Est9 хрсмосомы 5Я. При зтом все анализируемые семьи по этим генам имеют тенденцию избытка генотипа исходной автофертиль-ной линии и нехватки генотипа автостерильной формы, что указывает на сцепление этих генов с S-локусом, По другим генам: Ргх7 в хромосоме 1R, z?-Glu, Est3 и Est5 в хромосоме 2R и Acol, Ер и Est10 в бИ-хромосоме расщепление в Fj от гибридов с участием этих линий не отклоняется от 1:2:1. На основе этих фактов можно предположить, что линии 2 и о несут мутантные неактивные аллели Sf в одном и том да локусе, отличном от S, и сцепленном с группой генов Est6-9 в хромосоме 5R. Этот новый локус ш обозначаем как S5-

Гибрида от скрещивания автостерильной формы с линией 4 дают в Р2 нормальное расщепление по РгхТ (Табл.2), поэтому, по-видимому, линия 4 обладает мутацией S* в локусе, отличном от S.,. Однако, в отличие от линий 2 и 3 в F2 гибридов о участием этой линии наблвдэ ется достоверное отклонение от нормального расщепления для генов хромосомы 2R - p-Glu, Est3 и Eat5. Тип отклонения такой, какой ожи дается при сцеплении этих маркеров с S-локусом: избыток растений с генотипом автсфертшьной линии и недостаток растений с генотипом автостерильного растения по сравнению с соотношением 1:2:1. По другим маркерам такого отклонения не обнаружено. Таким образом можно сделать вывод о том, что линия 4 несет мутацию автофертильности в новом S-локусо, отличающемся от локусов S, и S5, и что этот локус сцеплен с генами гз-Glu, Est3 и Est5 в хромосоме 2R. Этот локус мы обозначили символом Sg.

Таким образом, мы установили наличие трех различных локусов, участвующих в детерминации признака автофертильность-автостериль-

Таблица 4. Частота рекомбинации между изозимиыш маркерами и локусами сшонесовместимости

Хромосома Пара генов Частота рекомбинации (%)

'К, S, - Ггх7 0-1,00

S, - ?gl2 . 16,66 ± 7,60

2В s2 - P-Slu 16,66 ±5,43

S2 - Est3 17,50 + 4,25

S2 - EstS 20,00 + 4.47

5Н S5 - EstS/8 36,00 + 3.39

s5 - евшэ 28,83 ± 4,78

ность у ржи (S-j.Sg и Sg) на основе их сцепления о изозишми маркерами. Частота рекомбинации между S-локусами и изозшными маркерами приведена в таблица 4. Полученные результаты позволяют идентифицировать генотипы исследуемых автофертильных линий:: генотип линий 5 и 8 - si/sf s|/s| Sg/S®; линий 2 И 3 - S'jVs'j1 s|/s\ И линии 4 - S^/S^ s|/s| S5/S5 (символами Sn и Sm произвольно обозначены активные аллели соответствующих локусов).

3. Идентификация S-гевотшов автофартильнш линий с помощь » гибридологического анализа признака ввтофертильность-автостерильность

Уровень автофертильтсти автостерильних растений и гибридов с участием автофартядьнах линий, вовлеченных в скрещиваниях. Все 9 клонов растений из сорта Волхова, используемых в качестве материнских растений при скрещивании, являются автостарилышми. Ав^офертильность этих клонов составляет всего от О до 3 процентов, в противоположность этому, все меклинейные гибриды и гибриды Т] (ввтостер.растение х ввтоферт.линия) оказываются автофертильнши. Они завязывают более, чем 49$ семян после самоопыления. При Формальном рассмотрении, можно считать, что евтофертильность наследуется как доминантный признак.

Количество ыутантшх генов S у автофертильнах линий. Распределение растений по уровню их автофертильности в потомстве от скрещиваний ввтостррильшх растений с гибридами F1 (автостер.растение х автоферт, .тения) оттдчтелъетвует о том, что растения в потомстве от каждого

Таблица 5. Расщепление по автофертильности в потомства от скрещиваний: Автостэр.растения х F,(автостер.растение х автоферт.линия)

Автоферг. Количество растений <2

линия автостэр. автоферт. 1:1 1:3

2 22 30 1,23 8,31»

3 21 32 2,28 6,04«

4 32 23 1,47 32,29*

5 21 18 0,23 17,30«

6 18 18 0,0 12,00«

7 29 28 0,02 20,53*

8 25 25 0,0 16,67»

* р < 0,05

скрещивания легко разделить на две группы: в первой группе большинство растений имеют автофэртильность менее БЖ, а во второй - все растения завязывает больше 10% семян после самоопыления. При этом наблюдается очень мало растений о автофэртильвостью от 5 до ЮЖ. Это позволяет нам рассматривать уровень автофергильности в ЮЖ как границу между автостерильносгью и автофертильностыо. Тогда расщепление по автофертильности в потомстве рассматриваемых скрещиваний можно представить, разделив растения всего на два класса (Табл.5).

Значения X2 явно свидетельствуют о том, что в потомстве от каждого скрещивания расщепление не отличается от ожидаемого соотношения Г автостер.: I автоферт. Поэтому мохно сделать вывод о том, что каждая из изученных автофертильннх линий несет только I мутантный ген S*.

Определение генотипов автофертилыых линий по S-иутащяи. Распределение растений по автофертильности в потомстве от скрещиваний автостерильшх растений с межлинейинми гибридами показывают, что скрещивания, в которых участвуют меялинейныэ гибриды 8x7, 8x6, 8x5, 7x6, 6x5 и 2x3 дают в потомства только автофэртильяне растения (все они имеют автофэртильность выше 10%). В потомствах от остальных скрещиваний присутствуют и автофертильныэ, и автостерильные растения. Расщепления по автофертильности в потомства от всех скрещиваний: автостер.растения х межлинейный гибрид представлены в Табл. 6.

Поскольку каждая из автофартильных линий несет S-аллель только

Таблица 6. Расщепление по автофертильности в потомстве от скрещиваний: Автостер.растения х ^ -мезшшейный гибрид

Меклинейный Количество растений X2

гибрид автостер. автоферт. 1:3

8x7 0 70 23,33*

8хб 0 65 21,67*

8x5 0 71 23,67*

Тхб 0 66 22,00*

6x5 0 59 19,67*

2x3 0 65 21,67*

4X2 17 32 2,45

4x3 13 45 0,21

5x4 16 42 0,21

6x4 37 126 0,46

7x4 24 71 0,01

8x4 13 56 1,39

5x2 19 40 1,63

5x3 16 34 1,31

6x3 . 12 21 2,27

7x2 12 39 0,06

7x3 21 47 1,25

* р < 0,01

в одном Э-локусе, в потомстве от рассматриваемых скрещиваний мы должны озсидать расщепление I автостер.: 3 автоферт, если две линии несут Б?аллели в двух различных Б-локусах, и не ожидать расщепления в случае, если обе линии имеют Б^аллели в одном и том же Б-локусе. Представленные в таблице 6 результаты свидетельствуют о том, что линии 5, 6, 7 и 8 несут Б^аллвли в одном и том же Б-локусе. Это утверждение справедливо и для линий 2 и 3. Однако, две эти группы .пиний имеют Б*аллели в разных Б-локусах поскольку соответствующие межлинейные гибриды (5x2, 5x3, 6x3 и др.) дали расщепление I явтостер.: 3 автофэрт. после скрещивания с ввтостерильными растениями. Линия 4 обладает В-аллелем в локусе, который отличается от Б^локуся линий 5, 6, 7 ,8 и от Б^локуса линий 2 и 3. Эти результаты хорошо соответствуют данным, полученным нами на основе

установления сцепления Б-локусов с изозимшми маркерными генами.

4. Автофертильность ржи при наличии цутантшх Б ■'-генов

В работе по локализации Б^енов с помощью трисомного анализа Мальц с соавторами (Ме1й ,ег а1., 1987, 1990) .высказали предположение о наличии дозового эф&екта Зюганов в определении уровня автофертильнасти у ржи. Имеющиеся в нашем распоряжении автофертклыше линии с известными З^геяотипвми, их межлинвйные гибрида и гибрида (Автостер.растения х Автоферт.линии) позволяют нам проверить это предположение. Кроме того, появилась возмокность изучать влияние Э^аллвлей разных генов (Э^, и на уровень

автофертилъности у гибридов Р1.

Дозовый эффект 5-генов. Для выяснения того, имеется ля дозовый эффект ¿¿генов в детерминации уровня автофертилыюсти, мы использовали меклинейкые гибрида, которые несут два Э-аллеля и гибриды (Автостер.растения х Автоферт.линии), которые содержат только один Б-аллэль. Значение автофертилыюсти у обоих типов гибридов варьирует в широких пределах (от 14,8 до 90,4% и от 17,1 до 8в,73Ь соответственно). Среднее значение автофэртильности у гибридов несущих только один Б^аллель составляет 51,76%, а у межлинейных гибридов, несущих два Б^аллеля - 55.99%. Сравнение средних значоний авто4ертильносга по ^критерию Стюдента показало, что они достоверно отличавтся друг от друга (-Ь = 3,33; р < 0,01). Таким образом, несмотря на широкую-амплитуду изменчивости признака автофертиль-ности, ее среднее значение у менлинеЮаых гибридов, несущих два Б±аллеля, оказывается достоверно выше, чем у гибридов Р1, несущих только один б'аллэль, иначе говоря, наблюдается дозовый эффект Б^генов в отношении уровня автофертилъности у изученных гибридов. Влияние Э-аллелей разных генов на уровень автофертилыюсти у гибридов меяду автостерильным растениями и астофертильюши лилиями. Для получения гибридов с целью изучения влияния Э-алле-лей разных генов на автофертильность мы подобрали 6 клонов из сорта Волхова 38, 40,. 44, 56, 52, и 88). Все они являются автостерильными. Каждый из этих клонов опыляли пыльцой от 7 автофертилши линий. Таким образом мы получили 42 разных гибрида Р,. Два генетических фактора могут влиять на автофертильность указанных гибридов: генотип автофертилыых линий и генотип автостерилышх клонов из сорта Волхова. Анализ средних значений автофертилъности гибридов Р, по фактору генотипа ввтофортильных линий показал, что группа

гибридов не отличаются друг от друга по этому показателю. Средние значения автофертильности в группах гибридов варьируют от 36,4 до 45,0% а их доверительные интервалы перекрываются друг с другом.

При анализе признака автофертильности у гибридов Р^ по фактору генотипа родительских автостерильных растений выявлено достоверное различие между ними. Гибриды, полученные при участии клона 62 в качестве материнского рчстения обладают самым высоким уровнем автофертильности - 48,4?; гибриды, полученные при участии четырех других клоков (Л 38, 40, 56 и 88) - более низким уровнем автофертильности (от 35,6 до 41,4) а доверительные интервалы средней автофертильности этих двух групп не перекрываются друг с другом. Итак, различие по автофертильности между гибридами (пвтостер,растения х автоферт.линии) обусловлено гляшым образом генотипами автостерильных клонов из сорта Волхова.

ВЫВОДЫ

1. Растения популяции ржи сорта Волхова характеризуются значительной изменчивостью по изозимным локусам. Величина средней гетерозиготности, расчитанная по 16 локусам, равна 24,95». Популяция данного сорта находится в равновесии по Харди-Вайнбергу по большинству изученных кзозимных локусов.

2. Все изученные растения сорта Волхова оказались автостерильными. Однако эта автостерильность не являются абсолютной (среднее значение псевдосовмесгимости для изученных растений популяции составляет 1,14%).

3. Растения сорта Волхова неоднородны по значению псевдосовместимости и по реакции этого признака на повышение температуры, что дополнительно характеризует гетерогенность данной популяции.

4. Самонесовместимость у ржи контролируется не менее, чем тремя насцепленными Б-локусами , и

5. Каждая из 7 изученных автофертильных линий несет мутацию автофертильности только в одной из Б-локусов.

6. Линии Б, 6, 7 и 8 несут мутации автофертильности в локусе , с которым тесно сцеплен ген Ргх? (частота рекомбинации 0-1%), а также ген Рв12 (частота рекомбинации 16,7Ж) в хромосоме 1й.

7. Линия 4 несет мутацию автофертильности в локусе сцепленном с генами (3-С1и (частота рокомСанацки 16,7) и ЕэЪЗ/б (частота ^комбинации .17,5-20%) в хромосоме 2В.

8. Линии 2 и 3 имеют Зг-мутацию в локусэ S5 хромосомы 5R. Этот локус сцеплен с группой генов Est6/7/8/9 (частота рекомбинации 28,9-36,055).

9. Гибрида, несущие два Sr аллеля, имеют более высокий уровень автофертильности по сравнению с гибридами, несущими только один Sr аллель.

10. Различие по автофертильности мевду гибридами (автостэр. растения х автоферт, линии) обусловлено главным образом генотипами автостерильных клонов из сорта Волхова.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕШ ДИССЕРТАЦИИ

1. Smlmov V.G., SosnlUhlna S.P.. Voylokor A.v., Prlyatklna S.N., Borovlkova I.Л., Pam TharJi Fuong, Linz A. The Search for-Marker Genes Linked to Incompatibility Loci In Rye.- In: Reproductive Biology and Plant Breeding. Abs.XIIIth Congress cr EUCARPIA, 6-1i July 1992 - Angers France, р.267-2бЭ.

2. Смирнов В.Г., Сосшпсина С.П., Войлоков A.FI., Гладашева Н.М., Прияткина С.Н., Фам Тхаиь <Еыонг, Линц А. Генетическая коллекция озимой ржи и возможности ее использования в исследованиях по генетике и в сэлекциояшх программах. В кн.: Изогенные линии и генетические коллекции. Новосибирск, 1993, с. 127-129.

3. Voylokov А.V., Pam Thanh Fuong, Smlrno? V.G. The Genetic Studies of Self-Fertility In flye (Secale cereale L.) 1. The Identification of Self-Fertile Lines for The Sf-allelea of Self-Incompatibility Genes.- Theoretical and Applied Genetics, 1993 (In press).

4. Fam Thanh Fuong, Voylotov A.V., Smlmov V.G. The Genetic Studies of Sell-Fertility In Rye (Secale cereale b.) 2. The Search for Isozyme Marker Genes linked to Self-Incompatibility loal.-Theoretical and Applied Genetics, 1993 (In press).

5. Смирнов В.Г., Сосшшша С.П., Войлоков А.В., Гладашева Н.М., Прияткина О.Н., Михайлова Е.М., Фам Тхань Фыонг, Линц А., Егорова Л.Ф., Салтыковская К.А. Генетическая коллекция озимой ржи и возможности ее использования в исследованиях по генетике и в селекционных программах. В сб.: Генетические коллекции рзстений. Новосибирск (в пэчати).