Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Интрогрессивная гибридизация генов рода Triticum L.

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Интрогрессивная гибридизация генов рода Triticum L."

Г6 о

О ОДР ССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Сибирское отделение Институт цитологии и генетики

На правах рукописи УДК 575.222.7:633.11

КОЗЛОВСКАЯ Вера Фроловна

ИНТРОГРЕССИВШЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ ВИДОВ РОДА, ТН1Т1СШ Ь.

Генетика - 03.00.15

Автореферат

диссертации на соискалие¿ченой степени . доктора биологических наук

Новосибирск, 1994

Работа выполнена в Алтайском НИИ земледелия и селекци с.-х.культур, г.Барнаул.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Щапова А.И.

Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск

доктор биологических наук, Гордей И.А.

Белорусский научно-исследовательский институт земледелия и кормов, г.Жодино

доктор биологических наук Тарасенко Н.Д.

Центральный ботанический сад СО РАН, г.Новосибирск

Ведущее учреждение: Отдел генетики Всесоюзного

института растениеводства им. Н.И.Вавилова, г.Санкт-Петербург

Защита состоится " йп^ии^-б- 1994 г. на

заседании специализированного совета защите диссертаций на соискание ученой степени доктора на Д-002.П.01 при Институте цитологии у генетики СО РАН в кон ференц-зале Института по адресу: 630090, Новосибирск, 90, проспект академика Лаврентьева, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан " МЛ/см4 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

доктор биологических наук А.Д.Груэдев

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем. Известно, что во всем мире в селекции урожайных сортов пшеницы районированные сорта и лучшие селекционные линии используются в качестве обязательного компонента для скрещиваний (Неттевич, 1982; Лукьяненко,.1990). Оправданность такого подхода подтверждается его результативностью, а приемлемость сохранится до тех пор, пока будет наблюдаться рост зерновой продуктивности. ( Driscoll , 1981).

Относительно генетической гетерогенности этот подход консервативен. Небольшой набор родительских форм является постоянным компонентом для гибридизации, что сужает наследственное разнообразие вновь лицензируемых сортов и обостряет проблему их устойчивости к неблагоприятным факторам среды (Неттевич, 1982; Кравченко, 1989; Неттевич и др., 1993).

Межвидовая гибридизация твердой пшеницы с T.turgidum Ь., T.diooccim ( Schrank ) Schuebl., T.aestivum Ь. сыграла в последние 30-40 лет немаловажную роль в селекционном улучшении этого культгёна (Дайнеко, Подсочная, 1980; Савицкая и др., 1980; Морозов, Шевченко, 1982; Pandey, Bao , 1987). Путем скрещивания озимых мягких с яровыми твердыми пшеницами на Украине созданы сорта озимой твердой пшеницы (Кириченко, Лала-марчук, 1987).

Однако вышеприведенные межвидовые гибрида относят к отдаленным весьма условно { Shebeski , 1983). Несовместимость родительских видов отсутствует, или выражена весьма умеренно, а гибрида ï-j обладают достаточно высокой самофертильностью, чтобы обеспечить получение большого объема материала F-j и последующих поколений (Козловская, Шатилова, 1987; Лукьяненко, 1990; Гетман, 1991).

Возможности улучшения возделываемых видов пшениц, особенно по устойчивости к неблагоприятным абиотическим и биотическим факторам среда, значительно бы расширились путем использования генетического материала репродуктивно изолированных видов рода Triticum L„ : однозернянок и T.timopheevii Zhuk . Известно, что они обладают комплексом хозяйственно ценных признаков: групповой иммунитет к вредителям и болез-

I

К£Ы,. холодостойкость, устойчивость и избыточному увлаьшению, высокие эффективность фотосинтеза и содержание белка в зерне (lihaliwal, Gill , 1982; Gill et al. , 1983; Кривченко и др., 1984; Tonar et al. , 1988; Ямалеев и др., 1990).

Репродуктивная изоляция обусловливает целый ряд проблем, затрудняющих межвидовую интрогрессию: несовместимость, высокая или полная самостерильность гибридов F1t низкий результат первого беккросса, череззерница, длящаяся в ряду последовательных поколений. Многоэтапное^ интрогрессии, проявление барьеров генетической изоляции на каждом из этапов приводят к постепенному сокращению объема гибридного материала. При завершении интрогрессии он обычно представлен потомствами немногих из числа возможных межвидовых рекомбинантов. Поэтому реальными перспективами располагает отбор по просто наследуемым признакам.

Имеющиеся сведения о возможности экспериментального вмешательства в межвидовой перенос наследственного материала весьма ограничены и противоречивы. Они служат лишь предостё-режзниями о разнообразных и серьезных трудностях, но не позволяют определить направление поиска в решении стоящих проблем.

Цель и задачи исследований. Основная цель настоящего исследования состояла в познании особенностей рекомбиногенеза и путей переноса генетического материала репродуктивно изолированных в культурные виды рода Triticum , а также возможностей экспериментальной коррекции межвидовой несовместимости и воспроизводительных свойств гибридов первых поколений.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. исследовать изменчивость и предложить пути преодоления межвидовой несовместимости;

2. установить особенности и изменчивость яоныогации хромосом в Mj ыейоза, частоту, спектр и хромосомную конституцию функционально способных яйцеклеток гибридов в зависимости от генотипа и среды;

3. разработать подходы к повышению эффективности интрогрессии на этапе первого беккросса; определить возможности взаимной интрогрессии между родительскими видами, а также ис-

2

пользования Fj межвидовых гибридов с Т.durum в качестве моста для переноса генетического материала донорных видов в т. asstivua ; оценить целесообразность второго беккросса для восстановления репродуктивных свойств межвидовых гибридов;

4. изучить сопряженность цитологической стабильности и фертильности Fj-B^, озерненность F^Bj и FjBg и ее взаимосвязь с плодовитостью Fj-Bj;

5. предложить стратегию отбора рекомбинантов, сочетающих устойчивость к заболеваниям с типом колоса культурных видов.

Научная новизна. Впервые в одном эксперименте дана оценка статистической значимости и доли влияния генотипа и среда в изменчивость межвидовой несовместимости. Показано, что мо-дификационная изменчивость имеет равный сгенотипической (получение AABD гибридов)либо преобладающий вклад в изменчивость результатов гибридизации. Непрерывная и средово-зависи-мая вариабельность совместимости послужила основанием для предположения о ее мультигенном генетическом контроле. Использование разнообразия отцовских и материнских форм позволило установить барьерные механизмы, изолирующие вида. В случае их доступности экспериментальному вмешательству возможно преодоление ( T.aestivum х T.timopheevli ) или существенное снижение ( T.aestivum х диплоидные виды) несовместимости. Установлено, что виды T.durun Deaf. и T.timopheevii совместимы. Сформулирована концепция о том, что генетическая система размножения, осуществляет воспроизведение вида и распознавание "чужого" мужского гаметофита.

Установлено, что плоидность реципиентнстго культурного вида не оказывает значимого влияния на коньюгацию хромосом у гибридов с T.timopheevii . Триплоидные гибриды имеют ожидаемое и сходное число бивалентов в Mj мейоза; существенное снижение конъюгации хромосом у. гибридов AABD обусловлено эффектом генетического материала однозернянок. Впервые показано, что по частоте существенного влияния и доле вклада в фенотипическута вариабельность синапсиса хромосом у интро-грессивных гибридов в роде Тритикум модификационная изменчивость имеет преимущества перед генотипической; в конкретных условиях произрастания изменчивость коныогации хромосом у

3

гибридов культурных видов с T.tirnopheevii определяется разнообразием сортов, у триллоидных - взаимодействием родительских форм.

Полученные оригинальные данные свидетельствуют, что ыо-дификационная изменчивость превосходит генотипическуво по доле вклада в вариабельность результата Bj интрогрессивных гибридов. Влияние условий опосредованно, в частности, через динамику цветения. Использование разнообразия сортов, как рекуррентных родителей, не способствует повышению межвидовой инт-рогрессии на этапе. Bj. Опосредованный перенос генетического материала T.tirnopheevii в мягкую пшеницу через ее гибриды с Т.durum без эмбриокультуры невозможен; триплоидные гибриды могут служить мостом для передачи наследственного материала однозернянок в T.aestivum . Исходя из результата Bj, обратная от мягкой в Тимофеева пшеницу интрогрессия затруднена существенно более, чем прямая, либо невозможна (от т.durum в диплоидные виды).

Цитологический анализ показал, что гаметофитный отбор ограничивает разнообразие гамет триплоидных и т.durum х т. timopheevii гибридов по числу хромосом; их спектр и относительная частота не зависят от условий выращивания гибридов Fj и не определяют модификационную изменчивость результата Bj. Растения F2 гибридов твердой и Тимофеева пшениц не имеют преимуществ перед Р^Щ по разнообразию хромосомной конституции. Сходный результат первого беккросса Зп гибридов на т. durum и T.aestivum обусловлен одинаковым спектром функционально способных гамет, реализуемым рекуррентными родителями разного уровня плоидности.

Экспериментально обосновано представление о путях интро-грессии генетического материала репродуктивно изолированных видов в культгены Triticum . Показано, что хромосома диплоидных видов, не гомологичная а геному Т.durum .присутствует у 63,5% гамет в виде моносомного замещения или дополнения. Явление частичной или полной реституции у триплоидных гибридов, наблюдаемое с частотой 8,7%, оценивается как благоприятствующее рекомбиногенезу между однозернянками и т.durum • Результатом моно-... тетра-замещения по негомологичным

4

хромосомам родительских видов является 85,1$ яйцеклеток FjCT. durum X Т. timopheevii ).

Получено экспериментальное свидетельство того, что для i^B-] гибридов мягкой и Тимофеева пшениц характерна эмбриональная несовместимость. Использование условий, способствующих семягенезу и выживанию проростков, а также культивирование незрелых зародышей рассматриваются как пути повышения выхода растений этого поколения. Действенность метода экбрио-культуры определяется условиями выращивания донорных растений и отзывчивостью генотипов на культивирование in vitro.

Установлено, что нерегулярность мейоза f^b,, интрогрес-сивных гибридов не может рассматриваться в качестве основной причины снижения плодовитости. Роль изученных факторов в вариабельности озерненности этого поколения зависит от исходит родительских видов. В качестве главных выступают: условия среды (гибриды ш.durum х т.timopheevii ), генотипическое разнообразие - т.aestivum х Т.timopheevii ,либо оба фактора,а также их взаимодействие не обеспечивают существенной коррекции фертильности Зп гибриды, беккросс на т.durum . Использование второго возвратного скрещивания, как способа повышения плодовитости р^в^ триплоидкых гибридов, беккросс на твердую и мягкую пшеницы, нецелесообразно, и оправдано многократным снижением частоты стерильных растений у гибридов Т. aestivum с однозернянками и пшеницей Тимофеева.

Анализ сопряженности фертильности последовательных поколений межвидовых гибридов показал, что частота существенных корреляций озерненности - FgB1 , вероятно, отражает степень различий родительских видов по генетическим системам, контролирующим их воспроизводительные свойства. В соответствии с ней и в порядке ее снижения гибриды ранжируются следующим образом: триплоидные, беккросс на т.durum , твердой и мягкой пшеницы с T.timopheevii . Опосредованная через три-плоидный мост интрогрессия генетического материала однозернянок в т,aestivum и т.durum , начиная с I^B,,, не требует экспериментального вмешательства;' FgB^ и i^Bg гибридов культурных видов с T.timopheevii , как правило, самоферти-льны.

Сравнительное изучение фенотипического полиморфизма свидетельствует, чтор1в1 гибридов тетраплоидного культурного вида с репродуктивно изолированными видами рода Ttiticum отличается большим разнообразием морфотипов, чем гексаплоидного. Морфологические признаки колоса растений f^b,, не определяют уровень их фертильности; названные особенности, вероятно, контролируются независимо.

Испытание гибридного материала на искусственном по стеблевой ржавчине инфекционном фоне позволило установить, что отбор иммунных межвидовых рекоыбинантов целесообразно начинать в, трипловдных, беккросс на твердую и мягкую пшеницу и Т.durum х J.timopheevii , а также в относительно фер-тильных, f-b^ и ?2в2 поколениях, гибридов мягкой и Тимофеева пшениц. Частота иммунных,форм составляет не .менее 1x10"^ во всех гибридах,кроме Т.durum х T^timopbeevii^ В последнем случае частота желаемого фенотипа снижена до ЗхЮ-^, вероятно, в результате активности нескольких генов - модификаторов.

Практическая значимость работы. На основании максимального и наиболее постоянного вклада среды в вариабельность совместимости, коныогации хромосом в Mj мейоза и результата Щ предложены общие подхода к повышению эффективности межвидового переноса генетического материала репродуктивно изолированных в культурные виды рода iriticum • Предполагается их при-емлимость к любым интрогрессивным гибридам. Эти подхода позволили многократно повысить эффективность использования генофонда T.tiiaopheevii и однозернянок для создания генетической гетерогенности в селекционной работе с т.durum и T.aes- , tivum *

Показана информативность циклических межвидовых скрещиваний, выполненных с участием разнообразия материнских и отцовских форм, для выявления барьерных свойств и преодоления несовместимости. Существенное в разных условиях влияние только материнского компонента, или его, в сочетании с другими факторами, свидетельствует о проявлении барьерных свойств на рыльце. Несовместимость в таких случаях преодолевается или существенно снижается путем раннего многократного опыления.

6

Использование модификационной изменчивости для повышения результата в1 при совместимости родительских видов возможно путем двукратного опыления, начиная с момента цветения. В отсутствии таковой оно предполагает коррекцию режима опыления в соответствии с динамикой цветения, а также наступлением и сохранением рецептивности рылец гибридов у к пыльце рекуррентного родителя.

Существенное влияние условий среды на конъюгацию хромосом в Mj мейоза необходимо учитывать при выполнении цитогене-тических исследований - геномного и моносомного анализа, а также изучении закономерностей формирования миксогеномов в потомстве гибридов отдаленных скрещиваний.

Изменчивость рекомбиногенеза в конкретных условиях у гибридов культурных пшениц с T.timopheevii можно повысить путем использования разнообразия сортов, у триплоидных - разнообразия обоих родительских форм.

Полиморфизм растений F^B^ интрогрессивных гибридов по хромосомной конституции позволяет рассматривать наиболее несбалансированные цитотипы - 35-хромосомные растения триплоидных и тетра-замещенкые формы гибридов Т.durum х T.tinopheevii как источники генотипического разнообразия последующего поколения. Моно- замещенные формы, целесообразно использовать для выделения и сравнительного исследования дисомно замещенных линий твердой пшеницы по хромосомам T.timopheevii и однозернянок, негомологичным т,durum.

Впервые в мировой селекционной практике с использованием генетического материала T.boeotioum Böiss. и т.timopheevii созданы иммунные к стеблевой ржавчине формы твердой пшеницы. Показана результативность интрогрессивной гибридизации для получения комплексно иммунного материала. Невосприимчивый к грибным заболеваниям, фенотипически однородный материал т.durum передан во Всесоюзный институт растениеводства им.Н.И.Вавилова.

ЕЬгделены оригинальные рекомбинанты, сочетающие устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине пщенипц Тимофеева с типом колоса T.aestivnm . Создан и передан для селекционного изучения большой объем материала интрогрессиь..^ скрещиваний:

7

9 ТЫСЯЧ ПОТОМСТВ Е^В."! (1,2В2) - гибридов мягкой

и Тимофеева пшениц. Линии гибридов Т.Зшмш с однозернянками и Т. ""ЫторЬееуН проходят испытание на разных этапах селекционного процесса: от гибридных популяций до питомника конкурсного сортоиспытания.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены или представлены на региональных, Всесоюзных и Международг ных съездах, конференциях и совещаниях, в том числе на Всесоюзном совещании "Роль отдаленной гибридизации в эволюции и селекции пшеницы", г.Тбилиси,1985; Республиканской конферен-цииТаметная и зиготная селекция растенийг.Кишинев, 1987;УШ и IX Всесоюзных совещаниях по иммунитету растений '(г.Рига, 1986; г.Минск,1991); на У и У1 съездах ВОГиС им.Н.И.Вавилова (г.Москва,1987; г.Минск,1992); Всесоюзном симпозиуме "Цитоге-нетика зерновых культур"(г.Таллинн,1989), Ш-ей Всесоюзной конференции по генетике и цитологии мейоза (г.Новосибирск, 1990),ХП конгрессе Еукарпиа (Геттинген,ФРГ,1989); 1У Всесоюзной научной конференции "Экологическая генетика растений,животных, человека" (г. Кишинев, 1991); Сибирско-шведском симпозиуме (г.Новосибирск,1992); П Российском симпозиуме "Новые методы биотехнологии растений"(г.Дущино,1993); зональных и региональных научно-методических совещаниях селекционеров Сибири и Дальнего Востока.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 586 страницах машинописного текста,состоит из девяти частей, заключения и выводов. Работа иллюстрирована 44 рисунками, 62 и 88 таблицами в тексте и приложении. Указатель цитированной литературы содержит 750 ссылок, в том числе 278 на русском языке.

Фактический материал диссертации включает результаты ци-тогенетического анализа и четырех межвидовых гибри-

дов, данные по изменчивости совместимости родительских видов, получению потомства от самостерильного Р-) и низкофертильно-го поколения путем выполнения первого и второго беккрос-

сах, анализа фертильности и фенот'ипического полиморфизма г^в^, и ,о выделении иммунных рекомбинантов при испыта-

8

нии гибридного материала на■инфекционных фонах..

На тему диссертации опубликовано 31 статья в журналах "Генетика", "Цитология и генетика", "Доклада ВАСХНИЛ","Сельскохозяйственная биология","Российский вестник с.-х.науки", . "Сибирский вестник с.-х.науки", а также в сборниках научных трудов по проблемам генетики и селекции с.-х.растений. Получен патент № 1851270 на "способ получения межвидовых гибридов пшеницы..."

Работа выполнена в лаборатории генетики и биотехнологии Алтайского научно-исследовательского института земледелия и селекции с.-х.культур" СО РАСХН.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДУ

Материалом для исследования служили межвидовые гибриды первых поколений. При"их получении в качестве материнских использованы шесть сортов мягкой: Алтайская 81, Скала, Жница, Ботаническая 2, Новосибирская 67, Чайниз Спринт и.семь сортов твердой пшеницы: Алтайка, Алтайская Нива, Оренбургская 2, Оренбургская 10, Ангара, Шортандинская 71 и образец И 310100 (США) из разных эколого-географических групп. Использованные сорта, как правило, неустойчивы к наиболее распространенным и вредоносным патогенам.

В качестве отцовских служили три образца T.timopheevii разновидности viticulosum : к-47793, к-18105, к-38555, и три вида однозернянок: культурная, T.rnonococcum L. ,дикая, T.fcoeoticum и пшеница Синской, T.sinskajae Pilât, et Kurk. Первый вид представлен пятью формами из коллекции ВИР: к-14379, к-30090, к-39758, к-20745, к-20744. Кроме того,использован образец однозернянок, полученный на Дагестанской опытной станции ВИР У.К.Куркиевым от скрещивания дикой однозернянки с T.uxartu Thum, ex Gaadil. и T.sinakajae и любезно предоставленный его автором для наших исследований.

Образцы донорных видов обнаружили иммунитет на инфекционном по стеблевой, бурой ржавчине фоне и при искусственной инокуляции спорами пыльной -головни.

. 9

Гибридизацию видов проводили путем искусственной кастрации материнских колосьев и последующего опыления их отцовской пыльцой твел методом.

Потомство высоко или полностью стерильных растений F^ получали путем возвратного скрещивания, как правило, с материнским сортом. Выполнение первого беккросса проводили без, а второго - после предварительной кастрации, путем однократного нанесения отцовской пыльщ на рыльца цветущих гибридных колосьев. Индекс плодовитости F^ определяли как процент фер-тильных от числа развитых цветков каждого растения. Самофертильность и последующих поколений гибридов устанавливали после предварительной изоляции. Для культивирования незрелых зародышей использовали питательную среду Ландсыайер-Скуга .Жизнеспособность гибридных семян определяли в лабораторных условиях. Непроросшие в течение 10 дней зерновки препарировали под бинокулярной лупой МБС-2 и дифференцировали по наличию зародыша и эндосперма. Фертильность пыльцы устанавливали путем окрашивания ее 2?0 ацетокармином. К фертильным относили окрашенные выполненные, 3-х ядерные пыльцевые зерна.

Цитологический анализ проводили на временных, давленых ацетокарминовых препаратах пыльников после фиксации молодых колосьев по Нъюкомеру.

Получение семян и выращивание растений F/j - F2B1 (fib2) осуществляли в селекционных теплицах и в поле. Это позволяло в течение календарного года иметь три вегетации.

Инфекционный фон создавали по общепринятой методике. Ин-окулюм получали из НИИСХ. Инфекторами служили восприимчивые сорта твердой и мягкой пшеницы. Оценку материала и отбор иммунных растений проводили в период максимального развития болезни.

Для статистической обработки данных использован дисперсионный и корреляционный анализ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

I. Межвидовая несовместимость в роде т-н-ыr.nm и подходы к ее преодолению

Гибридизация пяти сортов^т.dumm с тремя и 10-ти F^

межсортовых скрещиваний с одной формой пшеницы Тимофеева в условиях трех вегетаций показала, что уровень скрещиваемости в среднем близок или несколько превосходит 50%-ый уровень (табл.1). Это позволило констатировать отсутствие несовместимости между родительскими видами.

Циклические скрещивания мягкой пшеницы с Т.-ЫвюрЬееу! и однозернянками свидетельствуют о наличии барьерных механизмов. При этом наблюдалась довольно широкая изменчивость признака как в зависимости от комбинаций, так и от условий их выполнения. Статистический анализ данных по первому из названных межвидовых скрещиваний показал, что независимо от условий постоянно существенное влияние на изменчивость совместимости имело разнообразие материнских форм (табл.1). Сравнение вклада генотипической и модификационной изменчивости свидетельствует о почти двукратном преимуществе второй. Следовательно .получение гибридных зерен определяется особенностью материнского растения, которая решающим образом зависит от условий. Сделано предположение, что этой особенностью является рецептивность рылец, тесно сопряженная с динамикой цветения.

До начала цветения существует механическая преграда для попадания чужеродной пыльцы: цветок закрыт. Поэтому проявление барьерных свойств у материнской формы разумно связать с временем ее цветения. В таком случае рашеэ-опыление может оказаться полезным. Учитывая динамику цветения, многократное нанесение пыльцы повышает вероятность ее попадания на уже рецептивные, но еще не проявившие барьерных свойств рыльца. Ежедневное, в течение 5-ти последующих, начиная с первого после кастрации дня, опыление позволило преодолеть несовместимость мягкой и Тимофеева пшениц (табл.1).

Статистический анализ результатов гибридизации Т.аез-Ьз.-ши с однозернянками свидетельствует, что два источника изменчивости: разнообразие отцов и матерей следует рассматривать как наиболее вероятные факторы существенного влияния на изучаемый признак, независимо от условий. Первый - в силу постоянства, второй,' исходя из высокой доли вклада в фенотипи-ческую вариабельность в случае его статистической значимости.

II

Таблица I

Анализ изменчивости результатов межвидовой гибридизации в роде тПЪ1сгга

Гибриды, циклы скрещивания

Опыление

по готовности ш леи.

; ранее, 5-кратное,

I сред-!вариабельность (ний !в зависимости от

(Уро- 1 среды ¡вень р-Р^да

!нака !_

генотипов

доля вклада

матерей отцов взаимо-(М) ¡(0) ¡действия | | мхО

!_\

!Сред- ¡доля вклада

~'ний I -1 I-

'тоо- Уело гено- взаи-вий типов модей-Вприз-1<У) |СГ) Ьтвие 1нака ! ! Гх1

Т.йигип х Т.^торЬееуН I. 5 х 3

Й- 10Л 1

Ш.аев'Ьгуит х Т.ЪЗ-торйееуН

6x2

Т.аез1:1тпш х однозернянки 6x4

Т.йигит х однозерьянки I. о х Ь

П. 6 х 6

51,0 49,3

Несовместимость отсутствует

18,9 11,9-31,0 3,7-40,8 0,22-0,60 0_о .^О-О.б! 47,9 0,28 0,09 0,

32

7,7 7,1-8,3 0,0-44,0 0,0-0,450Л0_0>130,0-0,171?>9 0>23 ^ 0>24

17.5 6,9-33,2 3,7-39,0 0,П-0,19П т« п г70,29-0,49 Не изменило уровень

и^с-и.ос признака

14.6 6,4-30,6 4,4-30,0 0,0-0,14 0 13 0 4б0,19-0,32

Поэтому раннее многократное опыление может иметь преимущество. Его использование существенно, до 17,9%, повысило средний уровень совместимости. Однако при получении тетраплопдных гибридов влияние генотипов сохранило довольно высокое значение. Это может быть связано не только с наличием второго фактора существенного влияния - разнообразия отцов,но и с более коротким интервалом времени, в течение которого рыльца мягкой пшеницы уже рецептивны, но еще не проявляют барьерных свойств к пыльце однозернянок. Поэтому дальнейшее повышение скрещиваемости, вероятно, связано с совершенствованием режима опыления.

Средние по всем гибридам и вегетациям, а также пределы варьирования в зависимости от генотипов и условий оказались для двух циклов получения триплоидных гибридов сходными.Существенным в разных условиях было влияние разнообразия отцов и взаимодействие родительских форм. Однако взаимодействие,выявляемое соответствующей вариансой, реализуется не в момент контакта пыльцевого зерна с рыльцем, так как прием раннего многократного опыления не изменял уровень признака(табл.1).

Сравнение роли генотипической и модификационной изменчивости в общей вариабельности межвидовой несовместимости свидетельствует о явном преимуществе второй, что имеет два важных следствия

Первое - касается достижения утилитарных целей. Повышение скрещиваемости видов в роде ТгИ^сшп , прежде всего, определяется использованием средовой изменчивости. Оно возможно, если известен и доступен экспериментальному вмешательству момент проявления барьерных свойств. Примером тому служит проявление межвидовых барьеров на рыльце при скрещивании т.аез^пш с обоими донорными видами. Если барьеры проявляются внутри женской генеративной сферы и не доступны манипуляциям, то возможен примитивный, но реальный путь использования модификационной изменчивости. Он состоит в выполнении ограниченного объема скрещиваний в разных условиях и полной программы гибридизации в условиях, способствующих совместимости .

Второе следстьие заключается в том, что непрерывная и

13

средовозависимая изменчивость несовместимости свидетельствует о ыноголокусной системе ее генетического контроля. Как механизм защиты, такая система не надежна. Она не исключает, а предполагает возможность завязывания зерновок отдаленных гибридов. Поэтому, вероятно, отдельная генетическая система,обеспечивающая распознавание чужеродной пыльцы, в процессе эволюции не создавалась. Генетическая система воспроизведения вида бифункциональна. Вторая ее функция состоит в распознавании "чужого" мужского гаметофита.

2. Цитогенетика рекомбиногенеза в интрогрессивных ГИбРИДОВ В РОДе ФтИ^мип_

Исходные родительские виды различались по числу хромосом, составу геномов, или по тому и другому признаку одновременно, что обусловливало аномалии в конъюгации хромосом у гибридов первого поколения. В соответствии с главной целью нашего исследования представлялось целесообразным оценить уровень конъюгации и его изменчивость, как необходимых условий для возникновения межвидовых рекомбинаций и оценки возможностей управления рекомбинационным процессом путем использования генетического разнообразия или условий среды.

Цитологический анализ показал, что гибрида обоих культурных видов с Т.-ЫторЬееуН имеют сходные особенности конъюгации хромосом. Они состоят в наличии мультивалентов, число которых составляет 3-4, а средняя частота 0,55-0,6 свидетельствует о структурных различиях между хромосомами родительских видов (табл.2). Число одиночных хромосом изменчиво, что связано с открытым типом более чем половины всех бивалентов. Среднее число хиазм, как общая количественная оценка синапси-са, сходно, а число хиазм на бивалент одинаково для обоих межвидовых гибридов.

Триплоидные гибриды обнаружили в среднем около 6-ти бивалентов и совпадающее число хиазм на клетку и бивалент, независимо от видовой принадлежности однозернянок. Это свидетельствует о цитогенетическом сходстве трех использованных диплоидны;: видов.

Таблица 2

Особенности конъюгации хромосом в мейоза у межвидовых гибридов pJ

!Изу-! Среднее число на клетку

Гибрида

I

валентов

! КОМ' .

!бина!общее!открытых !ций ! ! ! ! ! ! ' !

__ !Ср.

т * ! !чис-унива-)вдльти,хиазм,

лентов;вален-$

!тов I !азм/ ! ! !бива-_! !_1лент

T.aeativua х Т. t imopb.ee vi i 8 9,4 5,4 (4-i4) (0-i0) (7-2$) 0,6 (0-4) (6-Й4) 1,6

Tidurum x T»timcpheevii 22 10,0 5,3 (5-14) (0-12) 6.2 (0-1Й) 0,55 (0-3) (7-^4) 1,6

Tidurum x T.m. 13 (2-8) ,1,9 (0-6) 9,2 (4-lS). ,0,07 (0-1) 9,8 (3-14) 1,7

Tidürum x Т.Ъ. 10 / 5A9 (3-6) ,1.6 (0-6) 9.0 (5-I&) 0,04 (0-1) 10,3 (4-i6) 1,7

T .'durum x T.s. 6 5,8 (3-Ф) 1,8 (0-6) 9.2 (6-l£) 0,03 (0-1) 10,0 (5-h) 1,7

Всего,среднее 29 5,8 1,7 9tI (4-Ib) 0,05 10,1 1,7

i.aestivum x однозернянки 4 3,5 (0-$) 2,8 (0-6) 20,6 0,05 (I3-i8) (0-X) 4,3 (0-12) 1,2

Наличие шести групп сцепления, общих для диплоидных и культурных пшениц,показано в последние года разными методами. Это позволило использовать частоту и изменчивость формирования шести бивалентов у триплоидных гибридов как количественную оценку гомологичного синапсиса. Исходя из нее, гибрида культурных видов с т.-ЫторЬеечги имеют 9 пар регулярно коньюгируклцих хромосом. Наблюдаемое число бивалентов у гибридов дАВВ значительно ниже ожидаемого. В результате они имеют минимальное, среди изученных, число хиазм на клетку и бивалент Стабл.2). Установлено, что среди возможных, наиболее вероятной причиной снижения плотности конъюгации является эффект генетического материала однозернянок.

Статистическая оценка роли факторов показала, что для гибридов обоих культурных видов с т.Ъз-торЬееуЦ преимущество по частоте существенного влияния на изменчивость конью-

15

гации имеет разнообразие сортов, для триплоидшх - взаимодействие родительских форм. Включение условий разных вегетаций в число источников изменчивости свидетельствует, что влияние среды, а также генохил - средокое взаимодействие являются наиболее постоянными факторами существенного влияния на синап-сис хромосом межвидовых гибридов.

Ш. Результативность первого беккроса иктрогрессивных гибридов и возможности ее повышения

Fj интрогрессивных гибридов самостерильно. Поэтому единственная возможность получения их' потомства - выполнение возвратного скрещивания. Ело результат определяет возможность реализации рекомбинативной и комбинативной изменчивости межвидовых гибридов, а объем получаемого материала Е^в-) - перспективы отбора рекомбинантов по хозяйственно важным признакам.

Исследования показали, что путем возвратного скрещивания можно получить потомство от гсех четырех межвидовых гибридов. Однако его результативность различается на порядок. Многократная изменчивость, как в зависимости от разнообразия генотипов, так и условий, характерна для результата Bj. Статистический анализ вариабельности показал, что кодификационная изменчивость имеет максимальную долю вклада в наблюдаемую вариабельность первого беккросса всех, за исключением Зп гибридов, беккросс на т.durum . Но в последнем случае она является единственным фактором стабильно существенного влияния (табл.3).

Следовательно, повышение эффективности межвидовой интро-грессии на этапе Bj предполагает, прежде всего, использование модификационной изменчивости. Влияние среда может быть опосредовано через любой этап генеративной фазы онтогенеза. В работе дана оценка роли динамики цветения. Для этого процедуру опыления скорректировали в определенном соответствии с процессом цветения. Установлено, что повторное нанесение пыльцу повысило завязываемость зерен F-,Bi у всех гибридов (табл. 4). Для совместимого скрещивания, Т.durum х T.timopheevii

16

Таблица 3

Изменчивость результата В^ межвидовых гибридов пшеницы

Гибрида

Доля вклада в вариабельность В^ факторов

гено-!усло~!взаи-!слу-типы !вия !модей1чай-(Г) !(У) !ствие!ное ! !(ГхУ)!

х T,tiжopheevii Т.аеэ'Ьзлгат х Зп гибрида х Т.аигша Зпгибриды х Т.аеэ1;1ттт

25 0,13 0,56 0,12 0,13

12 0,10х 0,37 0,19 0,33

20 0Д6Х 0,10 0,06х 0,61

12 0,04 0,27 0,19 0,51

Завязываемость зерен Р^в^

Таблица 4 у межвидовых гибридов

пшеницы при повторном опылении

Межвидовые гибриды

!Изуче-! !но Г Iкомби-? 'наций !

Число опылений :—гт----

3

Т.йигит х Т.^цюрЬевуН 5 9,4 14,2 14,6

Т.аез-Ытгит х Т.-ЪЗ-торЬеетгИ 8 4,7 6,1 9,5

Зп гибриды х Т.йигша 3 1,6 2,4 2,3

5

двух опылений оказалось достаточно, чтобы реализовать потенциальную женскую фертильность. У гибридов мягкой и Тимофеева пшениц рост завязываемости наблюдался и после трехкратного опыления. Реакция триплоидных гибридов.была неоднозначной.

Статистический анализ полученных данных свидетельствует,что для гибридов твердой пшеницы с Т.^яюрЬееуЦ единственным фактором существенного влияния была кратность опыленкэ; для Т.аеа-Ыллш х Т.-ЫшорЬеег'И их было два: генотическое разнообразие и кратность, причем второй в три раза превосходил первый по доле вклада. Статистическая значимость кратности опыления показана в двух из трех дисперсионных комплексах по триплоидным гибридам.

Таким образом, признавая несомненную целесообразность

17

повторного опыления, как пути использования средовой изменчивости результата В2 через динамику цветения, следует учесть, что ваша не собственно динамика цветения, а рецептивность рылец межвидовых гибридов к пыльце рекуррентного родителя. Полученные данные свидетельствуют, что это свойство у гибридов совместимых и несовместимых скрещиваний формируется по-разному. Поэтому для оптимизации режима опыления необходимы знания о времени наступления и сохранения рецептивности в связи с процессом цветения, а также об уровне женской фертильности.

Исследования показали, что разнообразие сортов, как рекуррентных родителей, обычно не оказывает значимого влияния на результат В2.

Обратная, от культурного в Т.-ЫторЬееуИ и однозернянки интрогрессия, затруднена на этапе первого беккросса существенно более, чем прямая.

Показано, что использование триплоидных гибридов в качестве "моста" для переноса генетического материала донорного вида в мягную пшеницу приемлимо, а Т.йигиш х Т.г±торЬе-ет11- бесперспективно, в силу выраженной эмбриональной несовместимости.

1У. Цитогенетические особенности Р^ интрогрессивных

гибридов

Цитологический анализ растений триплоидных гибридов, беккросс на т.<1ипш , показал, что 86% функционирующих женских гамет имеют п=14,15. Потсплоидные составляют немногим более трех, а частично или полностью нередуцированные - около (рис.1а).

Следовательно, из возможного разнообразия яйцеклеток по числу хромосом (6-15) функционирует крайняя правая, наименее вероятная часть распределения. Это и обусловливает низкий результат первого беккросса.

Конъюгация хромосом свидетельствуют, что 15-хромосомные и псевдоэуплоидные гаметы Зп гибридов являются моносомно дополненными и замещенными соответственно по хромосоме диплоид-

18

40,0

23,0

25,0

3,3

8,7

а)

12,13 1*(ЛЭ) 16-18,21 1А(Э) 15

69,7

15,0

15,3

в)

14 Э) 15,16 Чаодо хронссси 14(ПЭ)

Рис Л. Частота функционально, способных яйцеклеток у триплоидных (а) и 0\с1игит х Т.-ЫпорЬеет-Ц гибридов (б) с различной хромосомной конституцией: э- эу-, пэ - псевдоэуплоидвде.

ных видов, не гомологичной А геному т.аигша . Наличие растений с числом хромосом 30-32 и 35 связано с нарушением или отсутствием редукционного деления.У пентаплоидных растений геном донорного вида присутствует в ядре не одно, как обычно, а два поколения. Установлено, что три А генома формируют в среднем 2,7би- и 1,7 тривалента. Это позволяет рассматривать реституцию, как явление, благоприятствующее раком-биногенезу.

Растения Г^Б^ триплоидных гибридов, беккросс на т.аеэ-Мпш , имели 2 =35,26. Следовательно, сходный результат возвратного скрещивания За гибридов с тэтра- и гексаплоид-кым культурным видом определяется участием в оплодотворении гамет, одинаковых по хромосомной конституции.

Ситуация аналогична и в случае, если опылителем является диплоидный.вед.Учитывая это, а также более низкий результат Вг-, чем , следует признать, что интрогрессия от т. йигша в однозернянки невозможна.

19

Цитологический анализ 260 растений F-^ T.durum я T.ti-Kopheevii показал, что гипоплоидные клетки б оплодотворении не участвуют (рис.16). Количество сверхчисленных хромосом в гаметах не превышает двух. Таким образом, наблюдаемое число хромосом (14-16) гораздо уже ожидаемого (9-19). Гаметы = 14 составляют 69,7$, эуалоидные, среди них - 15%, ост-альныч-псевдоуэилоидные, представленные четырьмя классами: моно-... тетразамещенные (рис.2).

со ti о t" о (О tr-

IS,!

Рис.2. Частота женских гамет с различным числом межгеномных замещений хромосом у гиб-

ридов F-) evii

T.durum х T.timophe■

21,\

М

сдао даа три четыре "

ЧИСЛО КОСбИОУНШС замещвнвЯ

Таким образом, генетический материал 6-ти и 9-ти хромосом диплоидных видов и т, ^торЬееуН соответственно может быть передан в твердую пшеницу путем генетических рекомбинаций. Негоыологичной хромосомы однозернянок - путем целохро-мосомного замещения и дополнения. Из 10-ти унивалентов В и О геномов в процессе сегрегации формируются новый геном,включающий разное число хромосом не сходных родительских геномов.

Гибриды г.аипшх т^1шорЬ.ее\'11 , единственные среди исследованных, завязывали с частотой 0,6% зерна от самоопыления.

Цитологический анализ показал, что не отличается от Р^В-, по хромосомной конституции гамет. Вероятно, это связано с жестким естественным отбором пыльцы и участием в оплодотворении мужских гамет, имеющих состав хромосом, близкий

20

или идентичный T.durura.

Таким образом, Р1в1 гибридов твердой и Тимофеева пшениц нэ уступает F2 по разнообразию межнегомных замещений хромосом, но имеет явные преимущества в численности и, следовательно, больаие селекционные перспективы.

Учитывая постоянство и преобладающую долю влияния модифи-кационной изменчивости на результат , представляло интерес установить возможное влияние среда на фертильность через разнообразие яйцеклеток гибридов ЗЦ . Цитологическое изучение двух модельных популяций триплоидных и Т.durum х T.timophs-evii гибридов, полученных с результатом, различающимся в 3,5 и 2,6 раза соответственно, показало, что разнообразие и частота гамет ч обеих популяциях сходны. Следовательно, изменчивость первого беккросса не определяется средовозависимой мобильностью внутриклеточных процессов, или разной напряженностью естественного отбора на уровне гамегофита.

У. Цитологическая стабильность и фертильность fи последующих поколений интрогрессивных гибридов

Исходя из цитологической несбалансированности по-

коления интрогрессивных гибридов, можно предположить, что нерегулярная конь-югация и случайная сегрегации хромосом в мейозе может стать причиной их череззерницн. Проанализирована регулярность мейоза, фертильность и определена их сопряженность.

В таблице 5 приведены данные по 5-ти цитотипам гибридов твердой и Тимофеева пшениц. Они свидетельствуют,что в среднем мейотическая стабильность и фертильность тем ниже, чем выше цитологическая несбалансированность. Однако в каждой цигологической группе оба признака варьируют в очень широких пределах. В результате взаимосвязь между регулярность» мейоза и озерненнос?ью, как правило, отсутствует. Из 16-ти различных цитотипов У^в^ триплоидных, беккрссс, на т.durum и T.aestivu/n , а также ?2 к ^В^ гибридов 'Tadurura я T.ti-mopheevü коэффициент корреляции был существенным яииь в двух.

Таким образом, негерулярность коньюгации и обусловлзн-

21

Таблица 5

Мейотическая стабильность и фертильносгь f^B^ гибридов Т.durum х T.timopheevii

Цитологическая!Изучено!Мейотичес- »Фертильность,!Сопряженность группа |расте- !кий .индекс,!зер/колосок !мейот.стабиль-!ний ! % ! !ность-фертиль-_ 1_!_\_!ность_

Эуплоида 31 93,6 (70,5-100,0) 0,9 (0-¿,I) -0,12

Замещенные

MOHO 29 72 I (34,4-§8,1) 0.4 (0-1,3) 0,14

ДИ 60 58.5 (14,5-94,6) (0-Í,9) 0,40xx

три 42 42 2 (I4,8-¿4,3) 0,1 (0-Í,8) -0,10

тетра 12 30.9 (9,7-6¿,7) 0.09 (0-0,5) 0,47

ная ею стерильность гамет ^ после одного возвратного скрещивания утратила свое первостепенное значение, уступив его, вероятно, дисбалансу гибридных растений по другим генетическим системам, контролирующим их половое воспроизведение.

Сравнительный анализ фертильности растений различ-

ных межвидовых скрещиваний свидетельствует, что лучшую оэер-ненность имеют триплоидные гибриды, беккрсюс на т.durum (табл.6), У гибридов культурных видов с Т.timopheevii уровень признака был ниже, а размах его варьирования уже. Оценивая долю вклада генотипов и среды в наблюдаемую вариабельность, видая, что для первых ни один из источников изменчивости не оказывает постоянно существенного влияния на результат. Для гибридов Т.аеstimm х Т.tlmopheevii ртатистичес-ки значимо влияние генотипов, а для Т.durum х T.timophee-vii - всех изученных факторов. Причем доля вклада условий максимальна по величине и в 3 раза превосходит вклад фактора "генотипы".

Представляло интерес установить причину столь сильных модификаций озерненности гибридов твердой и Тимофеева пшениц.

Таблица б

Влияние генотипов и условий на фертильность Р^В^ межвидовых гибридов пшеницы

Гибрид

!Изучено;Средний[ Доля вклада фактора

¡й" !гено-!усло- ?взаимо-

!наций ¡фертиль, , !дейст-

' !ности 1(Г) КУ) !вие ГхУ

Зп гибрида .х Т.йигшп 13 43,1 0,07х 0,16х

Т.&игит х Т.'ЫдорЬееуН 33 10,8 0,09 0,27 0,04

Т.аез1;2лгит х Т.'ЬЗ.торЬее'Р-Ц 9 2,4 0,11 -

Примечание» х - существенно не во всех статистических комплексах.

Для этого проанализирована фертильность одних и тех же гибридных комбинаций, средний уровень фертильности которых в условиях двух вегетаций различался в два раза.

Установлено (рис.3), что наиболее выраженную вариабельность озерненности имеют несбалансированные цитотипы. Дк-, три-, и тетразамещенные формы изменяли уровень фертильности

в зависимости от условий в 4,3, 5 и 16 раз соответственно. 1,1

Рис.3, Фертильность групп растений Г^В-! гибридов Г.йигиа х Т.-Ыто-рЬеетгИ в зависимости от условий: ЭП, МЗ, ДЗ, ТриЗ, ТетраЗ - эуплоид-ньгзс, моно-... те траэ вмещенных соответственно

ей- Т-П-85 сгз- Т-1-85

ЭП из дз тря Э ХройСоомнЕЯ кснситуция тетрз 3

Таким образом, цитогенетическая несбалансированность усугубляет генетический дисбаланс и обусловливает многократную изменчивость уровня фертильности

23

гибридов твердой и Ти-

мофеева пшениц в зависимости от условий.

Распределение Р^в-] интрогрессивных гибридов по уровню фертильности свидетельствует, что наличие бесплодных растений является их характерной особенностью. У триплоидных гибридов, независимо от донорного диплоидного вида, частота стерильных растений схо^а и не превышает 17% (рис.4а). Опосредованная через триплоидный мост интрогрессия от однозернянок в мягкую пшеницу имеет преимущества перед прямым переносом: класс стерильных растений меньше, а частота фертильных на 21 и более процентов цветков выше (рис.46). У гибридов T.durum х T.timo-pheevii численность самого низкофертильного класса преобладает в одних и уступает следующему классу фертильности в других условиях (рис.4в). Максимальную частоту бее.йодных растений - 62,3& имеют гибрлдо T.aestivum х T.timopheevii (рис.5).

Таким образом, в l^B-j поколении за счет полной стерильности утрачивается большая или меньшая часть рекомбинативной межвидовой изменчивости.

Пыльцевая стерильность этого поколения может явиться одной из причин бесплодия и череззерницы, поэтому второй бек-кросс рассматривается как простой путь коррекции озерненнос-ти этого поколения. Выполнение второго беккросса показало, что он в сравнении с самоопылением не изменяет уровня плодовитости триплоидных гибридов, беккросс на T.durum и T.aestivum . Неэффективность использования второго возвратного скрещивания для стерильных растений связана с их диплонтной мужской и, вероятно, диплонтной женской стерильностью. У частично озерненных растений этого поколения частота окрашенных пыльцевых зерен достаточна, чтобы реализовать их потенциальную женскую фертильность.

Оправданность использования в2 для гибридов мягкой пшеницы с T.timopheevii и однозернянками не вызывает сомнения : он многократно снижает частоту стерильных и повышает долю растений разных классов фертильности (рис.5).

Анализ сопряженности озерненности Р1В1 и F2B1 поколений показал: для наиболее низкофертильных гибридов -T.aestivum х T.timopheevii наблюдается много-, а для двух других-

24

Рис.4. Частота растений i^B-, с различным индексом фертильности а) Зп гибриды х Т.durum;

б) Зп гибридах T.aestivum (--),

гибриды AABD (-); в) гибрида Т.durum х

T.tinopheevii , вегетации: -П-85,---Т-1-8э.

62,3

Рис,5. Частота растений г^В/, Т.аез-Ытдш х т.-ЫторЬееуН (слева) .и ААБО гибридов (справа) с различным уровнем фертильности.

Е^д- самоопыление а-второй беккросс

ДЛ55.8

0,0 5,0 0,5-5,0

21-40 61-80 Индекс фвргильност», %

1-20 «-€0 81-100

почти двукратное увеличение среднего по набору гибридов значения признака (табл.?).

Таблица 7

Уровень и сопряженность фертильности Р^В-) и интрогрессивных гибридов

Гибриды

Изучено! ¡комби- Г наций !

!

Фертильность

!Частота "! сущеет-!венных !корреляций

Триплоидные, беккросс на Т.аигит

Т.йигша х Т.^торЬееуН

ИЧаев'Ылгсш х Т,"ЫторЬееуа1

II 0,78 (0,0-2,89) I 46 (0,1&-3,14) 45,0

12 0,57 (0,0-2,16) 0,95 (0,0-2,72) 37,1

9 0,15 (0,0-0,8) 0,68 (0,0-2,72) 11,1

Таким образом, за счет элиминации из гибридных популяций явно несбалансированных генотипов растений (полная стерильность) и гамет (череззернвда), наблюдается восстановление репродуктивных свойств межвидовых гибридов. Наиболее быстро оно происходит у триплоидных гибридов: уже в отсутствуют бесплодные растения. Сравнение двух скрещиваний, которые различаются плоидностью реципиентного вида показывает, что средний

26

уровень признака ниже, предела его изменчивости уже, а восстановление репродуктивных свойств более медленное, если материнским служит вид с большим числом хромосом. Это объясняется не только более выраженной цитогенетической несбалансированностью гибридов р^ , большей толерантностью мягкой пшеницы к анеупло-идии, но и, вероятно, более сложным и более отличающимся гене-, тическим контролем озерненности у Т.аез-Ытпш в сравнении с т. <1истш . Последнее подтверждается минимальной частотой существенной взаимосвязи плодовитости двух последовательных.поколений (табл.7). Начиная с з^В-] триплоидных, беккросс на твердую и мягкую пшеницу и ?2В1» р1в2 культурных пшениц с торЬее-уЦ межвидовая интрогрессия не требует экспериментального вмешательства. Популяции межвидовых гибридов могут быть предметом селекционного изучения теми методами, которые предпочитает селекционер.

Наряду с полиморфизмом интрогрессивных гибридов по морфологическим признакам, наличие форм, сочетающих иммунитет до-норных с типом колоса реципиентных видов, является свидетельством межвидовых рекомбинаций на уровне растения. Задача по обоснованию стратегии отбора иммунных рекомбинантов успешно решена. Установлено, что в качестве поколения отбора целесообразно использовать относительно самофертильные всех, за исключением гибридов мягкой и Тимофеева пшениц. В последнем случае это Р^ или Р2В2 генерация. Частота нужного фенотипа составила 10"^ в триплоидных, беккросс на твердую и мягкую пшеницу и гибридах Т.аев-Ылгшэ х Т.^ЫпорЬевтИ - В гибридах Т.йигша х Т^з.иорЬ.ееуИ она на два порядка ниже, вероятно, вследствие активности нескольких геноз-модифика-торов.

Таблица 8 резюмирует возможности межзвдовой интрогрес-сии в сравнении с известными до выполнения настоящего исследования. Из-за противоречивости имеющихся в литературе сведений, в качестве известных использованы уровни признаков, полученные на генетически сходном материале, без использования позднее предложенных нами приемов экспериментального вмешательства.

На этапе получения Р^ многократное увеличение признака

27

• . . Таблица 8

Возможности повышения эффективности интрогрессии . межлу видами рода Тг1"Ысит

Этап интрогрессии

¡Т.дшяш х Т.йигит х'Т.аев^уит } timoph.ee- ;однозернян-!х Т.^то-|уЛ■ ,1 !ки, П_!рЬееуП.,Ш

!_Уровень признака_

I Г2

! I ! 2 ! I ! 2

1. Получение ,%

2. Выполнение,Вц ,%

3. Выход растений из зерен Р^В^ , %

4. Фертильность растений Р^в^

Повышение эффективности интрогрессии, крат.

50,0 6,4 30,6 18,9 47,9 3,4 14,2 0,5 2,4 3,3 9,5

5,0 29,9 • -

- . 30,0 48,3

- / 2,4 7,7

25,0 23,0

37,1

Примечание: I - известный; 2 - достигнутый уровень признака.

достигается путем использования способствующих'' совместимости условий, или раннего 5-ти кратного опыления (гибрида.Ц и Ш соответственно). В 2,9-4,8 раза повышается результативность в результате двукратного для I и трехкратного для П и 1Л гибридов опыления с начала их цветения. Использование эмб-риокультуры позволяет повысить выход растений из зерен у^в^ Ш) на 18,2$. Увеличение фергильности Б^в^ возможно путем использования способствующих ей условий (гибрида,Г, Т-1 вегетация), либо второго беккросса (гибриды 1,Ш). . .

Таким образом, простые и производительные приемы повы-/ шают эффективность межвидовой интрогрессии в 23,0-37,1 крат.

ОСНОВНЫЕ выводу

Многоплановые исследования гибридов между культурными

28"

и репродуктивно изолированными видами рода Ttiticum позволили предложить решения проблем интрогрессивной гибридизации, сформулировать новые.представления об ее особенностях й возможностях в создании оригинальных исследовательских моделей, а также генетической гетерогенности для практической селекции пшеницы и сделать следующие выводы:

1. При получении гибридов AABd модификационная изменчивость имеет равный с генотипической, а остальных - преобладающий вклад в вариабельность межвидовой несовместимости.Независимо от условий статистически значимый вклад в изменчивость результатов получения триплоидных гибридов имеет взаимодействие "матери х отцы" и разнообразие отцов, гибридов мягкой пшеницы с t.timopheevii и диплоидными видами - материнских и обоих родительских форм соответственно. Несовместимость мягкой и Тимофеева пшениц преодолевается, а мягкой пшеницы и однозернянок существенно снижается путем раннего многократного опыления. Виды Т.durum и Т.tiaopheevii совместимы.

2. Плоидность реципиентного вида не оказывает значимого влияния на конъюгацию хромосом у гибридов F/| с T.timopheevii. Триплоидные гибриды имеют ожидаемое и сходное число бивалентов в Mj мейоза; существенное (до 3,5ц> снижение конъюгации у гибридов AABd обусловлено эффектом генетического материала однозернянок. По частоте существенного влияния и доле вклада в фенотипическую вариабельность синапсиса хромосом у интрогрессивных гибридов в роде Гритикум модификационная изменчивость имеет преимущества перед генотипической; в конкретных условиях произрастания изменчивость коньюгации хромосом у гибридов культурных видов с T.timopheevii определяется разнообразием сортов, у триплоидных - взаимодействием родительских форм.

3. Модификационная изменчивость превосходит генотипичес-кую по доле вклада в вариабельность результата Bj интрогрессивных гибридов. Влияние условий опосредовано, в частности, через динамику цветения: повторное опыление статистически значимо повышает результативность первого беккросса. Использование разнообразия сортов, в качестве рекуррентных родите-

29

лей, не следует рассматривать как путь повышения межвидовой интрогрессии на этапе Bj. Опосредованный перенос генетического материала T.timopheevii в мягкую пшеницу через ее гибрида с Т.durum без эмбриокультуры невозможен; триплоидные гибрида могут служить мостом при передаче наследственного материала однозернянок в T.aestivum . Судя по результату Bp обратная, от мягкой в Тимофеева пшеницу, ингрогрессия затруднена существенно более, чем прямая; от Т.durum в однозернянки она невозможна.

4. Гаметофитный отбор, ограничивает разнообразия гамет триплоидных и Т.durum х T.timopheevii гибридов по числу хромосом; их спектр и относительная частота не зависят от условий выращивания растений и не определяют кодификационную изменчивость результата Bj. Растения 'S 2 гибридов твердой и Тимофеева пшениц не имеют преимуществ перед F^B^ по разнообразию хромосомной конституции. Сходный результат первого беккросса Зп гибридов на Т.durum и I.aestivum обусловлен одинаковым спектром функционально способных гамет, реализуемым рекуррентными родителями разного уровня плоидно-сти.

5. Генетический материал хромосомы диплоидных видов, не гомологичной хромосомам т.durum, присутствует у 63,5% гамет F-] в виде моносомного дополнения и замещения. Явление частичной или полной реституции у триплоидных гибридов, наблюдаемое с частотой 8,7%, благоприятствует рекомбиногенезу между однозернянками к Г.durum Результатом моно-... тетра-замещения по негомологичным хромосомам родительских видов является 85,1% яйцеклеток F^ ( Т.durum х i.timopheevii ),

6. Для I^B-j гибридов мягкой и Тимофеева пшениц характерна эмбриональная несовместимость. Использование условий,способствующих семягенезу и выживанию проростков, а также культивирование незрелых зародышей - пути повышения выхода растений этого поколения. Действенность метода эмбриокультуры определяется условиями выращивания донорных растений и отзывчивостью генотипов на культивирование in vitro.

7. Нерегулярность мейоза f^b^ интрогрессивных гибридов не может рассматриваться в качестве основной причины снижения

30

плодовитости. Роль изученных факторов в вариабельности озер-ненности f1b1 зависит от исходных родительских видов. В качестве главных выступают: .условия среды (гибрида Т.durum х T.timopheevii ), генотипическое разнообразие - T.aestivum х T.timopheevii , либо оба фактора, а также их взаимодействие не обеспечивают существенной коррекции фертильности - 3 а гибриды, беккросс на т.durum и T.aestivum . Использование второго возвратного скрещивания, как способа повышения плодовитости триплоидных гибридов, беккросс на твердую и мягкую пшеницу, нецелесообразно и оправдано, кратным снижением частоты стерильных растений у гибридов T.aestivum с однозернянками и пшеницей Тимофеева.

8. Частота существенных корреляций фертильности ^b-j -поколений межвидовых гибридов, вероятно, отражает степень различий родительских видов по генетическим системам, контролирующим их воспроизводительные свойства. В соответствии с ней и в порядке ее снижения, гибриды ранжируются следующим образом: триплоидные, беккросс на т.durum , твердой и мягкой пшеницы с T.timopheevii . Опосредованная через три-плоидшй мост интрогрессия генетического материала однозернянок в твердую и мягкую пшеницу, начиная с F^B-j не требует экспериментального вмешательства; как правило, самофертильны F2Bi и Fi В £ гибридов культурных видов с T.timopheevii.

9. F^B-) гибридов тетраплоидного культигена с репродук-тивно изолированными видами рода 'Тритикум отличается большим разнообразием морфотипов, чем гексаплоидного. Морфологические признаки колоса растений F-jB-j не определяют уровень их фертильности; названные особенности, вероятно, контролируются независимо.

10. Отбор иммунных к стеблевой ржавчине межвидовых реком-бинантов целесообразно проводить с т??_д<\ триплоидных, беккросс на твердую и мягкую пшеницу и Т.durum х T.timopheevii а также в относительно фертильных Fj3i и ?2В2 ПОКОлениях гибридов мягкой и Тимофеева пшениц. Частот? иммунных фррм^ср-ставляет не,менее Ix 10"2 во всех гибридах,кроме Т.durum ж Т. tiaopheevii. В последнем случае частота желаемого фено-

типа снижена до ЗхЮ"^, вероятно, вследствие активности не-

31

скольких генов - модификаторов.

II. Предложенные приемы и методы позволяют в 23,0-37,1 крат повысить эффективность интрогрессии генетического материала однозернянок и пшеницы Тимофеева в культурные виды рода Triticum.

Список публикаций по теме диссертации

1. Козловская В.3>., Григорьева Л.П. Скрещиваемость, ав-тофертильность гибридов F^ и успех беккроссирования при гиб-, ридизации Triticum durun Desf. с Triticum timopheevii Zhuk. //Защита растений на Алтае. Новосибирск, 1984. С.3-13.

2. Козловская В.f. Цитогенетическое изучение межвидовых гибридов Triticum durum Desf. х Triticum boeoticum Boiss. Сообщение I. Особенности и изменчивость конъюгации хромосом у гибридов у,] //Цитология и генетика. 1985. T.I9. № 3.

С.163-167.

3. Козловская В.Ф. Цитогенетическое изучение межвидовых гибридов Triticum durum Desf. х Triticum boeoticum Boisa. Сообщение II. Цитологический анализ потомства первого беккрос-са//Цитология и генетика. 1985. Т.19. if» 5. С.347-351.

4. Козловская В.Ф. Роль генотипа и среды в получении гибридов при скрещивании сортов твердой пшеницы с дикой однозернянкой //Сиб.вестник с.-х.науки. 1985. ¡$> 2. С.30-34.

5. Козловская В.Ф., Григорьева Л,П. Фертильность потомства первого беккросса ( T.durum Desf. х Т.timopheevii Zhuk) в зависимости от генотипического разнообразия видов и условий выращивания //С.-х.биология. 1985. № 3. С.77-79.

6. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Селекционная ценность гибридов F2 и F^B-] от скрещивания Triticum durum Desf. х Triticum timopheevii Zhuk. //Селекция и семеноводство в Алтайском крае. Новосибирск, 1985. C.I3-25.

7. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Получение и жизней способность трзхвидовых гибридов (Triticum durum Desf. х T. timopheevii Zhuk.) x T.aestivum £. //Селекция и ее генетические ресурсы на Алтае. Новосибирск,1985. С.7-10.

8. Козловская B.i., Григорьева Л.П., Фомина М.М. Влия-

32

ние супероптимальных температур на рекомбиногенез у межвидовых гибридов Fi (т.durum Desf. х Triticum timopheevii Zhuk.) //Физиология и развитие растений в условиях Сибири: Оперативные информационные материалы. Иркутск, 1985. С.43-46.

9. Козловская В.5. Изменчивость результатов получения триплоидных межвидовых гибридов пшеницы//Селекция и генетика с.-х.культур на Алтае. Новосибирск, 1986. С.40.

10. Козловская В.Ф. Цитогенетика рекомбинаций у межвидовых гибридов Triticum durum Desf» х Triticum timopheevii Zhuk //Рекомбиногенез: его значение в эволюции и селекции. Кишинев: Штиинца, 1986. С.86-89.

11. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Генетическая и моди-фикационная изменчивость результата возвратного скрещивания гибридов Triticum durum Desf. х Triticum timopheevii Zhuk. //Генетика. 1986. Т.22. № 10. С.2469-2476.

12. Козловская В.Ф. Цитологические особенности и фертиль-ность растений F-jB-j триплоидных гибридов в связи с результативностью беккросса//Докл.ВАСХНИЛ. 1986. № 10. С.12-15.

13. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Особенности реализации женских гамет F^ межвидовых гибридов Triticum durum ' Desf. х Triticum timopheevii Zhuk. //Гаметная и зиготная селекция растений. Кишинев: Штиинца, 1987. С.63-66.

14. Козловская В.Ф., Шатилова Н.В. Получение, жизнеспособность и фертильность первых поколений гибридов Triticum aestivum L. х Triticum durum Desf. //Сиб.вестн.с.-х.науки. 1987. № 5. С.39-44.

15. Козловская В.Ф. Цитологическая стабильность и фертильность растений F^B-| межвидовых гибридов Triticum durum Desf. х Triticum boeoticum Boiss. //Селекция и семеноводство в Сибири и на Дальнем Востоке; Новосибирск, 1987.

С.21-30.

16. Козловская В.Ф. Цитологический анализ сортов твердой пшеницы и их гибридов F^ от диаллельных скрещиваний// Селекция с.-х.культур в Алтайском крае. Новосибирск, 1988. С.38-49.

17. Козловская Б.ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В.Воз-можность отбора устойчивых к стеблевой ржавчине форм в пер-

33

вых поколениях межвидовых гибридов твердой пшенищ //Селекция с.-х.культур в Алтайском крае. Новосибирск, 1988. С.49-59.

18. Козловская В.Ф., Шатилова Н.В. Цитологическое изучение интрогрессивных линий твердой пшеницы//Исходный-материал и методы его создания для селекции полевых культур.Новосибирск, 1988. С.21-25.

19. Козловская В.Ф. Пути интрогрессии генетического материала однозернянок в твердую пшеницу//Цитогенетика зерновых культур. Таллинн: Академия наук Эстонии, 1990. С.42-48.

20. Козловская В.Ф., Шатилова Н.В. Особенности синапси-са и элиминации унивалентных хромосом у гибридов F^ мягкой пшеницы с интрогрессивными линиями -т.durum //Цитогенетика зерновых культур. Таллинн: Академия наук Эстонии, 1990.

С.49-55.

21. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В.Использование межвидовой гибридизации для создания новых источников устойчивости к стеблевой ржавчине//С.-х.биология. 1990. № I. С.65-71.

22. Козловская В.Ф., Барышева Н.В. Использование генетического анализа устойчивости к стеблевой ржавчине в селекции твердой пшеницы //Селекция и генетика с.-х.культур на Алтае. Новосибирск, 1990. С.43-50.

23. Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Уровень и сопряженность фертильности F/jB-i и f2b-i отдаленных гибридов пшеницы //Селекция и генетика с.-х.культур на Алтае. Новосибирск, 1990. С.50-58.

24. Козловская В.Ф., Шатилова Н.В. Цитологические особенности и фертильность F-) мягкой пшенииу с интрогрессивными линиями т.durum //Исходный материал и методы его создания для селекции полевых культур. Новосибирск, 1990. С.8-14.

25. Козловская В-Ф., Мусалитин Г.М. Изменчивость результатов гибридизации T.aestivum L. с Triticun timopheerii Zhuk //Генетика. 1992. Т.29. № 9. С.97-104.

26. Козловская В.Ф. Селекционное значение межвидовой интрогрессии устойчивости к заболеваниям в роде Triticum //Генетические ресурсы и селекция растений на устойчивость

34

к стресс;/: Тез .докл.Советско-Шведского симпозиума. Новосибирс 1992. С.24-26.

27. Козловская В.Ф. Преодоление межвидовой несовместимости пшениц //Рос.вестн.с.-х.науки. 1992. № 6. С.18-19.

28. Козловская В.Ф. Селекция иммунных сортов пшеницы (роль интрогрессивной гибридизации)//Проблемы устойчивости земледелия в Алтайском крае. Новосибирск, 1992. С.67-77.

29. Козловская В.Ф., Мусалитин Г.М. Эмбриональная несовместимость как главная причина нежизнеспособности семян ^ЗЦ гибридов Тг^1сшп aestivum Ь. х Тг1-Ысиш ■ЫшорЬееуН Zh.uk. //Сиб.вестн.с.-х.науки. 1992. № 3. С.32-36.

30. Козловская В.Ф., Мусалитин Г.М. Пути повышения эффективности интрогрессии генетического материала ТггЫсит Ъ1зпорЬееу3.1 гЬик. в мягкую пшеницу на этапе выполнения первого беккросса//Генетика. 1993. Т.29. № I. С.177-185.

31. Козловская В.Ф., Мусалитин Г.М. Использование эмбри-окультуры при получении растений первого поколения первого беккросса межвидовых гибридов пшеницы //Рос.вестн.с.-х.науки. 1993. № 5. С.14-17.