Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Генетико-селекционное изучение исходного материала сахарной свеклы с применением биохимических маркеров

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Генетико-селекционное изучение исходного материала сахарной свеклы с применением биохимических маркеров"

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И САХАРА ИМ. А. Л. МАЗЛУШВА

ГЕНЕТИКО-СЕЛЕКЦИОННОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОХИМИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ

Специальность: 06. 01. 05 - Селекция к семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

ФЕДУЛОВА ТАТЬЯНА ПЕТРОВНА

УДК 633. 63: 575: 631. 52. 577. 1

Рамонь 1995

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте сахарной свеклы и сахара имени А.Л.Мазлумова в 1984-1Э94гг.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Л.В.Корниенко; кандидат биологических наук Т.П.Жужжалова.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.И.Буренин; кандидат сельскохозяйственных наук Ю.Ф.Кравцов.

Ведущее учреждение - Мекая опытно-селекционная станция.

Защита диссертации состоится "''Ч". 1995 г. в "44 " часов на заседании диссертационного совета К 120.75.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте сахарной свеклы и сахара им. А.Л.Мазлумова по адресу: 396030, Воронежская область, Еаменский район, ВНИИСС.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " .1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРЖИШ. РАБОТЫ

Актуальность исследования. Создание нового исходного материала с различными хозяйственно ценными признаками требует мобилизации всего потенциала наследственной изменчивости данного ввда.

Для сахарной свеклы, как перекрестноопыляющейся культуры, и имеющей ограниченное число морфологических признаков, особое значение приобретает поиск и изучение новых маркерных свойств, облегчающих нв только проведение генетического анализа исходного материала, но и ускоряющих работу по его созданию.

Надежными генетическими маркерами для сахарной свеклы оказались изоферменты. Главным преимуществом их является кодоминанг-ный тип наследования, позволяющий оценить гомо- и гетерозигот-ность растения.

Изоферменты, являясь прдаыми продуктами активности генов, менее подвержены влиянию факторов внешней среды и поэтому более надежны как маркеры (Левитес Е.З., 1986).

В связи с этим использование изоферментов при создании и изучении исходного материала является актуальным.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в разработке методов генетического маркирования селекционного материала по составу изоферментных локусов в процессе его создания и использования в практической селекции.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

1. Провести изоферментнуга оценку чистоты инбредных линий сахарной свеклы для осуществления контроля за процессами гибридизации.

2. Изучить сортовой полиморфизм по изоферментным локусам в популяциях сахарной свеклы.

3. Разработать метод идентификации сортов по изофермент-ным спектрам.

4. Изучить связь изоферментных локусов с хозяйственно полезными признаками.

5. Провести кластерный анализ селекционных материалов для установления генетических расстояний и взаимоотношений мещду ними.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые показаны различия популяций сахарной свеклы по частотам встречаемости аллелей семи ферментных локусов. Разработан способ вденти-фикации сортов по изоферментному составу (А.с.№ 1672999, 1991), позволяющий определять сортовую чистоту при семенном контроле и проводить идентификацию их в сортоиспытании. Проведена оценка генетических взаимоотношений при кластерном анализе, позволившая выявить различия селекционных материалов по генетическим расстояниям и рекомендовать для гибридизации родительские формы, наиболее генетически удаленные друг от друга. Впервые установлена достоверная положительная связь изоферментных локусов, контролирующих малатдегвдрогеназу НАД -зависимую и малии-фермент с массой корнеплодов.

Использован изоферментный контроль в процессе создания исходного материала методом гаплоидии, апомикеиса и клеточной селекции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены: на районных научно-производственных конференциях молодых ученых и специалистов (Рамонь, 1984, 1985, 1986); на конференции молодых ученых ВШЕ (Киев, 1989); на заседаниях Ученого совета ВНИЖС (Рамонь, 1990-1994 гг.); на зональной конференции молодых ученых и специалистов (Воронеж, 1994); на

I Международном симпозиуме "Нолеку лярно-генетические маркеры и селекция растений" (Киев, 1994).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, трех глав с изложением экспериментальных данных и их обсуждением, выводов, практических рекомевдаций, списка литературы (201 источник, из них 93 иностранных) . Общий объем диссертации составляет 165 страниц машинописного текста, включая 39 таблиц, 13 рисунков.

Материалы и методы исследований

Экспериментальная работа выполнена в 1984-1994 гг. во ВНИИСС им.А.Л.11азлумова.

Для исследований использовали: инбредные линии, МС-линии и гибриды на основе ЩС, популяции сахарной свеклы селекцентра ВНИИСС j инбредные линии из коллекции лаборатории популящонной генетики ИЦИГ СО РАН; селекционные материалы с ЦМС из фирм: " ICI " (Бельгия), "Hilleshôg " (Швеция), " Beta Seed " (США); районированные сорта, полученные с Тростянецного семенного завода).

Самоопыление семенников проводили с помощью индивидуальных пергаментных или бязевых изоляторов. Внутрисемейное размножение линий осуществляли в групповых изоляторах и на изолированных участках в посевах озшгых зерновых культур.

Содержание сахара и массу корнеплодов определяли на автоматической линии "Венема".

Электрофорез в крахмальном геле и гистохимическое окрашивание изоферментов проводили по методикам Левитеса Е.В. (1986). Изоферменты и контролирующие гены обозначали согласно общепринятым правилам (Корочюш Л.И., 1977; Левитес Е.В., 1986).

Достоверность полученных данных оценивали с использованием

критерия Фишера (Доспехов Б.А., 1973). Коэффициенты регрессии между изоферментными локусами, массой корнеплодов и сахаристостью определяли по методикам Лакина Г.Ф. (1980).

Показатель сходства популяций сахарной свеклы вычисляли по методу Животовского Л.А. (1982).

Генетические расстояния между селекционными материалами вычисляли по Нею ( М., 1978).

Математическую обработку отлученных нами данных проводили на УВМ по соответствующим программам, разработанным во ВНИИЗС.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И СБСУВДЕНИЕ

Оценка генетической чистоты селекционных материалов сахарной свеклы

При создании исходного материала методом инбридинга в распоряжении селекционера накапливается большое количество линий, которые нуждаются в оценке их генетической чистоты.

Проведение изоферментных анализов показало, что изученные селекционные материалы имеют различное соотношение гомо- и геге-розигот по каждому изоферменту. И поэтому чистота селекционных материалов зависит от количества гомозигот каждого проанализированного локуса. Истинную частоту встречаемости в селекционном материале может характеризовать их усредненный показатель -ивдекс изоферментной гомозиготности Иг (Филатов Г.П., Федулова Т.П.,

1993; Филатов Г.П., 1993), который вычисляется по формуле:

ХРп

Иг- -~= , где ^-частота встречаемости гомозигот по каждому из (п) изоферментных локусов.

Проведенные расчеты показали, что ивдекс изоферментной гомозиготности селекционных материалов определяется способом их получения. У сортов-популяций он равен 0,69 и близок к значению*^ материалов первого инцухта (габл.1).

Таблица I

Характеристика селекционных материалов сахарной свеклы по игоферментным спектрам (1Э36-19Э0 гг.)

Способ иаз-: Количество гомозигот по локус Я" • сиа, /о •

мно:кекия : материала : ае-1 : МсШ-1 : асШ-1 : АсШ-1 : р | Иг

Р 65 45 66 100 0,00 0,69

- 100 0 100 0,50 0,67

х2 69 71 90 100 0,75 0,84

71 31 85 100 0,оЗ 0,35

Ч 67 ¿0 65 100 0,94 0,82

Критерий Фшеди фак?.=355,2о1 теир.=3,840 Шг(и,ио) =0,017 Р - поликросс, - строгий инцухт

Это связано, по-видимому» с составом изученных популяций, которые оыли представлены, в основном, олизкородственккм материалом (смесью линий). Индекс изоферментной гомозиготности превысил теоретическое значение коэффициента иноридинга £ у линий, полученных в результате первого и второго инцухта и составил в! - 0,57 а в 12 - 0,34, что было достоверно подтверждено математической оирасоткой.

Превышение индекса изоферментной гомозиготности по сравнению с коэффициентом иноридинга такхе Сыко отмечено у материалов от сиосовых скрещиваний ( , ) и составило 0,30 в оооих

случаях (таол.2).

Отмечено, что индекс изоферментной гомозиготности виде у селекционных материалов строгого инцухта ( 12, , ), чем у номеров, полученных в результате близкородственных скрещиваний, при проведении которых, по-видимому, происходило засорение чужеродной пыльцой из-за недостаточной изоляции.

Таблица 2

Характеристика чистоты селекционных материалов сахарной свеклы (1990-19ЭЗ гг.)

Способ--:" ]&л1Йество~г£М£зигог~по локуса^,ЗГ:'

размножения материа ла •Ме-1 : 1011-1 1<Ш-2 ШШ-1 И(Ш—2 :асШ-1 2 : 1хъ

Р 65 88 73 46 66 66 100 0,00 0,72

73 89 75 69 89 70 99 0,50 0,30

76 91 76 65 92 56 100 0,75 0,80

55 96' 71 30 100 77 96 0,88 0,75

5Э 90 79 70 100 69 100 0,94 0,81

Критерий Фипэра факт.=278,458 теор.=3,840 ШР(0,05) = 0,021 Р - популяция

~ - сибсовые С1фещивания

Таким образом, полученные данные достоверно свидетельствуют о том, что использование индекса изоферменгной гомозиготности реально позволяет определять степень чистоты иноредных линий.

Генетические взаимоотношения между различными селекционными материалами

Биохимический анализ селекционных материалов сахарной свеклы дал возможность выявить состав иэоферментных локусов, по которым можно установить генетическую удаленность их друг от друга.

Изучение генетических расстояний 19 инбредных линий и 5 популяций, рассчитанных по Нею (Яе1 М., 1978) показало, что большинство из них находились на неоольшом генетическом расстоянии друг от друга, которое колеоалось от 0,020 до 0,6ЭЭ, а в среднем составляло 0,238. Полученные результаты соответствовали

происхождению указанных инбредных линий сахарной свеклы, то есть, генетические расстояния отражали реальные взаимоотношения, исторически сложившиеся между селекционными материалами.

Анализ генетических дистанций позволил изученные селекционные материалы условно разделить на 3 группы в зависимости от величины генетических расстояний:

1) от 0,020 до 0,121

2) Бд. от 0,122 до 0,390

3) от 0,396 до 0,699

Оказалось, что чем больше значение , тем менее родственны сравниваемые материалы. Это предполагает также, что использование селекционных номеров из третьей группы, характеризующихся белее высокими значениями генетических дистанций даст возможность получать межлинейные гибриды с более высокой продуктивностью.

Изучение генетических взаимоотношений между мужскостериль-ными раздельноплодными линиями и гзтерозисными опылителями из сростноплодной свеклы показало, что эти исходные материалы находились на большом генетическом удалении друг от друга, которое варьировало от 0,497 до 2,394 (рис.1).

0,000 0,399

0,798 1,197

1,596 1,995 2,394

2 6 7 1 4- 3 5 10 11 13 12 18 9 8 15 16 17

мм^

У.

РисЛ.Дендрограмш генетических дистанций меящу

1С-линиями (1-7) и гетерозисными опылителями (8-13)

Поэтому подбор компонентов, находящихся на большом генетическом расстоянии друг от друга, то есть, в разных кластерах, таких как: в 5 и 10; в 5 и 12; в 6-7 и 15-17; во 2 и 15-17 будет способствовать, по-ввдшому, успеху гибридизации с использованием ЦМС.

Изоферментный контроль гибрвдизации Кодоминантный характер проявления аляельных вариантов ферментов в гетерозиготе позволяет определять процент гибрвдов на обоих компонентах скрещиваний (Левитес Е.З., 1979а; Maletsky s.i., Levites E.V. , 1982; Левитес E.B., Котляревский Д.И., 1984).

Проведение парной гибридизации инбредных линий сахарной свеклы, гомозиготных по контрастным аллелям маркерного гена Ме-1 показало, что выход гибридных семян у них был различен и колебался от 17,1 до 97,8ft (табл.3).

Таблица 3

Выход гибрвдов при проведении межлинейных парных скрещиваний (1989-1990 гг.)

Комбинация скрещиваний и генотип:_%личество гете^озигот,^ 1___

по гену Ме-1 :прямая комбинация: обратная комби-

_________________L_________I _нация_

613 ( ss ) х 619"(иг) ~ " ~ *" 97,8 ~ " ~~ 54,2

625 Ш) х 612 (ss ) 95,0 34,0

625 (pf) х 618 (ss ) 44,2 42,9

622 (ss ) x 619 (ff) 8U,4 26,7

622 (ss ) x 626 (ff) 25,9 26,5

622 (ss ) x 615 (ff) 5u,9 17,1

614 (SS ) x 624 (FF) 44,3 48,0

Р факт. =113885,71, р теор.=2,44 НСР (0,05) = 0,17

Достоверно было доказано наличие существенных различий по количеству гетерозигот, как в прямой, так и в обратной

комбинациях скрещиваний. Отмечено также, что использование ин-бредной линии 622 в качестве материнской формы с различными опылителями дало более высокий выход гибридных семян, составивший в среднем 60,7%. При использовании этой линии в качестве отцовского компонента в разных комбинациях скрещиваний оыл получен оолее низкий выход гибридных семян, составивший в среднем 17%.

В результате напих исследований установлено, что зависимость между количеством гибридных семян по одному гену Ме-1 и продуктивностью прослеживалась не всегда. Так, гибрид 625 от скрещивания линий 625 и 618 имел Оолее высокую гетерозиготность (44,2%) и продуктивность 40,27 т/га, по сравнению с реципрокным гиоридом 618, у которого уровень гетерозиготности был немного ниже 42,9%, и урожайность у него оыла тоже ниже - 31,72 т/га.

Гибриды 61Э и 622 имели практически одинаковую урожайность (37,46 т/га и 36,97 т/га) соответственно, но у гиорида 622 в три раза было больше гиорвдщх семян. Аналогичная тенденция наблюдалась у других реципрокных гибрвдов, 614, 615, 619.

Но признаку сахаристости, как и по признаку урожайности корнеплодов, четкой достоверной зависимости от количества гибридных семян не наблюдалось. Полученные данные согласуются с результатами других исследователей ( Sedlmayr к. ,1957; Jinks J.L. , 1983;Бычкова В.Д., 1Э92).

Изучение зависимости между несколькими изоферментныш локу-сами и слагаемыми продуктивности - массой корнеплода и сахаристостью показало наличие корреляционной связи. Была установлена достоверная положительная связь между массой корнеплодов и гено-типами'.ЬИъ -IE? ( R=0,840), Me-lJ?S ( R=0,545). Между массой корнеплодов и генотипами; iiih -1ш и L'e-ISS отмечена достоверная отрицательная связь (-0,616) и (-0,562) соответственно. Данные

генотипы характеризовались низкой шссой корнеплодов.

Между признаком сахаристости корнеплодов и изученными иза-ферментными локусами: Мз-1, м<ш -I, ыь-1, установлено

отсутствие достоверной корреляционной зависимости.

Таким образом, аллели маь-Ш , МсШ-1Р, Ме-К , Ме -1?, очевидно, связаны с шссой корнеплодов и могут быть использованы в качестве маркеров, контролирующих этот признак. Вместе с тем исследования в этом направлении не закончены и использование новых изоферментных локусов, возможно позволит найти корреляцию изоферментов с сахаристостью и другими хозяйственно-полезными признаками.

Изоферменты являлись единственными тркерами также для оценки переопыления (поликросса) нескольких инбреднкх линий, гомозиготных по разным аллелям маркерных локусов. Долю участия линий в качестве опылителей выявляли посредством изоферментного анализа.

В результате проведения поликросса наибольшее количество гибридных семян (29,4$) завязалось в результате скрещивания линий Ш и 283306 (табл.4).

Таблица 4

Изоферментная оценка селекционных материалов после поликросса (1989-1990 гг.)

Комбинация

скрещиваний

ТГёнотип по изо- :Количество- .'Выход гаЗрид-:ферментным локу-:завязавшихся :них семян, :сам_Ме-1и м<ш-1 семян, шт._: _____

Ш х 7473 Ш х 283306 7473 X 283306 Ш х Ш 7473 х 7473

ИРРБ 220 13,5

РРББ

ШР?

ыжз

480 250 520 160

29,4 15,3

0,0 0,0

283306 х 283306

О

0^0

Критерий Фишера факт.=22743,00, теор.=5,15; НСР(0,05)=0,20

Наименьшее количество гибридных семян было получено в результате переопыления линий 14П и 7473. Процент выхода гибридов при проведении поликросса в целом составил 58,2.

Изоферментный анализ семян гибридов с ЦМС показал,что количество гетерозиготных генотипов у них по 4 изоферментным локусам варьировало в значительных пределах: например,у гибрвда "Ризор"-37,7%, а у РМЗ-46 - 75%. Это зависело, по-ввдшому, от неполной стерильности материнского компонента, степени гомозиготности родительских форм, их совместимости и одновременности цветения скрещиваемых материалов.

Таким образом, маркирование линий-компонентов гибридов по изоферментным локусам позволяет контролировать процесс гибридизации, выявлять количество цредполатаемых гибридов и идентифицировать родительские пары, дающие наибольший выход гетерозиготных генотипов.

Изучение генетической структуры популяций . сахарной свеклы

Сорта-популяции сахарной свеклы создаются и поддерживаются по уникальным для каждого селекционного учреждения схемам. Поэтому, являясь панмиктическими популяциями, они могут иметь особенности формирования, влияющие на частоту генов.

Согласно генетическому закону Харди-Вайнберга, если в популяции аллель г встречается с частотой Р, а аллель б - с частотой ч ? и эти аллели и их частоты находятся в системе свободного скрещивания, то в популяции наступает равновесие при частоте появления генов, соответствующее коэффициентам разложения бинома Ньютона.

Результаты проведенных исследований показали, что сорта сахарной свеклы различаются по частоте встречаемости аллелей изо-

ферментных локусов. В раздельногаюдных соргах частота аллеля Ме-I варьировала от 0,318 до 0,622, в сростноплодных - от 0,087 до 0,490.

Частоты встречаемости аллеля Ме-15 у раздельноплодных сортов колебались от 0,378 до 0,682, а у сростноплодных - от 0,510 до 0,913. Нади данные согласуются с результатами, полученными А.А.Коноваловым (1987).

Значительные различия между популяциями были обнаружены по локусу Adh-1 . Раздельноплодные сорта практически оказались мономорфными по аллелю Adh-1F . В сростноплодных сортах полиморфизм по атому локусу обнаружен был только у 6 сортов, а частота аллеля Adh-1s составила всего 0-0,053, аллель Adh-1N обнаружен только в Межотненских сортах. Установлено, что по локусу Mdh-2 у всех изученных сортов присутствовал аллель Mdh-2S с частотой от 0,767 до I. Аллель МсШ-гг отсутствовал почти у всех проанализированных сортов. По изоцитратдегидрогеназе у сортов сахарной свеклы выявлены два ферментных локуса: idh-1 и ldh-2 . Установлено, что аллель idh-1г присутствовал у всех популяций с частотой от 0,820 до I. Аллель idh-is отсутствовал у большинства изученных материалов и был представлен в основном в виде гетерозигот с низкой частотой от 0 до 0,175. По локусу ldh-2 установлен больший полиморфизм, чем по ldh-1 , увеличилась частота встречаемости аллеля ldh-2S (от 0,033 до 0,340). На основании полученных данных наш разработан способ идентификации сортов (A.c. № 1672999, 1991), который основан на подсчете частоты встречаемости генотипов по изоферментным локусам и определении имеющихся различий между сортами.

Проведение идентификации сортов по какому-то одному изофер-ментному локусу не дало полной информации о сходстве или различии сравниваемых популяций.

Более полную и надежную паспортизацию удалось получить сравнением сортов сахарной свеклы по общему критерию идентичности (Животовский Л.А., 1982) по нескольким изоферментным локу-сам, достоверные отличия мевдгу сравниваемыми популяциями были установлены в 90$ случаев.

На основе генетических расстояний методом кластерного анализа была построена дендрограмма генетических взаимоотношений мевду раздельноплодными сортами сахарной свеклы (рис.2).

0,000 0,039

0,078 0,117

0,156 0,195

Рис.2. Дендрограмма генетических взаимоотношений между раздельноплодными сортами сахарной свеклы

1 - Белоцерковская одн.34 5 - Рамонская одн.9

2 - Еийская одн.12 6 - Рамонская одн.32

3 - Веселоподолянская одн.29 7 - Рамонская одн.47

4 - Киргизская одн.25 8 - Ялтушковская одн.2

Популяции с минимальными генетическими дистанциями объединялись в отдельные кластеры,, дифференцированные от других сортов. Изученные районированные сорта образовали 3 кластера, за исключением Рамонской односемянной 9. Этот сорт не вошел ни в один объединяющий кластер, что свидетельствовало, по-видимому, о глубоком генетическом отличии его от других популяций. Существенные генетические различия были выявлены между следующими сортами: Рамонская односемянная 32 и

Рамонская односемянная 47 (вн =0,234); Веселояодолянская односемянная 29 и Рамонская односемянная 32 =0,225); Бийская

односемянная 12 и Веселоподолянская односемянная 29 0>и =0,220).

Девдрограмма генетических дистанций между сростноплодшми сортами показала, что наиболее удалены в генетическом плане популяции Межотненская 104 и Уладовская 752 улучшенная (рис.3).

62374815

0,000. I I_,_!-1

0,074_

0,148 _ 0,222_

0,296-0,370_

Рис.3.Девдрограмма генетических взаимоотношений мевду сростноплодшми сортами сахарной свеклы

Большие генетические различия отмечены также у сортов: Межотненская 104 и Рамонская 931, dn = 0,330; Уладовская 752 улучшенная и Межотненская 07о, =0,389; Межотненская 104 и Рамонская 036, DH= 0,419; Льговская 078 и Межотненская 104, dn =0,444.

Таким образом, полученные данные достоверно свидетельствуют о том, что различия по генным маркерам могут быть широко испсль-зованы как для изучения их происхождения и родства сортов,так и для идентификации их при сортоиспытании и в семеноводстве.

1 - Уладовская 752 ул.

2 - Верхнячская 072

3 - Льговская 078

4 - Межотненская 070

6 - Рамонская 06

7 - Рамонская 036

8 - Рамонская 931

5 - Межотненская 104

Генетическое маркирование при разработке новых методов создания исходного материала

Изоферменты дополняют морфологические признаки и повышают точность селекционной работы в процессе создания исходного материала. Это было показано нами при получении гомззиготных линий сахарной свеклы (А.с.№ 1708210, 1992) на основе использования принудительных опылений МЗ-форм пыльцой, облученной ^-лучами в дозах 1500-2000 Гр. Помимо маркерных генов окраски гипокотиля проростков, (красный и зеленый), в качестве контроля за проведением индуцированных опылений мы использовали генетическое маркирование по изоферментному составу.

Опыление мужскостерильных растений с зеленой окраской гипокотиля инактивированной пыльцой тестерной формы с красной окраской позволило в потомстве отобрать растения, несущие зеленую окраску, т.е. те, в которых, по-ввдимому, не произошло гибридизации. Количество таких растений колебалось от 93до 93,7% (габл.5).

Таблица 5

Использование генетических маркеров при создании гомозиготных растений сахарной свеклы (1989-1990 гг.)

Комбинация скрещиваний

~~ Т^личество'растейий в % с зеленым гипоко- ТИЗ' ТйС? ГоЯоЗйГоТНЯх

тилем

:по гену Ме-1 : (№ + бб )

Ш 104 х В.СогоШПога

Ш 1517 х К-243

МО 1517 х В.СогоШПога

п

II

II

51,9

58.6 83,3 50,0

93.7 76,9

75,7 80,2 83,3 97,7 86,7 80,0

Критерий Фишера факт.=61223,80 , теор.=2,62 ; ШР(0,05)=0,017

Проверка потомства с зеленым гипокотилем по составу малик-фермента Ме-1 позволила выделить гомозиготные генотипы FF и ss . Количество подобных растений в большинстве случаев было несколько ниже, чем при оценке до морфологическому признаку и варьировало от 75,7 до 37,7%.

Изоферментный анализ позволил проводить контроль при получе-гии гаплоидов путем культивирования неоплодотворенных семяпочек in vitro , включающий отбор донорских растений, гетерозиготных по ферментным л оку сам и выявление на ранних стадиях развития гаплоидных регенерантов. Это дало возможность отобрать формы, гомозиготные по трем шркерным генам: Ме-1 , ldh-1 , Gdh-1 и получить 17 маркированных гаплоидных линий.

Аналогичный контроль был применен нами при создании путем прямой регенерации на селективных средах клонов, резистентных к абиотическим факторам (засолению и гербициду - хлорсульфурону). Была установлена идентичность по изоферментннм спектрам отобранных регенерантов и исходных донорских растений, что свидетельствовало, по-видимому, об отсутствии возникновения мутаций.

Таким образом, изоферментный анализ позволил выявить генетическую изменчивость в морфологически однородной популяции, контролировать процесс создания новых форм и проводить раннюю диагностику полученных регенерантов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как показали проведенные исследования, многие вопросы селекцш могут быть успешно решены с привлечением биохимических маркеров.

Использование изоферментов в селекционных схемах дало возможность по изоферментннм спектрам точно определить гомо-и гетерозиготное состояние контролирующего гена различных селекционных материалов. Все го было выделено и идентифицировано более 1000 линий

по 7 изоферментным локусам.

Изоферментные маркеры были использованы нами при оценке степени гомозиготности инбредных линий сахарной свеклы в цроцессе их создания. Конкретным показателем, отражающим чистоту селекционного материала, является ивдекс изоферментной гомозиготности Иг , который представляет собой усредненную частоту встречаемости гомозигот по нескольким проанализированным локусам. Оказалось, что чем больше ивдекс изоферментной гомозиготности, тем чище материалы.

На основе данных по частоте встречаемости аллелей маркерных генов нами определены генетические расстояния по Нею ( м. , 1978) у различных селекционных материалов: инбредных линий, раз-дельноплодных форм с Ц!<Ю и сростноплодных фертильных опылителей. Методом кластерного анализа построены девдрограммы генетических взаимоотношений этих исходных материалов, где выделены близкие и наиболее удаленные в генетическом плане формы. Это позволяет подбирать для гибридизации генетически различающиеся маркированные компоненты.

Изоферменты, как биохимические маркерные признаки, были применены для идентификации сортов сахарной свеклы, что является очень важным при оценке генетической чистоты и удаленности друг от друга коммерческих партий семян при регистрации сортов в сортоиспытании.

Изоферменты являются единственными маркерами для определения выхода гибрвдных семян при проведении парных межлинейных скрещивав ний, у гибридов на основе ЦМС, а также для оценки переопыления на одном участке сразу нескольких линий (поликроссе). Выход гиб-рвдов при парных скрещиваниях инбредных линий варьировал от 17,1 д* 97,8%; при поликрпссе 3-х иноредных линий он составил 53,2%; у гибридов с ЦШ он составил в среднем 57

Это предопределяет подбор пар для гибридизации и открывает новую возможность в семеноводстве, так как только по белковым маркерам осуществима прямая оценка семян на шбридность (Леви-тёс Е.В., 1986).

Очень важным может быть использование изоферментов для изучения их связи с хозяйственно полезными признаками (Созинов A.A., 1993). Впервые нами достоверно показано наличие достоверной зависимости между генами, контролирующими шлатдегидрогеназу НАД-зависимую и шлик-фермент с шссой корнеплода и отсутствие корреляции мевду сахаристостью и изученными изоферментными локусами. Дальнейшее изучение подобных взаимосвязей даст возможность селекционеру подбирать комбинационно ценные компоненты при создании гетерозисных гибридов.

Биохимические тркеры в сравнении с морфологическими признаками наиболее точно отражают специфичность организма и полнее выявляют генетическую изменчивость в морфологически однородных популяциях (Конарев В.Г., 1993). Наш было показано, что изофер-ментное шркирование, использованное яри разработке принципиально новых методов создания исходного материала, позволило провести его раннюю идентификацию. Изоферментное шркирование дало возможность выделить гомозиготные ^ - линии, гаплоидные растения,а также микроклоны с повышенной устойчивостью к абиотическим стрессам.

ВЫВОДЫ

I. Использование индекса изоферментной гомозиготности реалЬ' но отражает чистоту инбредных линий сахарной свеклы. Достоверно установлено, что этот показатель зависит от способа получения се> лекционного материала. У популяций он составляет 0,72, у линий третьего инцухта - 0,85, у сибсовых материалов - 0,75.

2. Выявлено, что индекс изоферментной гомозиготности превышает теоретическое здачение коэффициента инбридинга в у линий второго инцухта, сибсовых материалов i1G1 - и составляет 0,84 и 0,8ü соответственно. В процессе инцухтирования после периода стабилизации происходит снижение индекса изоферментной гомозиготности у линий четвертого инцухта, сибсовых материалов

и составляет соответственно 0,82 и 0,75.

3. Установлено, что•количество гетерозиготных генотипов по изоферментным локусам у гибрвдов на ЦШ-основе составило в среднем 57% и зависело от типа стерильности материнского компонента, степени гомозиготности родительских форм и их совместимости.

4. Применение кластерного анализа при сравнении различных селекционных материалов позволило впервые определить генетические расстояния между ними и выделить наиболее генетически удаленные друг от друга материалы, которыми оказались раздельноплодные формы с ЦМС и сростноплодные фертильные опылители. Расстояние между ними достигало 2,394.

5. Установлено, что генетические расстояния большинства изученных инбредных линий сахарной свеклы близки и в среднем составляют 0,238.

6. Генетические дистанции по изоферментным локусам меаду сростноплодными сортами сахарной свеклы варьировали в широких пределах: от 0,016 до 0,444, а между раздельноплодными - от 0,026 до 0,234.

7. Разработан способ идентификации сортов сахарной свеклы

по частотам встречаемости аллелей изоферментных локусов, позволяющий определить сортовую чистоту в семенном контроле и идентифицировать сорта при контроле их подлинности в сортоиспытании. (A.c.* 1672999, 1991).

8. Показана достоверная корреляционная связь изсйезжнтшх генов, контролируя-дих мадагдегидрогеказу Над-зависимую и малик-фермент с массой корнеплода. Корреляционной зависимости между сахаристостью и изученными изоферментными локусами не обнаружено.

9. Применение изоферментного контроля в процессе разработки новых методов: гаплоидии, апомиксиса и клеточной селекции позволило на ранних стадиях выявить и идентифицировать генетические изменения для создания исходного селекционного материала.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Разработанный метод идентификации исходного материала по изоферментным маркерам рекомендовать в селекции, семеноводстве и сортоиспытании (а.с. 1672999, 1991).

2. Использовать изоферментный анализ для оценки генетической чистоты инбредных линий и определения уровня гибрвдности коммерческих партий семян ^гибридов сахарной свеклы.

3. Иноредные линии, маркированные по изоферментным локусам, зарегистрированные в селекцентре ВНИШС, использовать при создании сортов и гибрвдов сахарной свеклы.

СПЖОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Динамика цветения и продуктивность маркированных по гену мо<1-1 линий сахарной свеклы // Основные пути свеклосахарного производства: Сб.науч.тр.Зсерос.НИИ сах.свеклы и сахара.- Воронеж, 1988,- С.47-53.(Соавт.З.А.Бычкова, Н.Ы.Кривоклякин, Т.П.Жуж-жалова, В.П.Оиевнев).

2. Скрещивание растений сахарной свеклы с использованием изоферментного контроля // Информ.листок № 1и5-9и,- Зоронеж:ЦНГИ, 199и,- 2с.(Соавт.Г.П.Филатов, Т.П.Жужжалова).

3. Проведение паспортизации селекционного материала сахарной свеклы с использованием изоферментов // Информ.листок № 320-9и.-Воронеж: ЦНГИ, 199и.- 4с. (Соавт. Т.П.Жужжалова, Н.С.Агафонов).

. 4. Генетическое маркирование сортов сахарной свеклы по изо-ферментному составу // Резервы увеличения производства сахарной свеклы и сахара: Сб.науч.тр.- Воронеж, 199и. - С.22-28.(Соавт. Т.П.Жужжалова, Г.П.Филатов, Н.С.Агафонов).

5. Использование изоферментов в качестве белковых генетических маркеров в селекции сахарной свеклы // Научные основы интенсификации свеклосахарного производства: Сб.науч.тр.-Воронеж,!99и.-С.Зи-ЗЗ.(Соавт.Жужжалова Т.П., Филатов Г.П.).

6. А.с.167*999 СССР, Ш А01Н 1/04 Способ вдентификации сортов сахарной свеклы. 3аявл.13.03.89 № 4661371ДЗ; 0публ.Зи.08.9Х. Бюл.-'Г» 32. - 10с.(Соавт.Н.С.Агафонов, Т.П.Жужжалова, Е.В.Левитес, А.А.Коновалов).

7. Метод изоферментного контроля за чистотой линий культурных растений // Ин|юрм.листок .'¡5 16-92. - Воронеж: ЦНГИ, 1992. -2с. (Соавт. Г.П.Филатов, Т.П.Жужжалова).

8. А.с.17008210 СССР, МКИ А01Н 1/04 Способ получения гомозиготных линий сахарной свеклы. Заявл.12.03.90 № 4818^27/13;0публ. 30.01.92. Бюл. !?> 4,- 6с. (Соавт. М.А.Богошлов, Т.П.Жужжалова, А.В.КЬрниенко, И.Р.Попова).

9. Использование изоферментов для оценки степени гомозигот-ности инбредных линий сахарной свеклы // Обеспечение эффективного функционирования производственного потенциала ЛПК России в условиях рыночных отношений: Тез.докл. межрегиональной науч.практич конф. молодых ученых и специалистов. - Воронеж: ВГАУ, 1993. -

С.137-138. (Соавт. Г.П.Филатов).

10. Использование изоферментов при создании ^-индуцирован-

ных линий сахарной свеклы // Молекулярно-генетические маркеры и селекция растений: Тез.докл. X Международной конференции. -Киев: Аграрна наука, 1994. - С.14-15 (Соавт.И.А.Богомолов, Т.П.Жужжалова).

11. Изоферментные маркеры в идентификации гапловдов сахарной свеклы // Там же. - С.69-70. (Соавт.О.А.Подвигина).

12. Изучение внутрисортовой изменчивости у сорта сахарной свеклы Рамэнская 06 по изоферментным спектрам // Сахарная свекла. - 1994, № 12 . - С. 15 (Соавт. Г.П.Филатов, Т.П.Жужжалова, А.В.Корниенко).

13. Изучение взаишсвязи изоферментных локусов с продуктивностью и сахаристостью у сахарной свеклы (Соавт. Т.П.Жужжалова, А.В.Корниенко) (в печати).

14. Изучение генетических взаимоотношений селекционных материалов сахарной свеклы (в печати).

15. Кластерный анализ в изучении сортов сахарной свеклы. (Соавт. Т.П.Жужжалова, А.В.Корниенко) (в печати).

Ж.СРе^