Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гетерозиготность, гетерозисность гибридов F1 и генетическая изменчивость в F2 томата

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Гетерозиготность, гетерозисность гибридов F1 и генетическая изменчивость в F2 томата"

е. 1о ■

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Институт генетики и цитологии

На правах рукописи

УРСУЛ Сергей Васильевич

УДК 575.22.222:635.64

ГЕТЕРОЗИГОТНОСТЬ, ГЕТЕРОЗИСНОСТЬ ГИБРИДОВ р! И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ В Р2 ТОМАТА

(03.00.15 — генетика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск—1992

Работа выполнена в Институте генетики АН Республики Молдова.

член-корр. АН СССР, доктор биологических наук, профессор А. А. Жученко

Всесоюзный селекционно-генетический институт, г. Одесса.

часов на заседании специализированного совета К 006.02.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 — генетика в Институте генетики и цитологии АН Республики Беларусь по адресу: 220734, Минск, ул. Скорины, 27, Институт генетики и цитологии

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я. Коласа АН РБ.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Гордей И. А. кандидат биологических наук Тарутина -П. А.

Ведущее учреждение:

Защита диссертации состоится « » 1992 г. в

У

АН РБ.

Автореферат разослан « »

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

Е. В. Лобанок

-%7-г-7'*г - l -

''t^.1:'"" ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

, "J 11.;' л

,. !• Актуальность темы. В настоящее время перед генетикой остро ■'•оТСВДТ проблема ускорения селекционного процесса, а задачи увелн-»рЩШР ур0БНЯ и спектРа генотипической изменчивости культивируемых тзидии! растений, keuí правило, выступают основополагающими в селекционных программах (Бороевич,^Э84; Eenlnk, 1988). Одним из традиционных методов ее^ увеличения в течении многих лет служил индуцированный мутагенез (Дубинин,1976;Ауэрбах, 1978). В последние годи все большее внимание исследователей привлекают изучение и использование закономерностей рекомбиногенеза (Дишлер,1983:Яученко,Король, 1985), который по мнению ряда авторов занимает центральное место в системе наследственной изменчивости высших организмов (Dobshansky,1959; Жученко,1980; Айала,1981).

В литературе известно, что высокогетерозиготные и высокоге-терозисные организмы обладают существенными онтогенетическими преимуществами по сравнению с ниэкогетероз:хотными и низкогетеро-эисными (Mitton,Grant,1984; Zouros.Foltz,1987), в то время как их рекомбинационная изменчивость практически не изучена. В области создания и применения гибридов F{ как конечной цели селевдюнной программы накоплен большой теоретический^материал и практический опыт (Даскалов и др. ,1978; Струнников, 1983; Pearson, 1983; Yordanov, 1983; Изхбазов, Чешко ,1984; Тарутина, Хотылева, 1990; Боос, Бадина, Буренин, 1990), тогда как, в использовании гибридов ft как средства коы-бинативной селекции с точки зрения преобразовательной способности их генетических систем и генетической изменчивости в последующих поколениях еще много вопросов остается не выясненными. Несомненный интерес представляют также выявление, изучение и локализация генетических факторов, влияющих на частоту кроссинговера. Перспективность исследований в данном направлении подтверждают работы, проведенные на дрозофиле (Hlnton,1966; Matsuba,Tobarl, 1987). На растениях аналогичных работ, как таковых, почти не проводилось.

Интерес к данному кругу вопросов вызван как важностью понимания механизмов эволюционных преобразований высших организмов С теоретический аспект), так и возможностью увеличения эффективности индуцированного рекомбиногенеза с .целью повышения уровня и спектра генотипической изменчивости (практический аспект).

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является экспериментальное изучение связей между гетероаиготностью, гете-розисностыо гибридов Fi и генотипической изменчивостью в F¿ на

хозяйственно-ценном объекте — томате (Lycoperslcon esculentum Mill.), а также его полукультурных и диких разновидностях.

В работе решались следующие задачи: установить генетическую отдаленность сортов и форм томата, использованных для получения гибридов Fi ; оценить гипотетический гетерозис (ГГ) у гибридов Fi томата в двух условиях среды; определить у гибридов fy по расщеплению в F2 частоту кроссинговера (гГ) между маркерными генами для двух условий среды; провести анализ взаимосвязи между гетерози-готностью, "етерозисом F^ и генетической изменчивостью в F2 у томата. а также выявить влияют ли экологические условия на характер этих связей; оценить действие продолжительных субэкстремальних и оптимальных температурных условий выращивания на рекомбинационную систему гибридов F^ в зависимости от уровня их ГГ по количественным признакам; установить, существует ли связь и каковы ее особенности между уровнем гетерозиготности по изоферментным локусам и rf в маркированных сегментах хромосом томата; проанализировать возможность оценки дифференциального вклада каждого ив энзимных локусов или сцепленных с ними генов-модификаторов рекомбинации в значение величины rf изучаемых сегментов.

Научная новизна результатов исследований. Впервые для культуры томата установлена отрицательная связь меаду степенью гетерозиготности по изоферментным локусам и частотой кроссинговера в марки; званных сегментах хромосом 4 и 11 (Р<0.01), а также выделена форма Lycoperslcon hlrsutum var. glabratum, маркированная по пяти энзимным локусам. Показано присутствие ранее не изученных генетических факторов у томата, сцепленных с локусами Adh-l,Aat-2 и эффективно влияющих на кроссинговер в исследуемых сегментах хромосом 4 и 11, а также выявлено квазисцепление энзимных локусов "культурного" и "дикого" типов при сегрегации хромосом в мейозе гибридов Fj (L.esculentum х L. hlrsutum var. glabratum).

Обнаружена тенденция "колоколообразной" бавимости между таксономической отдаленностью компонентов скрещивания и уровнем ге-терозисного эффекта у гибридов Fi томата по количественным признакам, а среди гибридов с сортами более высокие и стабильные показатели гетерозиса получены в группе отдаленных. Аналогичный тип связи показан И для частоты кроссинговера, при этом стабильность rf оказалась максимальной у гибридов Fi, полученных при близкородственных и максимально отдаленных скрещиваниях.

Достоверно установлено (Р<0.01), что высокогетеровиснШ гиб-

ридам Р1 томата наряду с высокой стабильностью фенотипичеашх признаков, сохраняемых при изменении условий внешней среды, присуща также, преимущественно, более высо!сая стабильность гГ в отличии от низкогетерозисных комбинаций. Вьюокогетерозисным гибридам ру в условиях продолжительного действия низкой субэкстремальной температуры тают? характерна С злее высокая индукция гГ.

Практическая значимость работы. Используя ферментные маркеры А^-1 и Аа1-2, возможен перевод сцепленных с ними генетических факторов, увеличивающих частоту кроссингорера, на генетический фон диких и полудиких форм томата с целью увеличения уровня обменов и, вероятни, спектра генотипической изменчивости в потомстве гибридов Г^ от скрещиваний с культурные сортам!, что повысит эффективность их использования, как средства комбинативной селекции.

Полученные результаты можно использовать в селекционно-генетических исследованиях при решении вопросов о подборе компонентов скрещивания для получения гибридов ^ томата, используемых как промежуточное звено селекционного процесса, выборе условий вьгра-. щивания для индуцирования максимального выхода генотипической . изменчивости в их потомстве.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на заседании ученого совета Института Генетики АН РМо; представлялись на Международной зимней школе-семинаре РЕВ5 по мейоэу (ООертраун, Австрия, 1990), IV Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки (Минск,1990), в лаборатории популяцион-но-геиетических методов селекции растений Института Цитологии и Генетики СО АН СССР, IV Всесоюзной научной конференции "Экологическая генетика растений, животных, человека" (Кишинев, 1991).

Публикации. Основные материалы и положения диссертации изложены в 2 статьях и з тезисах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводил, рекомендаций, списка литературы и приложения. Материал изложен на 120 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц (2 в приложении), 16 рисунков и 18 фотографий (в приложении). Список литературы включает 222 наименования, из которых 153 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований служили 12 гибридов Р1, представляющие четыре таксономические группы томата, у которых отцовские формы (?1) — б сортов, различающихся по своим родословным и геоклима-

тическим условиям селекцентров, где они были выведены (1 - Бреко-дей, 2 - Д75, 3 - Тираспольский125, 4 - Глория, 5 - Радуга Молдовы, 6 - Невский), две Форш полукультурных (7 - L. es. var.cerasi-forme, 8 - L.es. var. руг 1 forme), две диких разновидности (0 - L. es. var. rasemlgerum, 10 - L. es. var. plmplnelllfollum) и два диких вида (11 --L. cheesmanee, 12 - L. hirsutum var. glabratum). Материнский компонент .(Pi) —линия Mo628 (L. esculentum), гомозиготная но рецессивным генам-маркерам 4-ой и 11-ой хромосом (ful-e и hl-a).

Исходные формы (Р/, Р2) и гибриды Fi выращивали в теплице — условия I (зимне-весенний оборот) и поле — условия II (средняя культура) по общепринятой технологии. Для определения уровня гипотетического гетерозиса (ГГ) гибридов через шесть недель после посева (перед началом цветения) на 10-15 растениях каждого варианта производили учеты количественных признаков: высота растения и сумма длины первого и второго настоящих листьев. Расчеты гетерозиса производили по формуле ГГ - I(Fx - Pep.) / Pep. I x 100 %, где Pep. - (Pi + P2) / 2 (Боос, Бадина, Бурении, 1990).

Общее стрессовое воздействие низкой температурой осуществляли в климокамзре типа KTLK-1250 на контрастные по уровню гетерозиса гибриды Fi Ш620 с дикими разновидностями (L. es. var. rasemlgerum, L. cheesmanee) и сортами (Невский, Брекодей). В камерах поддерживали освещенность 14000 - 15000 лк, влажность воздуха 65Х, влажность почвы в сосудах 70 - 80% ПИВ, а также температура 17+1 градусов днем (при 13-и часовой его продолжительности) и 15+1 ночью в опыте, 26+1 - днем и 23+1 - ночью в контроле соответственно. Опыт вели от фазы 3-4 листьев до завязывания плодов на первых 2-х кистях, после чего сосуды переносили на вегетационную площадку. Через каждые три дня у растений фиксировали количество листьев, бутонов и распустившихся цветков.

Частоту кроссинговера (rf) рассчитывали на основе поплодной идентификации проростков F2 методом максимального правдоподобия по Фишеру (1958). Статистическую обработку полученных результатов проводили с применением критериев Стьюдента и X2 (Рокицкий, 1967) на мини-эвм сы-4 и PC ibm at.

Электрофорез ферментов (экстракты из семян и проростков) проходил в 14Х крахмальном геле, в буферной системе "М" при рН -8.3 (Vteridel,Stuber, 1984). Гистохимическое окрашивание проводили, Ьсподьзуя реагирующие смеси, приведенные в сводке Лзвитес (1086). Электрофоретическую подвижность ферментов идентифицирова-

- б -

ли на основании данных, приведенных в работе Rlck (1933), а такдэ собственного анализа родительских линий, Ff и F¿. Определение генотипа растения (гсмо- или гс-терозигота) по изучаемым ферментным ло-кусам проводили путем электрофоретического анализа десяти семян п пророст!сов самоопнленного потомства F¿. С вероятностью 1- (0. Е)п, где п - число семян или сеянцев, молю было утверждать, что исследуемый вариант гомозиготен но данному локусу.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ I. Гетерозиготность, гетероаионость гибридов F< и иаменчи-вость кроссинговера в F? при отдаленных и близкородственных скрещиваниях у томата. Степень таксономической отдаленности компонентов скрещивания, как и отличия родителей по совокупности признаков, в определенной мере отражают уровень гетерозиготности получаемого гибрида, который генетически связан с гетерозисом (Chakra-borty, 1987; Жученко,Прейгель и др. ,1989). Основываясь на таксономической отдаленности видов и ралновидностей томата, генеалогической дивергенции сортов,взятых в скрещивания, построен (как экспериментальная модель) "ряд" гетерозиготности: от групп гибридов MoG28 с сортами до группы F/ с дикими видами. lía его примере анализировали связи в триаде: генетическая отдаленность - гетерозис - кроссин-говер - генетическая отдаленность в двух условиях внешней среды.

Влияние генетической отдаленности компонентов скрещивания па Еедичину гетерозиса в Fj. Оценку гетерозисного эффекта проводили на основе учета морфометрических показателей генотипов: высота растений и суша длины первых двух листьев. На наш взгляд, они является легко определяемыми и в тоже время интегрированными показателями Физиолого-биохимического состояния растения на момент прохождения мейоаа, когда происходят сложные процессы воспроизводства "традиционной" и генерация новой генотлпической изменчивости.

При анализе полученных данных по связи отдаленности компонентов скрещивания и уровня ГГ в F¿ обнаружена тенденция "колоколосб-равной" зависимости, которая хорошо просматривается во второй части "ряда": начиная с группы полукультурных разновидностей и заканчивая дикими видами (рис.1). В целом, у гибридов F¿ от скрещивания с дикими разновидностями наблюдается боже высокий гетерозис по сравнению с полукулътуриыми разновидностями и дикими видами. Тенденция аналогична гак в условиях I, так и в условиях II (рис.1).

У группы гибридов Г/ от скрещивания с неродственными сортами (Глория, Радуга Молдовы, Невский) гетерозис в целом выше, чем у

б -

Внеота растения

4120

; оо

№ №

N Ж

ОД К9 т N11 N12

□ среда I

ш

среда 11

Гибриды Г1

Длина листьев

X о

3 О

о &

(I

ь № I.

89 €0 48 20 0 20

ЕЗ

среда 1

И

сред» И

N1 N2 КЗ К4 В Кб кГ N8 16 118 Ш N12

Гибриды Г1

Рис. 1. Гетерозис по высоте растения и длине листьев в зависимости от комбинации скрещивания и условий среды. Нумерация ^ соответствует обозначениям, приведенным в разделе "Материалы и методы".

группы ^ от скрещивания с близкородственными сортами (Брекодей, Тираспольский125, Д75). Преимущество сохраняется как по высоте рас тений, так и по длине листьев в обоих условиях внешней среды. Ста Сидыюсть показателя гетерозиса или д ГГ между двумя средами имеь тенденцию к уменьшению у высокогетероаисных гибридов . Обращает

на себя внимание факт более высокого гетерозиса в условиях I по сравнению с условиями II, что наглядно видно во второй половине "ряда" у диких и культурных разновидностей (рис.1). Это, возможно, объясняется пониженным уровнем освещенности в зимний период и повышенной температурой, что привело к несколько большему "вытягиванию" -сеянцев F/ по сравнению с родительскими Формами.

Síi'?.1?ие генетической отдаленности_коvijone 11тпв скрещивания, на частоту кроссинговера в F¿. Рассматривая свяёь данных параметров, мотаю наблюдать, что гак в среде I, так и II, сна в значительной мере аналогична тенденции, описанной для гетерозиса, и также прослеживается во второй части "ряда", начиная с полукультурных разновидностей (табл.1). Рассчитывать на согласованность изменений г Г в обеих зонах трудно, поскольку известны такие явления как сегкен-тоспецифичность, неоднозначность влияния двойных обменов на объективность оценок гГ (ful-e; hl-a) и пр. (см.: Жученко, Король, 1985).

Частота кроссинговера при выращивании генотипов в теплице почти у всех гибридов и по обеим зонам хромосом, кроме средней части "ряда", выше чем в поле. По-видимому, повышенные температуры в теплице могли быть этому причиной (Portin,1974; Гаврилен-ко,1984). Выращивание растений в поле привело к снижению гГ (относительно теплицы) и в сегменте hl-a, причем как в начале "ряда", тгк и в конце его эти различия максимальны (табл.1). У этих групп гибридов условия окружающей среды оказали наибольшее влияние на кроссинговер. Можно предположить, что гибриды Fj, полученные при близкородственных и максимально отдаленных скрещиваниях, оказались наиболее решггивными по этому сегменту, а процессы кроссинговера у них были менее "забуферекы", чем у гибридов средней части "ряда", что во многом согласуется с гипотезой А. А. Лу-ченко (1980; 1988).

Связь гетерозиса и частоты кроссинговера у томата. Поскольку частота обменов в исследуемых зонах генома сегмечтоспецифична, то связь между уровнем ГГ и rf у гибридов Fi варьирует: корреляция по сегменту ful-e практически отсутствует, а по сегменту hl-a в теплице и поле наблюдали противоположные тенденции (табл.2). Возможно, что причиной этому могло быть 'влияние условий среды на процессы селективной элиминации гамет и/или зигот у гетерозиснкх и негетерозисных генотипов. Не исключена также, вследствие генетической неоднородности гамет, дифференциальная активация гаме-тофита спорофитом в вависимости от генотипа пыльцевого зерна

Таблица 1

Частота кроссгаговера в маркированных сегментах хромосом 4 и 11 томата в ззлг'скмости от среды

вырвЕивания гибридов

N п/п гибридов линия Мо 628 (Р1) с приведенными ншгэ сортами и формам? (Р£) Кол-во Р^ П11-е (хр. 4) Ы-а(хр.И)

тетица|поле теплица поле Д ГГ теплица поле Д гГ

1 ж Вренодей 1764 988 33.85+1. 44 33.11+1.90 0.74 21.18+1.12 15. 37+1. 27 5. 81***

О Д 75 1707 1202 36.60+1. 53 36.62+1. 82 0.02 20. 71+1. 13 17. 08+1. 21 3. 63*

3. Тираспольский 125 1330 1079 34. 79+1. 68 32. 05+1. 79 2.74 21. 45+1. 30 18.23+1. 32 3.23

4. ГЛОШ1Е 860 907 22. 74+1. 67 23. 66+1. 66 -0.92 19. 71+1. 55 19. 02+1. 48 0.69 ,

5. Радуга Молдовы 901 851 25.53+1. 73 га 26+1. 69 2.27 18. 82+1. 47 19. 68+.. 55 -0.86 ш

6. Нёеский 1481 722 22.64+1. 27 24. 77+1. 90 -2.13 19. 34+1. 17 22. 32+1. 80 -2.98 |

7_ Ь. ез. уаг. сегаз11: опте 2077 1152 31. 41+1. 27 31.45+1. 71 -0.04 16.00+0. 89 15. 41+1. 17 0. 59

8. Ь. ев. уаг. руг 1 Г оггге 1237 1345 35. 81+1. 77 32. 60+1. 62 3.21 21. 62+1. 35 18. 37+1. 19 3.25

9. Ь. ев. уаг. гагетдегия! 1523 1056 35. 29+1. 59 34. 68+1. 88 0. 61 20. 71+1. 19 18. 53+1. 34 2.18

10. Ь. ез. уаг. ртртеШГоПшп 1805 994 37.16+1. 50 36. 57+2. 00 0. 59 18. 05+1. 02 16. 85+1. 32 1.19

11. и спеезтапее 1447 794 31.82+1. 54 28.76+1. 96 3.06 15. 64+1. Об 11. 21+1. 20 4. 43**

12. Ьи-зисист уаг. г1азгаЪит 775 515 22.11+1. 73 20. 08+2. 02 2.03 24. 96+1. 84 20.90+2. 05 4.05

Гфимечание! ж,.**, *** -тТ значима при Р < 0,05; 0,01; 0,001 соответственно.

[ЬагкИ, еЬ а1. , 1986). При сравнении величины ГГ и д гГ между дву-■ия средами или, иными словами, реакцией генотипов по частоте перекреста на изменение условий произрастания установлена отрицательная связь по обоим сегментам. При высоких значениях гетерозиса д гГ для большинства гибридов преимущественно минимальное, з при его отсутствии или отрицательном значении д гГ максимальное, о чем также свидетельствует страдательная корреляция не яду цанными параметрами, взятыми по модулю (табл.2).

Следует подчеркнуть факт положительной и статистически достоверной корреляции между д ГГ и д гГ (табл.2), ил" чем меньшэ изменение условий среды влияет на величину гетероаиса гибрида ^, тем выше "забуференность" у него кроссинговера Выявленная зависимость указывает на сопряженность параметров онтогенетической приспособленности и генотипической изменчивости гетерозигот томата н свидетельствует в пользу положения экологической генетики о взаимосвязи модифшсационной и генотипической иаман'швости (Рученко, 1980; ЗКученко, Король, 1985).

Таким образом, на нашем материале обнаружено, что высокогете-розисным гибридам наряду с высокой стабильностью фенотипических признаков, сохраняемых при изменении условий внесшей среды, характерна также более высокая стабильность частоты кроссинговера, з отличии от ннзкогетерозисных комбинаций. Следовательно, а реализации кроссоверньгх событий у гибрида Г£ томата важную роль играют >араметры его онтогенетической приспособленности, что важно, по па-пему мнению, учитывать в комбинативной селекции и фоновых отборах.

II. Влияние низкой продолжительно действующей температуры на частоту кроссинговера у высоко- и низкогетерознсных гибридов ^то-•1пта. В отличие от предыдущего эксперимента, где условия внесней среды (главны?.! образом, температура) как в теплице, так и в поле 5ыли в большей или меньшей мере флуктуирующими, в этом опыте была юставлена задача определить, какое действие окачзет на гГ выращива-!ие гибридов при продолжительных субэкстремальннх и оптимальных сонтролируемых условиях среды в зависимости от уровня ГГ гибридов.

Первое, что обращает на себя внимание, это существенное уве-шчение гГ в опыте относительно контроля .у всех гибридов и в обоих гегментах, причем между локусамн Ы-а эта разница статистически юстоверна (табл. 3). При рассмотрении данного эффекта отдельно у вы-:око- и низкогетерознсных гибридов явно видна тенденция более силь-гой реакции у первых, особенно в сегменте Ы-а (рис.2), то есть гГ

.. . Таблица 2

Связь между гетерозисом и частотой кроссинговера в маркированных сегментах хромосом 4 и 11 томата

Гипотетический гетерозис (ГГ)

I среда I, гГ 1 ■ среда II, гГ \ Д гГ /.Л гГ/

| Ги1-е | Ы-а I т1-е 1 Ы-а Ги1-е Ы-а Ги1-е Ы-а

ГГ.высота р. теп. 0.07+0.31 -0.54+0.27 -0.16+0.31 -0.35+0.30 -0.20+0.31 -0.37+0.29

ГГ.высота р. пол. -0.12+0.31 О. 56+0.26 -0.75+0.21**-0. 74+0. 20**-0.24+0. 30 -0. 33+0. 30

ГГ. длина д. тепл. 0.10+0.31 -0.43+0.29 . 0. 00+0. 00 -0. 34+0. 30 0. 07+0. 31 -0. 34+0. 30

ГГ. длина л. поле 0.00+0.00 0.22+0. 30 - 0. 55+0.26 -0. 77+0.20**-0.23+0.31 -0.53+0.27

д ГГ. высота рас. 0. 54+0. 27 0. 44+0.28

а, ГГ1, длина лист. 0. 71+0.22** 0. 53+0.27

Примечание! ** — корреляция г значима при Р < 0.01.

Таблица 3.

Частота кроссинговера в сегментах 1"и1-е, Ы-а у высоко- ({) и низкогетерозисных ( гибридоЕ п томата при экстремальных и оптимальных условиях выращивания

N п/г. гибридов : I .

Мз628 () с сор- 1-—;-

тами и дхэрмами(^) 1К-воГ2 ^ Контроль

ПЯ - е (хр.4).

Ы-а (xp.ll)

Опыт ! д гГ ¡К-еоГ^ | Контроль

Опыт

Л ГТ

1. Ерекодей (^ 1784 34.22+1.44 37.17+1.80 2.95 1245 17.61+1.01

5. Невский (!) 971 32.33+1.89 37.28+1.79 4.90 1265 18.21+1.40

10. газет Егегит'Л) 1005 34.17^1. 92 38.12+2.63 3.95 603 17.03+1.32

12. Ь. спеезгапее (|) 810 30.53+2.01 35.32+1.94 5.39 1038 15.39+1.40

22. 60+1. 38 4. 99**

26. 31+1. 48 8.10***

25.05+2. 09 8. 02**

20.43+1.43 5.04*

Гюимэчанке; **» — г! в опыте значимо отличается от контроля при Р < 0.05; 0,01; 0,001

соответственна; нумерация генотипов соответствует обозначениям, представленным в разделе "КЁтеркалк и метель.".

«

л

а

10п

о б 4

2 0

"Ш

■Щгг

Ж

■па

и

□

Иисккй

ЕЗ

1..№еп.(Ь

□

Брегояей

Ф

га

I.*>*«(. ((>

Ы- а

е

Сегменты хромосом

Рис.2. Реакция частоты кроссинговера в сегментах Ги1-е и Ь1-а на низкую температуру у высоко- и ниакогетероэисных гибридов ^ томата.

в опыте была выше у высокогетеровисных генотипов. Возможно, что низкая температура, замедляя репарацию однонитевых разрывов в пахитв-но, может одновременно приводить к задержке или предотвращению репарационного синтеза ДНК, связанного с восстановлением комплементар-ности в пределах участков молекулярной гетероаиготности. Коррекция в этих сайтах является необходимым условием для нормального завершения рекомбииационного события, поскольку без нее продукты обмена нежизнеспособны (Lu.Chiu.1976). Поэтому результат низкотемпературного воздействия, подавляющего два типа репарации в пахитене, может быть и отрицательным: при длительной обработке увеличение числа потенциальных сайтов кроссинговера будет компенсироваться снижением жизнеспособности и последующей элиминацией некорректируемых продуктов обмена. Поэтому вероятно, что у высокогетеровисных гибридов ^ процессы элиминации менее вырижени, чем у ниакогетероэисных.

Таким образом, продолжительное действие низкой субэкстремальной температуры также является эффективным рекомбиногеном, причем более высокая реакция на индукцию частоты кроссинговера отмечена у высикогетороаисных гибридов Р\ томата.

И11..ЛМУЙЬ.!!2£ТЛ_по энзимным локусам и частоты

кроссинговера у томата_._ Для научения связи между гетерозигот-ностью и частотой кроссинговера проведен модельный эксперимент по построению "ряда" гетероаиготности, используя биохимические сиг-

х

я)

О.

«

а о

L X

О

о о а х

о

I-

о и

U

а т

36 34

32

33 28 26 24 22 23 1В 16 14 12 10

8

□ ful-í

И-i

3 4

5 6

Класс гетерозиготности

Рис. 3. Взаимосвязь частоты кроссинговера и аллознмной гетерозигот-ности в бешфоссе (В^) томата.

пали, а также Секкроссиый метод генанализа.

Гибрид F¿ (Мо828 х L. hlrsutum var. glabratum) гетерозиготен одновременно как по феноткпическим маркерным генам: ful,в и hl,а, так и по пяти ферментным локусам: Adh-l(xp. 4), Aat-2(xp. 7), Aat-4 (хр. 8), Est-l(xp. 2), Est-4(xp. 12). Причем локус Adh-1 расположен между генами ful и е хромосомы 4. Этот гибрид Ft беккроссировали на линию Мо628 и из популяции B¿ отобрали растения-гетерозиготы по фенотипическим маркерам. Контролем служил гибрид Fj Мо62В с сортом Тираспольский125 (внутривидовое скрещивание). Далее, анализируя F2,индивидуально у каждого растения оценили rf в маркированных сегментах хромосом 4 и 11 и определили генотип растений (гомо- или гетероэигота) по изозтшым локусам.

Сгруппировав генотипы в семь классов гетерозиготности, где первый класс—контроль (внутривидовое скрещивание), последний - гибрид р£, 1сач матшально возможный в данном эксперименте уровень гетерозиготности, а также рассчитав процент кроссинговера в каждом из них, мы наблюдали уменьшение rf по мере возрастания уровня гетерозиготности (рис.3). Коэффициент корреляции отрицательный и статистически достоверен (табл.5). Это, в целом, соответствует положению о количественном характере наследственных различий по rf и полигенном контроле частоты кроссинговера

Теагзяха 4

Частота кроссинговера в сегментах ПИ-о, Ы-а в грушах гоип- и гетерозиготных

генотипов, сгруппированных по кагдазг отдельно взятому зкрментному локусу -1-1-1-!--

Ферментный|Аллельное Еомера генотшов Кол-во ГиЬе п1-а

локус ¡состояние ?1

Аап-1 1 13,8.10,12 1633 29. 96+2. 53 * 18. 29+1. 6»***

Аа1т-1 2 1.2.4.5.6,7,9,15, Е. 2978 23.'41+1. 33 10. 57+1. 61

Агй.-2 1 4,13,8,10,12,2 2635 27. 45+2. 23 19. 28+1. 47***

Аа1-2 2 1,5,6,7,9.15,^ 1976 23. 49+1. 70 9. 02+0. 84

Лз.Ь-4 1 13.8,10.12,2.4.1,6,7 3371 26. 77+1. 69 13. 53+2. 05

АаЪ-4 2 5,9.15,^ 940 21. 82+2.16 9. 86+1. 21

1 8.10.12,2,1.9 2413 25. 80+2. 69 13. 77+2. 70

Est-l 2 4.5.6.7.13.15, й 2198 24. 37+1. 30 11. 33+1. 64

ЕБ1-4 1 13 536 27. 75+2. 35 16. 83+1. 80 *

ЕгЬ-А 2 1,2,4,5,6.7,8,9,10,12,15,^ 4075 25. 08+1. 60 12. 00+1. 64

Примечание! *, *** - р < 0,05; 0,001; 1,2 - гош- и гетерозиготное состояние локусов.

Таблица 5

Корреляционные связи между аллельным состоянием ферментных локусов (попарно) и частотой перекреста в сегментах Ги1-е (хр. 4) и Ы-а (хр. 11) томата

Докус, признак гШ Ферментные локусы

ЛД-е Ы-а АйЬ-1 | Аа1-2 АгЛ-4 I ЕбЫ !

АйЬ-1 -0.68+0.21* -0.53+0.24*

Аак-г -0.51+0. 24* -0. 80+0.17** 0. 74+0.19**

Аа.Ь-4 -0. 44+0.26 -0.35+0. 27 0. 47+0. 25 0. 63+0. 22*

Е5Ъ-1 -0. 38+0.26 -0.26+0.28 0. 45+0. 25 0. 43+0. 26 0. 32+0. 27

-0.25+0.28 -0.21+0.28 0.55+0.24* 0. 41+0. 26 0. 25+0.28 —

Класс гетерозиготностк -0. 84+0.24** -0. 83+0. 25*«

Примечание! *, **, — корреляция г значима при Р < 0,05; 0,01; соответственно.

(ИазтиБзоп, 1034; СЬ1пп1с1. 1971). Но вместе с этим, с ростом степени гетерозиготности значение гГ уменьшается "прерывисто" и в некоторых случаях его показатель ниже чем в ^ , что позволяет предположить присутствие "сильных" гес-генов или блоков гео-ге-нов, ответственных за значительную часть генотшшческой изменчивости по данному признаку (Король,Прейгель.Прейгель, 1990).

Эффекты гомо- и гетерозиготности по ферментным локусам на частоту кроссинговера в маркированных сегментах хромосом 4 и 11. Задавшись целью вычленить "вклад" каждого ферментного локуса или сцепленных с ними генов-модификаторов в частоту кроссинговера в изучаемых сегментах, мы разделили все генотипы по каждому ферментному локусу на группы гомо- (1) и гетерозигот (2). В каждой определили гГ (табл.4). Аналиэ показал, что практически по всем ферментным локусам у групп растений с гомозиготным их аллельным состоянием частота-обменов оказалась выше, чем у гетерозигот в обоих сегментам (табл.4). При этом максимальное уменьшение гГ в зоне Ги1-е наблюдали при наличии гетерозиготности по .локусу Ас1Ь-1. В сегменте Ь1-а частота перекреста при гетерозиготности в локусе АаЬ-2 составила 9. 02+0.84 % в отличии от гомозиготного аплельного состояния энзимного локуса - 19.28+1.47 то есть разница более чем 2-х кратная (табл. 4;рис. 4). Корреляционный анализ выявил статистически достоверную связь между гетерозиготностью данных локу-сов и частотой кроссинговера в изучаемых сегментах (табл.5).

По литературным данным, обусловленность наблюдаемых эффектов присутствиям мелких структурных различий хромосом довольно маловероятна (см. Жученко.1973). Если даже можно сделать такое допущение в случае с сегментом Ги1-е и локусом АсШ-1 (хр.4), то это практически исключается для сегмента Ь1-а (хр. 11) и локуса Аа1-2 (хр.7), что предполагает присутствие еи/з ранее не изученных генетических факторов, сцепленных с данными изозимами и сильно влияющими на кроссинговер в исследуемых зонах томата.

Чем же тогда обусловлено снижение рекомбинации в группах гетерозигот по локусам Аа1-4, Ез1-1, Ез1.-4, относительно их гомозиготных групп? Здесь эффекты слабее, но отличия также достоверны (табл.4). Отсортировав растения по каждому аллозиму индивидуально, было обнаружено, что когда у этой группы растений один какой-нибудь из этих локусов в гетерозиготе, то одновременно они оказывались гетерозиготными и по остальным изозимам, и в первую очередь по локусам с максимальными эффектами: Ас1Ь-1, Аа1-2 (табл.6). Как

:ч

т а а £> а и

3

и о в а

х «

ь

о к

о «1 X

33 -| 33 28 26 24 22 33 10 16 14

и

19

8

□

М-. 1

а

Ы-« 2

*

Ыч 1

+

Ы-1 2

Л Г* 1

ажм т-г мтч вм вн

Энзимные локусы

Рис. 4. Разница частоты обменов (д гГ) между группами генотипов в вависииости от аллельного состояния в каждом ферментном локусе.

Таблица 6

Изучаемые генотипы, отсортированные по ферментным локусам

Генотипы, отсортированные по ЕэЬ-4, Adh-l, Аа1-2, Аа1-4 одновременно

Генотипы, отсортированные по Еэ^!

N Adh-l Aat-2 АаЬ-4 Ез1-1

N Е^-Л Adh-l Aat-2 Aat-4 ЕэЬ-!

13 1 1 1 1 2 8 2 -1 1 1 1

8 2 1 1 1 1 10 2 1 1 1 1

10 2 1 1 1 1 12 2 1 1 1 1

12 2 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1

2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 1 1

4 2 2 1 2 9 2 2 2 1

1 2 2 2 1 1 13 1 1 1 1 2

6 2 2 2 1 2 4 2 2 1 2

7 2 2 2 1 2 б 2 2 2 ' 1 2

0 2 2 2 2 1 7 2 2 2 1 2

6 2 2 2 2 2 6 2 2 2 2 2

15 2 2 2 2 2 16 2 2 2 2 2

Ъ 2 2 2 2 2 п 2 2 2 2 2

Примечание! 1,2 — гомо- и гетерозиготное состояние локусов.

аидно, онаимные аллели культурной линии и аллели дикого вида"пред-почитали" в мейоэе гибрида ^ сегрегировать вместе - так называемый эффект "квависцепления" хромосом (МаПпошБк1,1927). Корреляционная связь между локусами Adh-l и АаЬ-2, и Ш.-4, Adh-l и ЕзЬ-4 положительная и статистически достоверная (табл.6).

- 16 -

выводы

1. Анализ полученных результатов по связи генетической отдаленности компонентов скрещивания с уровнем гипотетического гетерозиса (ГГ) в ?1 показал, что с увеличенем таксономической отдаленности родительских форм у гибридов линии Мзб28 (Ь. езсШегйшп) с различными видами и разновидностями томата проявляется тенденция "колоколообразной" зависимости, а среди гибридов с сортами более высокие и стабильные эффекты гетерозиса (дГГ) в двух условиях внешней среды получены в группе отдаленных.

2. Изучение связи генетической отдаленности компонентов скрещивания с рекомбинационной изменчивостью (гП в потомстве

выявило зависимость аналогичную обнаруженной для гетерозиса среди гибридов Моб28 с таксономически отдаленными формами, а у ^ с сортами гТ была выше в группе близкородственных. Стабильность гГ в двух условиях внешней среды (дгП оказалась минимальной в сегменте 1ч1-а у гибридов ^, полученных при близкородственных и максимально отдаленных скрещиваниях, что свидетельствует о возможно более низкой "забуференности" у них процессов кроссинговера относительно гибридов средней части "ряда".

3. Обнаружена положительная и статистически достоверная корреляция между д ГГ и д гГ (Р<0.01). Полученная зависимость указывает на сопряженность онтогенетической приспособленности и гено-типической изменчивости томата, что свидетельствует в пользу положения экологической генетики о взаимосвязи модификационной и генотипической изменчивости организмов.

4. Длительная обработка низкой субэкстремальной температурой является эффективным рекомбиногеном, причем более высокая индукция гГ отмечена у высокогетерозисных гибридоз ^ томата.

5. Установлена статистически достоверная (Р<0.01) обратная связь между гГ и нарастающим уровнем гетерозиготности по энзимным локусам у генотипов из В^ от скрещивания Моб28 х Р^(Мо628 х Ь Ыг-э^ит уаг. д1аЬга1шп).

6. Исходя из полученных результатов, можно предположить присутствие не изученных ранее генетических ¡¿акторов у томата, сцепленных с локусами Ас11")-1, АаЬ-2 и эффективно влияющих на гГ в сегментах ПЯ-е и Ь1-а Поэтому причина снижения частоты обменов у гибридов ?I при отдаленных скрещиваниях у томата, вероятно, может заключаться как в структурных отличиях гомологов, так и в наличии определенных генов, контролирующих гГ.

7. Выявлено квазисцепление энзимных локусов "культурного" и "дикого" типов при сегрегации хромосом в мейозе гибридов ^ I. еэ-си1еп1ит на I.. Мтэиит уаг. д1аЬга1ит.

1. Визир НЕ. Урсул С. Е Половые различия уровня кроссинго-вера в кластере пероксидазных генов у томата // IV Вссооюа. кон-фер. молодых ученых по физиологии растительной клетки: Tes. докл. 15-20 апреля 1990 г. - Минск. 1990. - С. 20.

2. Урсул С. R Взаимосвязь параметров онтогенетической приспособленности и частоты мейотического кроссинговера у томата // Экологическая генетика растений, животных и человек: Tea. докл. IV Есесоюз. науч. конф. 20-21 ноября 1991 г. - Кишииев, 1991. -С. 72.

3. Урсул С. В., Хлебникова Т. а Эффекты гомо-, гетерозигот-ности по ферментным локусам на частоту кроссинговера в маркированных сегментах хромосом 4 и 11 томата // Экологическая генетика растений, животных и человека: Тез. докл. IV Всесоюэ. науч. конф. 20-21 ноября 1991 г. - Кишинев, 1991. - С. 73.'

4. Урсул С. В. Гетерозисность гибридов Fj. и изменчивость кроссинговера в при отдаленных и близкородственных скрещиваниях у томата // Изв. АН РМ. сер. биол. и хим. наук. - 1992. - N2 (в печати).

5. Урсул С. Е , Жученко А. А. , Денисова Ф. Ш. , Левитес Е. Е Эффекты гомо- и гетерозиготности по ферментным локусам на частоту кроссинговера у томата // Генетика (в печати).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ