Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменчивость мейоза при внутривидовой и межвидовой гибридизации пшеницы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость мейоза при внутривидовой и межвидовой гибридизации пшеницы"

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи

ШНАЙДЕР Тамара Михайловна

УДК 633.1:575.123:631.523

ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕИОЗА ПРИ ВНУТРИВИДОВОЙ И МЕЖВИДОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ ПШЕНИЦЫ

03.00.15 — генетика

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Киев —

1989

Работа выполнена в Институте экспериментальной биологии Академии наук Эстонской ССР.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, академик АН УССР Ю. Ю. Глеба, доктор биологических наук И. Н. Голубовская, доктор биологических наук А. Ф. С т е л ь м а х.

Ведущая организация — Институт генетики и цитологии АН БССР.

Защита диссертации состоится «....» ......................... 1989 г.

в ......... часов на заседании Специализированного совета Д 016.57.01 по

защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Институте физиологии растений и генетики АН УССР по адресу: 252022, г. Киев, 22, ул. Басильковская, 31/17.

С научным докладом можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии растений и генетики АН УССР.

Научный доклад разослан «....» .................... 1989 года.

Уч:ный секретарь Специализированного совета I] ¡/

доктор биологических наук/у) [^ЛОЫ/УА. М. Силаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для эффективного перевода селекции на научную основу, принципы которой были заложены и развиты работами Н. И. Вавилова, А. А. Сапегина, В. Я. Юрьева, П. П. Аукьяненко, В. С. Пустовойта, М. И. Хад-жинова и других советских ученых, необходимо дальнейшее развитие теоретических и прикладных исследований, позволяющих более успешно решать важнейшие проблемы сельского хозяйства и биологической науки в целом. В связи с этим значительно возрастает актуальность разработки методов и приемов селекции зерновых культур на комплекс признаков — повышенную продуктивность, улучшенное качество зерна, высокую устойчивость к болезням, вредителям и т. д. Для этой цели используют различные методы селекции, весьма перспективными из которых являются методы отдаленной гибридизации и хромосомной инженерии. Успешные исследования в этом направлении привели к созданию линий и сортов мягкой пшеницы с хозяйственно ценными признаками, в том числе с устойчивостью к болезням, на основе гибридизации с видами родов Aegilops, Agropy-ron, Secale (Riley et al., 1968; Скурыгина, 1970; Sears, 1973; Feldman, Sears, 1981; Law, 1981; Sharma, Gill, 1983; Driscoll, 1984; Worland, 1987). До сих пор виды подтрибы Triticinae— Triticum timopheevii, Т. militinae, Т. persicum, Т. dicoccum, обладающие хозяйственно ценными свойствами, еще недостаточно используются в селекции пшеницы на устойчивость к болезням. В значительной степени это обусловлено различиями в структуре и функциях хромосом скрещиваемых видов, что осложняет и затрудняет получение межвидовых гибридов и выделение ценных в селекционном отношении форм в результате интрогрессии. Различия в структуре кариотипов и функциональной организации геномов у растений находят свое отражение в морфогенетичеекпх процессах онтогенеза и могут быть диагностированы по его завершающей фазе — прохождению мейоза. Анализ мейо-

за позволяет оценить взаимодействие хромосомного материала родительских форм. От характера протекания мейоза, конъюгации и расхождения хромосом зависят сбалансированность набора хромосом и жизнеспособность гибридного потомства. Изучение этапов мейотического деления дает возможность судить о гомологии и гомеологии хромосом и геномов скрещиваемых видов, их происхождении, эволюции и филогенетических связях (Фадеева, 196с). В случае совместимости геномов бивалентная конъюгация хромосом в ме-тафазе первого деления (М1) обеспечивает нормальное прохождение мейотических процессов, фертильность пыльцы и озерненность растений. Изучение гомологии хромосом и геномов у скрещиваемых форм и выявление роли отдельных хромосом в регуляции мейоза позволяют прогнозировать течение онтогенетических процессов в гибридном потомстве и наилучшим образом управлять репродуктивной системой растений в ходе селекционного процесса.

Цель и задачи исследований. Основной целью настоящей работы явилось изучение особенностей взаимодействия хромосом и геномов в мейозе, характера и степени его изменчивости у внутривидовых, межвидовых и межродовых гибридов Бь полученных от скрещивания между еще недостаточно изученными видами подтрибы ТгШстае.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

— установить характер и степень изменчивости мейоза в зависимости от конкретных генотипов мягкой пшеницы. С помощью моносомного анализа изучить особенности контроля мейоза у сорта и мутанта мягкой пшеницы и идентифицировать хромосомы этих генотипов, вовлеченные в регуляцию процессов мейоза;

— у межвидовых и межродовых гибридов оценить изменчивость мейоза при введении в разную генотипическую среду гена рЬ, а также генов кц и кго;

— определить степень совместимости в мейозе генома мягкой пшеницы в зависимости от конкретных ее генотипов с геномами тетраплоидньгх видов пшеницы и культурной ржн на основе изучения межвидовых гг межродовых гибридов;

— в ходе сравнительного исследования мейоза у автофер-тильных и автостерильных форм ржи выяснить степень изменчивости и особенности этого процесса в связи с особенностями межродовых гибридов, полученных с их участием;

—■ использовать интрогрессию чужеродного генетическо-

го материала подтрибы ТгШстае для создания устойчивых к болезням константных форм мягкой пшеницы, пригодных для практической селекции.

Научная новизна и практическая ценность. Впервые применен сравнительный метод для анализа характера и степени изменчивости мейоза в системной модели инбредная линия ■—■ сорт — мутант ■— гибриды И) (внутривидовые, межвидовые, межродовые).

В ходе моносомного анализа сорта яровой пшеницы Нор-рена и мутанта Т-13 (выделенного из зтого сорта под действием химического мутагена) с использованием моносомной серии сорта Чайниз Спринг выявлены различия в структуре хромосом этих генотипов и идентифицированы хромосомы, контролирующие ход мейоза.

В результате сравнительного цитогенетического анализа мейоза у таксономически и эволюционно близких тетрапло-идных видов пшеницы установлены различия по структуре кариотипов у ТгШсит иторЬееУп и ТгШсит тПШпае.

Впервые проведено комплексное исследование генетической совместимости в мейозе геномов разных видов — мягкой пшеницы, тетраплоидных видов пшеницы и ржи при участии мутанта рЬ (с делецией гена-супрессора конъюгации гомеологичных хромосом). Показана роль мутанта рЬ в индукции рекомбинации генетического материала и ее зависимость от конкретного сочетания генотипов тех или иных геномов скрещиваемых видов.

Взаимосвязь, обнаруженная у автофертильных линий ржи между частотой мультивалентов в мейозе и степенью завя-зываемости семян при самоопылении, позволила высказать предположение о том, что частичная гетерозиготность, необходимая для поддержания жизнеспособности и гомео-стаза перекрестноопыляющихся растений ржи, возможно, сохраняется у некоторых автофертильных линий за счет ге-терозиготности по структурным перестройкам хромосом.

Впервые описана необычно высокая степень изменчивости мейоза у пшенично-ржаного гибрида И1 с формированием в М1 большого числа полиплоидных и анеуплоидных клеток, клеток с высоким числом бивалентов (до 16") и мультивалентов, что может быть следствием нарушений в премейоти-ческих митозах, предшествующих образованию спороген-ной ткани, и обусловлено специфическими особенностями генотипа автофертильной линии ржи, участвующей в скрещиваниях.

Установлено, что рецессивные аллели генов мягкой пше-

ницы кг1 и кгг, контролирующие ее скрещиваемость с рожью, не оказывают влияния на ход мейоза у пшенично-ржаных гибридов Бь у которых в М1 мейоза наблюдается асинапсис.

Впервые в отдаленной гибридизации в качестве донора устойчивости к болезням был использован вид ТгШсит пнШтае и выделены интрогрессивпые линии мягкой пшеницы, устойчивые к бурой ржавчине, которые переданы в мировую коллекцию ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова для использования в качестве исходного материала при селекции мягкой пшеницы на устойчивость к болезням.

Апробация работы. Исследования проводили по плану научно-исследовательских работ Института экспериментальной биологии АН ЭССР в рамках целевой комплексной программы АН СССР «Генетические основы селекции и создания новых сортов растений и пород животных».

Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались:

— на XIII, XIV и XV международных генетических конгрессах в Беркли, США (1973), Москве (1978) и Ныо-Дели, Индия (1983);

— на Международной конференции по изучению хромосом в Хельсинки, Финляндия (1977);

—■ на Всесоюзном симпозиуме по проблемам мейоза в Новосибирске (1973);

— на всесоюзных совещаниях по химическому мутагенезу в Москве (1975, 1978, 1979, 1982, 1984);

— на III, IV и V съездах ВОГиС им. Н. И. Вавилова в Ленинграде (1977), Кишиневе (1982), Москве (1987);

— на Всесоюзном совещании по генетике развития растений в Ташкенте (1980);

— на Всесоюзном совещании по отдаленной гибридизации растений и животных в Москве (1981);

— на Всесоюзном совещании по опылению и оплодотворению растений в Ленинграде (1983);

— на Всесоюзном совещании «Роль отдаленной гибридизации в эволюции и селекции пшеницы» в Тбилиси (1985);

— на Всесоюзной конференции «Рекомбиногенез: его значение в эволюции и селекции» в Кишиневе (1985);

— на Всесоюзном совещании «Проблемы отдаленной гибридизации в селекции зерновых культур» в Москве (1986);

— на II, III и IV съездах Эстонского республиканского общества генетиков и селекционеров в Таллинне (1976, 1981, 1986);

— на теоретическом семинаре отдела генетики растений Института биологии АН Латвийской ССР в Саласпилсе (1988).

Результаты и методы исследований демонстрировались на ВДНХ СССР в Москве (1983) и на ВДНХ ЭССР (1982).

За работу «Генетические основы использования химического мутагенеза и отдаленной гибридизации в селекции зерновых» диссертанту в составе группы сотрудников Института экспериментальной биологии АН ЭССР была присуждена Государственная премия Эстонской ССР за 1987 г.

Структура раооты. Диссертация изложена в форме научного доклада и включает 12 таблиц и список опубликованных по теме диссертации научных работ (2 монографии, 37 статей и 15 тезисов научных докладов), ссылки на которые приведены в тексте в квадратных скобках.

ОСОБЕННОСТИ МЕЙОЗА У СОРТОВ, МУТАНТОВ И ВНУТРИВИДОВЫХ ГИБРИДОВ F, МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Мейоз — фундаментальный внутриклеточный процесс, лежащий в основе полового размножения и смены фаз жизненного цикла у эукариот. На протяжении столетия со времени открытия мейоза познание процессов конъюгации, рекомбинации и сегрегации хромосом составляет основную и первостепенную задачу цитогенетики. Именно цитологический механизм мейоза лежит в основе закономерного наследования особенностей организма при половом воспроизведении, при котором характер наследования в первую очередь определяется типом конъюгации и расхождения хромосом. Изменчивость мейотического деления у вида может быть обусловлена рядом факторов — генным контролем ключевых этапов мейоза, генотипическими особенностями данного конкретного сорта, линии, формы и условиями выращивания растений (температура, влажность, освещенность). При этом степень изменчивости процессов мейоза ■— отклонения от бивалентной конъюгации и характер распределения хромосом — определяется не только кариотипиче-скими особенностями скрещиваемых видов, но и свойствами отдельных генотипов в пределах вида. Концепция генного контроля мейоза наряду с ролью генотипа и влиянием условий выращивания в определении особенностей этого процесса освещена в работах многих исследователей (Beadl, 1930; Darlington, 1932; Сапегин, 1933; Sears, 1954; Сказкин, Завадская, 1957; Любимова, 1958; Хвостова, Шкутина, 1973;

Голубовская, 1975, 1983; Смирнов, Соснихина, 1984; Щапова и др., 1986, 1987; Jouve, Montero, 1988 и др.).

Выяснение закономерностей поведения хромосом в мейо-зе, познание генетического контроля конъюгации, рекомбинации и расхождения гомологичных хромосом дают возможность осуществлять планомерный синтез растительных форм на основе отдаленной гибридизации и разрабатывать новые подходы к решению проблем общей и частной генетики сельскохозяйственных растений.

АНАЛИЗ МЕЙОЗА У ГИБРИДОВ F,, ПОЛУЧЕННЫХ ОТ СКРЕЩИВАНИЯ МУТАНТОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ С ИСХОДНЫМ СОРТОМ

Изучение особенностей поведения хромосом в мейозе у сортов, гибридов и мутантов пшеницы позволяет определить их генетический потенциал и генетическую природу, поскольку стабильность мейоза тесно связана с нормальным онтогенезом растений и обеспечивает формирование таких важных в хозяйственном отношении признаков, как фер-тильность, озерненность, масса семян и т. д. У разных генотипов мягкой пшеницы этапы мейоза сходны в основных чертах, но имеются и свои особенности, рассмотрение которых позволяет судить о степени изменчивости мейоза в пределах вида. При ранних исследованиях мейоза у сортов мягкой пшеницы обычно ограничивались определением частоты клеток с унивалентами. Но и тогда, несмотря на то, что систематическое изучение степени изменчивости мейоза не проводилось, уже были установлены различия между сортами мягкой пшеницы по степени нестабильности мейоза и высказаны предположения о генетической обусловленности этих нарушений (Myers, Powers, 1938; Love, 1951; Mac Key, 1954; Riley, Kimber, 1961).

С целью выявления цитологических особенностей индуцированных мутантов пшеницы Т-36, 0-495 и К-46, выделенных под действием химических мутагенов из сорта яровой пшеницы Норрена, проводили цитологический анализ мейоза при микроспорогенезе в поздних поколениях (Miс—М12) этих мутантов. Мутанты скрещивали с исходным сортом Норрена и у гибридов первого поколения исследовали материнские клетки пыльцы (МКП) и учитывали среднее число на клетку открытых и закрытых бивалентов, унивалентов и мультивалентов в Ml, клеток с мостами и фрагментами в анафазе первого деления (AI) и мейотический индекс. Было установлено, что у гибридов и мутантов в мейоцитах име-

лось по 19—21 биваленту (в среднем на клетку — 20,9). Число открытых бивалентов варьировало от 1 до 6, причем наиболее часто встречались клетки с 1-—3 открытыми бивалентами. Среднее число унивалентов на клетку было низким, в основном униваленты наблюдались в клетках с конфигурацией 20" + 2', 19" + 41 и 19" + 11П+1|. По среднему числу унивалентов и бивалентов на мейоцит изученные мутанты и гибриды существенно не различались. Они почти не отличались и от исходного сорта, однако у мутантов, в особенности у гибридов, мультивалентные ассоциации встречались чаще, чем у сорта Норрена. Незначительное снижение стабильности онтогенеза и, возможно, гомеостаза у мутантов могло отразиться и на ходе мейоза. У мутантов 0-495, Т-36 и у гибридов Норрена ХО-495, 0-495ХНоррена и Т-36 X Норрена отмечено появление гетероморфных бивалентов, возникновение которых может быть связано с микроаберрациями хромосом. У мутантов и гибридов в А1 число МКП с мостами, фрагментами и отстающими хромосомами во всех вариантах опыта было выше, чем у сорта Норрена, однако уровень нарушений был сравнительно невысоким и не отразился на стадии формирования тетрад [1—5, 7, 11, 18, 25].;

Проведенные исследования показали, что ход мейоза у сорта, индуцированных мутантов и гибридов был достаточно стабильным, что обеспечило высокую фертильность и продуктивность мутантных растений.

АНАЛИЗ МЕЙОЗА У ВНУТРИВИДОВЫХ ГИБРИДОВ Б, МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ПОМОЩЬЮ МОНОСОМНОЙ СЕРИИ ЧАЙНИЗ СПРИНГ

Для изучения сходства кариотипов сорта мягкой пшеницы Норрена и мутанта Т-13 со стандартной серией сорта Чайниз Спринг был использован метод моносомного анеу-плоидною анализа. У гибридов Бь полученных от скрещивания мсносомной серии Чайниз Спринг с мутантом Т-13 и сортом Норрена, исследовали мейоз с целью определения роли отдельных хромосом в регуляции хода мейоза и выявления обменов хромосом. Одновременно проводили анализ устойчивости мутанта Т-13 и исходного сорта Норрена к бурой ржавчине [9, 10, 14, 21] и идентифицировали хромосомы, контролирующие количественные признаки •— длину стебля, длину и плотность колоса, число колосков в колосе, массу зерна в колосе у сорта и мутанта [16, 19, 54].

В настоящее время известно, что сорта пшеницы отличаются друг от друга по структуре кариотипов, а именно по

транслокациям. Это было установлено на основе изучения мейоза у межсортовых гибридов Fi и определенных гибридных комбинаций, которые характеризовались мультива-лентными ассоциациями хромосом в MI, что свидетельствует о гетерозиготности по транслокациям (Okamoto, Sears, 1962; Riley et al., 1967; Larsen et al., 1974., Vega, Lacadena, 1982, 1983; Fominaya, Jouve, 1985, 1986; Vega et al., 1987; Lange et al., 1987).

Транслокацин можно рассматривать как механизмы, обеспечивающие внутривидовую дифференциацию кариотипов, изменчивость и совершенствование групп сцепления в эволюции пшеницы. Наличие транслокаций выявляется при изучении особенностей конъюгации хромосом в мейозе у гибридов Fi, полученных от скрещивания исследуемого сорта с серией моносомных линий или с сортом-тестером.

Проведенный нами цитологический анализ мейоза у гибридов Fi (как моносомных, так и дисомных) показал, что процесс конъюгации у них проходил с большими нарушениями, чем у родительских форм, и связи между конъюги-рующими хромосомами были значительно слабее, чем у сорта Норрена и мутанта Т-13. Если у сорта Норрена среднее число открытых бивалентов на клетку равнялось 0,8, а у мутанта Т-13 — только 0,6, то у гибридов Fi Чайниз Спринг-моноХ Норрена и Чайниз Спринг-моноХТ-13 оно было гораздо выше и составило в среднем по 2—3 бивалента на клетку (табл. 1 и 2). Ослабление связей между конъюгирую-щими хромосомами приводило к преждевременному расхождению отдельных бивалентов и нарушало синхронность дальнейшего хода мейоза. Определение процента клеток с нормальной конъюгацией хромосом в MI у моносомных гибридов Fi (20"+ 1') позволило установить влияние отдельных хромосом сорта Норрена и мутанта Т-13 на процесс конъюгации. Исходя из частоты клеток с закрытыми бивалентами и повышенным числом унивалентов, можно сделать вывод о том, что у гибрида Чайниз Спринг-моно X Норрена норма/ ьному прохождению спаривания способствуют хромосомы 1В и 3D, а значительно ослабляют его по сравнению с днсомным гибридом Чайниз СпрингХ Норрена хромосомы 4А и 4В (табл. 1).

У моносомных гибридов Чайниз Спринг-моноХТ-13 отмечено положительное влияние на ход мейоза хромосом 5А, 1В и 7В и отрицательное — хромосомы ЗВ по сравнению с дисомным гибридом (табл. 2).

Особенности конъюгации хромосом в М1 мейоза у гибридов Г Чайииз СприигХНорргна

Линия Про- 21 и, 2011 + 1', Клеток Клеток Среднее смотре- % % с дополнит, с муль- число от-

но МКП унивален- тивален- крытых би-

тами, % тами, °/о валентов на клетку

1А 18 66,0 33,3 0 2,4

2А 77 81,8 14,2 3,9 3,7

ЗА 74 79,7 12,1 8,1 2,8

4Л 42 28,5" 35,7 42,8 2,9

5А 145 75,1 24,1 3,4 3,0

6А 95 84,3 15,6 0 2,6

7А 76 89,4 10,5 3,9 2,4

1В 93 94,6" 2,1 3,2 2,2

2В 67 82,0 16,4 1,4 2,8

зв 90 77,7 20,0 2,2 3,6

4В 92 63,0* 34,7 2,1 3,3

5В 30 73,3 23,3 0 2,5

6В 85 81,1 15,2 2,3 3,5

7В 75 90,6 9,3 0 1,9

т 102 77,4 19,6 3,9 3,5

2Б 64 70,3 29,6 0 2,5

ЗБ 62 93,5' 6,4 0 2,3

40 89 78,6 16,8 5,6 3,2

50 96 79,1 17,7 6,2 1,9

6Б 87 83,9 12,6 4,6 3,0

70 83 87,9 10,8 1,2 2,4

ЧС дис. X

Норрена 88 79,5 15,9 3,4 4,1

Норрена 64 98,4 1,5 0 0,8

Чайниз

Спринг 66 90,9 7,5 1,5 1,8

Достоверность различия от дисомного Бр * Р<0,05, ** Р<0,01.

У сорта Норрена и мутанта Т-13 характер прохождения мейсза был сходным, однако с помощью мокосомного анализа были выявлены разные генотипическпе потенции сорта и мутанта е передаче потомкам типа мейоза. При скрещивании сорта и мутанта с моносомной серией были определены особенности генотипов в контролировании хода мейоза — у моносомных гибридов И] от скрещивания серии Чайниз Спринг с сортом и мутантом аномалии мейоза были различными при моносомии по разным хромосомам. Таким образом, моносомный анализ как генетический метод приобре-

Особенности конъюгации хромосом в М1 мейоза у гибридов Г Чайниз СпрннгХ мутант Т-13

Линия Про- 21", 2014-11, Клеток Клетск Среднее

смотре- % % с дополнит. с муль- число от-

но МКП унивален- тиЕален- крытых би-

тами, % тами, % валентов

на клетку

1А 73 87,6 10,9 0 2,2

2А 13 84,6 15,3 0 2,9

ЗА 42 90,4 7,1 4,7 1,9

4А 35 80,0 20,0 2,8 4,0

5А 54 96,3" 3,7 0 1,8

6А 41 73,1 24,3 2,4 4,3

7А 141 86,5 7,0 0,7 2,7

i В 105 90,3* 6,7 2,9 2,6

2В 68 89,7 7,3 2,9 2,9

ЗВ 71 53,5" 45,0 2,8 4,9

4В 103 69,9 25,2 6,8 3,6

5В 65 89,2 7,6 1,5 2,2

6В . 96 81,2 10,4 11,4 2,8

7В 95 92,6- 5,2 2,1 2,5

т:: 35 91,4 . 8,5 2,8 2,7

3D 76 81,5 15,7 2,6 3,2

4D 65 78,4 20,0 3,0 3,0

5D 65 86,1 10,7 4,6 2,1

7D 67 85,0 5,9 10,4 2,6 •

ЧС дис.Х

Т-13 71 77,4 19,7 2,8 3,2 .

Т-13 67 100,0 0 0 0,6

Чайниз

Спринг 66 90,9 7,5 1,5 1,8

Достоверность различия от дисомного F¡: * Р<0,05, " Р<0,01.

тает особую ценность, поскольку позволяет анализировать каждый конкретный генотип путем сравнения с другим генотипом н выявлять специфику этих генотипов в отношении степени изменчивости мейоза.

Появление тетравалентов в М1 мейоза у гибридов Р[ указывает на различие между родительскими формами по ре-ципрокной транслокации. Цитогенетиками пшеницы было установлено, что у гибридов с «критической» линией, моно-сомной по хромосоме, которая участвует в транслокации, в части МКП, как правило, наблюдается тривалентная конфи-

гурация (без унивалентов), в то время как у растений остальных линий в мейоцитах встречаются только тетрава-ленты или триваленты с унивалентами (Моррис, Сире, 1970; Ьагвеп, 1973; ЬМе-Ьаигэеп, Ьагэеп, 1974; Ва1ег е1 а1., 1974).

В нашем материале у ряда моносомных гибридов отмечалась сравнительно высокая частота тривалентов без унивалентов (табл. 3), что позволило считать указанные линии «критическими». На основании этих данных можно предположить, что у сортов Норрена и Чайниз Спринг в реципрок-ные транслокации вовлечены хромосомы 4А, 1В, 2В, Ш, 4В и 6Б, а у мутанта Т-13 по отношению к сорту Чайниз Спринг в обменах участвуют хромосомы ЗА, 1В, 4В, 6В, ЗЭ и 7Б. Необходимо отметить, что у сорта Норрена и мутанта Т-13 в М1 мейоза вообще не наблюдалось мультивалентов.

Таблица 3

Частота тривалентов в М1 мейоза у моносомных гибридов

ЧСх мутант Т-13

Линия - ЧС х Норрена 19H + 1I Линия

4А 30,95 ЗА

1В 3,22 1В

2В 1,49 4Б

1D 2,94 6В

4D 4,49 3D

6D 1,15 7D

19H + 1I

2,38 1,92 2,91 5,20 1,31 2,91

Основываясь на частоте МКП с тривалентами в Ml мейоза (табл. 3), можно допустить, что реципрокные обмены у сортов Норрена и Чайниз Спринг захватывают пары хромосом 4A/4D, 1B/1D и 2B/6D, а у мутанта Т-13 и сорта Чайниз Спринг — 6B/7D, ЗА/4В и 1B/3D. Лишь одна транслокация, а именно 4A/4D, включает значительный сегмент хромосомы 4А, в остальных же обменах принимают участие лишь небольшие терминальные участки хромосом, о чем можно судить по частоте тривалентов без унивалентов в «критических» линиях [12—14, 32, 44, 54].

Цитологический анализ AI показал, что у моносомных гибридов Fi наблюдалось в среднем 30—45% клеток с одним унивалентом и около 50% клеток имели нарушения различного характера — мосты, фрагменты, отставшие хромосомы. По частоте нарушений в AI моносомные гибриды Fi достоверно превосходили как дисомные гибриды Fi, так и роди-

тельские формы. Снижение плотности конъюгации и повышение уровня асинапсиса или десинапсиса у межсортовых гибридов Fi, очевидно, обусловлены генотипическими особенностями скрещиваемых сортов и эффектами каждой из хромосом в регуляции системы мейотического спаривания.

Между сортом Норрена и мутантом Т-13, выделенным из этого сорта под действием химического мутагена, не имеется видимых морфобиологических различий (мутант отличается от исходного сорта более высокой продуктивностью и устойчивостью к бурой ржавчине). Проведенный с помощью моносомной серии анализ мейоза дает основания полагать, что сорт Норрена и мутант Т-13 отличаются как друг от друга, так и от сорта Чайниз Спринг по структуре хромосом, что может быть следствием мутагенного воздействия.

Более двадцати лет назад внимание цитогенетиков пшеницы впервые было обращено на эволюционное значение структурных перестроек хромосом, которые широко распространены у многих родов семейства злаковых и могут быть причиной кариотипических различий между сортами пшеницы (Baker, Mcintosh, 1966; Riley et. al., 1967). Были проведены исследования, в которых сравнивалась мономорфная структура хромосом большого числа сортов мягкой пшеницы со структурой хромосом стандартного сорта Чайниз Спринг, и было показано, что далее незначительные структурные различия в кариотипах родительских форм с близкой генеалогией могут вызвать нарушения мейоза у межсортовых гибридов (Vega et al., 1987) и что возникновение ре-ципрокных транслокаций хромосом у мягкой пшеницы следует считать не исключением, а правилом (Law, 1971; Zeller, Fischbeck, 1971; Zeller, -1973; Vega, Lacadena, 1932; Or-tis et al„ 1986; Vega et al., 1987).

Результаты проведенных исследований выявили различия по особенностям хода мейоза и структуре хромосом у разных генотипов мягкой пшеницы (сортов, мутантов, внутривидовых гибридов) и показали особую ценность метода мо-носомного анализа для сравнительного изучения специфики изменчивости мейоза у разных генотипов мягкой пшеницы [6, 8, 13, 32, 49, 54].

МЕЖВИДОВЫЕ ГИБРИДЫ ПШЕНИЦЫ

Генофонд подтрибы Triticinae обладает потенциальным резервом для улучшения хозяйственных сеойств и признаков мягкой пшеницы. При селекции мягкой пшеницы на устойчивость к болезням в качестве доноров устойчивости используют родственные виды — пырей, згилопс, виды пшеницы разной плоидкости, рожь. Выращивание на больших площадях генетически однородных сортов приводит к возникновению зппфшотий и потере этими сортами устойчивости. Природный запас генов устойчивости у мягкой пшеницы ограничен и дальнейшее повышение однородности возделываемых сортов может привести к обеднению или даже исчезновению запаса генов устойчивости данного вида. Многие виды тетраплоидных пшениц не имеют промышленного значения, ко обладают большим резервом полезных генов п могут быть использованы при улучшении сортов мягкой пшеницы. Применение метода отдаленной гибридизации позволило осуществить перенос от диких видов возделываемым сортам пшеницы таких ценных свойств и признаков, как зимостойкость, продуктивность, неполегаекссть, повышенное содержание белка в зерне, устойчивость к болезням и др. (Цицин, 1970, 1981; Feldman, Sears, 1981; Дорофеев, 1976, 1985; Mujeeb-Kazi, Kimber, 1985; Cecloni, 1987). Эти возможности расширяются при использовании отдаленной гибридизации в сочетании с современными методами хромосомной инженерии и биотехнологии. В практическом отношении потенциальная эффективность метода отдаленной гибридизации в пределах трибы Triticeae гораздо выше, чем в других таксономических группах, что объясняется возможностью получения гибридов, цитогенетической изученностью видов, а также значением вида Triticum aestivum как важнейшей пищевой культуры.

Огромную важность для развития представлений о процессах мейоза имеют исследования по цитогенетике отдаленных гибридов. У межвидовых и межродовых гибридов Fi, как правило, наблюдается измененный характер мейоза, что приводит к формированию разнохромссомных, в том числе и нежизнеспособных гамет, а также обусловливает частичную или полную стерильность гибридных растений. По особенностям поведения хромосом в мейозе молено прогнозировать степень сбалансированности и жизнеспособности гибридного потомства. При этом в процессе стабилизации отдаленных гибридов важную роль играют гены, конт-

ролирующие мейоз (Голубовская, 1975, 1983; Щапова и др., 1986, 1987).

Учитывая широту и всестороннюю изученность проблемы отдаленной гибридизации подтрибы ТгШстае, мы ограничились узкой и достаточно конкретной задачей — анализом изменчивости мейоза при использовании в скрещиваниях для получения гибридов относительно менее изученных в цитогенетическом отношении тетраплоидных видов пшеницы.

СКРЕЩИВАЕМОСТЬ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ТЕТРАПЛОИДНЫМИ ВИДАМИ ПШЕНИЦЫ

В опытах по изучению мейоза у отдаленных гибридов перед нами прежде всего стояла задача получить гибриды, определить успех скрещиваемости мягкой пшеницы с тетра-плоидными видами пшеницы, исследовать особенности конъюгации хромосом у гибридов Б1 и выделить стабильные гибридные линии с хозяйственно ценными признаками. В качестве доноров устойчивости к болезням при скрещивании сортов мягкой пшеницы Саратовская 29, Пламя, моно-сомных по 5В хромосоме линий сортов Чайниз Спринг и Мильтурум 533, и мутантов Т-36, Б-82, 146-155 и 0-495, выделенных из сорта яровой пшеницы Норрена под действием химических мутагенов (Прийлинн и др., 1976), были взяты тетраплоидные виды пшеницы Т. сНсоссит, Т. регасит, Т. ¿.¡торЬееуи и Т. тПШпае, семена которых были получены из ВИРа.

Опыты по получению гибридов от скрещивания сортов и мутантов мягкой пшеницы с тетраплоидными видами проводились в 1978—1985 гг. в вегетационных и полевых условиях. Оценка завязываемости зерновок у гибридных растений Ио в 28 различных комбинациях скрещивания показала, что разные генотипы мягкой пшеницы по-разному скрещивались с тетраплоидными видами.

Скрещиваемость сорта Саратовская 29 с образцами Т, Ш-соссит варьировала по годам опытов от 6,4 до 50%. При скрещивании сорта Саратовская 29 с видом Т. ретсит в реципрокных комбинациях завязываемость была равна соответственно 40 и 44%. Завязываемость зерновок при скрещивании сорта Саратовская 29 с видом Т. йторЬееУп варьировала по годам от 0,2 до 8,2%, а при скрещивании с Т. тШ-Ипае — от 0,7 до 1,3%.

Мутанты мягкой пшеницы Т-36 и Б-82 лучше скрещивались с видами Т. иторЬееУп и Т. гшШтае, чем сорта Пламя

и Саратовская 29. Завязываемость зерновок при скрещивании мутанта Т-36 с видом Т. timopheevii варьировала от 3,3 до 4,1 /0. Высокой озерненпостыо при скрещивании с зтим видом отличались мутанты 0-495 и 145-155, завязываемость у которых составила соответственно 8,1 и 6,9%. Установлено, что сорта и мутанты мягкой пшеницы труднее скрещивались с видом Т. miliiinse, чем с видом Т. timopheevii [17, 30, 46, 50].

Результаты наших опытов и многочисленные данные литературы (Скурыгина, 1958, 1970; Будашкпна, 1974, 1977; Дорофеев, 1976; Наскндашвили, 1984 и др.) отражают значительную изменчивость в пределах вида по скрещиваемости н свидетельствуют о том, что успех скрещивания мягкой пшеницы с тетраплоидиымп видами пшеницы определяется ке только геномной структурой последних, но в значительно]! степени генотиппческнми особенностями сортов и мутантов мягкой пшеницы и условиями выращивания растений.

MEÜC3 У МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ОТ СКРЕЩИВАНИЯ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ с ТЕТРАПЛОПД1ШМИ ВИДАМИ

ГнСрпды с Т. dicoccum (Schrank.) Schuebl., Au3'. Цитологический анализ мепоса у гибридов Fi, полученных от скрещивания сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 (2п = 42) и мутанта Т-3'6 с образцами колбы Triücum dicoccum var. farrum (2n —28), выявил различные типы ассоциаций хромосом в MI — от 16 бивалентов и 3 унивалентов до 10 бивалентов и 15 унивалентов. В среднем число бивалентов на мейоцпт у гибридов Саратовская 29XТ. dicoccum и Т-36 XТ. cV.ccccmn составило ссответственно 13,1 и 13,6, а среднее число унива-лентоз — 8,6 и 7,7. Примерно у 40% клеток этого гибрида наблюдалось по 14 бивалентов и 7 унивалентов, причем только у 9,4% мейоцитов биваленты были закрытыми. Около 30% клеток содержали но 13 бивалентов и 9 унивалентов, у 80% мейоцитов биваленты были открытыми, что свидетельствует об ослаблении хода конъюгации хромосом. Среднее число открытых бивалентов на клетку у гибрида Саратовская 29 X Т. dicoccum составило 1,9, а у гибрида Т-36Х ХТ. dicoccum — 1,7. Отмечено появление у гибридов незначительного числа мультпвалентов •— в среднем на МКП 0,08 и 0,05.

Поскольку при гибридизации мягкой пшеницы (AuB'D!,r) с Т. dicoccum (А^В1) предполагается конъюгация хромосом го-мо/ отпчных геномов А" и В' с образованием 14 бивалентов,

при этом хромосомы генома Dstr, не имеющие гомологов, остаются унивалентными, то отклонения от этого соотношения должны быть рассмотрены особо. В нашем материале только у 40% МКП наблюдалось по 14 бивалентов и 7 уни-валентов, а у 80% всех мейоцитов имелись открытые биваленты. Это наводит на мысль о том, что между геномами А" и В1 мягкой пшеницы и Т. dicoccum нет полной гомологии, возможно, что эти геномы различаются по структуре хромосом, что и приводит к появлению мультивалентов.

В AI у гибридов мы наблюдали расхождение хромосом к полюсам в соотношениях 12+23, 17+18, 21 + 14, 16 + 19, 14 + 7+14, 16 + 2+17 и т. д. В мейоцитах встречались разного типа нарушения — мосты, фрагменты, отстающие хромосомы. Обычно 6—7 хромосом не отходили к полюсам, а оставались неориентированными в центре клетки. Можно полагать, что эти унивалентные хромосомы относятся к геному D!lr. Число МКП с нарушениями в AI и АН и процент диад и тетрад с микроядрами у гибридов были высокими и достигали 90% [29, 38].

Результаты проведенного нами цитологического анализа мейоза у гибридов Fi соответствуют имеющимся в литературе данным относительно характера конъюгации хромосом при скрещивании мягкой пшеницы с полбой (Sax, 1922; Thompson, Hollingshead, 1927; Love, 1944; Будашкина и др., 1977).

Гибриды с Т. persicum Vav. ex Zhuk. (Т. carthlicum Nevs-ki), AUB'. Первые генетические исследования вида Т. persicum были проведены Н. И. Вавиловым и О. Я. Якушкиной (1925). Скрещивания вида Т. persicum с другими возделываемыми видами пшеницы в селекционных целях осуществлялись немногими исследователями. Многолетние исследования П. П. Наскидашвили (1984) показали, что генетический потенциал вида Т. persicum с успехом может быть использован при гибридизации его с сортами мягкой пшеницы.

Образец пшеницы Т. persicum (К-19756) в наших опытах был использован в качестве отцовского родителя в скрещиваниях с образцом мягкой пшеницы из Китая (К-48480), нул-ли-тетрасомной (5В-5А) линией сорта Чайниз Спринг и мутантом ph этого же сорта.

Открытие у мягкой пшеницы способности гена (или генов) в длинном плече хромосомы 5В подавлять спаривание го-меологов в мейозе расширило возможности генетической манипуляции у видов подтрибы Triticinae (Okamoto, 1957; Riley, Chapman, 1958; Sears, 1973). Более широкие перспек-

тивы для изучения закономерностей генетической регуляции мейоза и индукции рекомбинации гомеологичных хромосом у пшеницы открылись в результате получения мутанта ph с делецией локуса Ph, несущего ген-супрессор конъюгации гомеологичных хромосом (Sears, 1976, 1977; Feldman, Sears, 1981). Использование этого мутанта в генетических исследованиях позволило повысить степень рекомбинации генетического материала у скрещиваемых форм и способствовало переносу генов от родственных видов и родов возделываемым сортам мягкой пшеницы (Dhaliwal et al., 1977; Sears, 1980; Kushnir, Halloran, 1982; Ceoloni, Del Signore, 1986; Ceo-loni, 1987).

Изучение в наших опытах особенностей мейоза у образца Т. persicum показало, что в MI формировалось по 14 бивалентов на мейоцит. У межвидовых гибридов Fi от скрещивания форм мягкой пшеницы (сортообразца из Китая, нул-ли-тетрасомной линии и мутанта ph сорта Чайниз Спринг) с видом Т. persicum наблюдался типичный для подобных гибридов мейоз, однако были отмечены значимые различия по среднему числу мультивалентов на клетку. У гибрида от скрещивания сортообразца из Китая с видом Т. persicum среднее число мультивалентов на клетку составило 0,06, у гибрида Чайниз Спринг нулли-5В-тетра-5АХТ. persicum — 0,15 и у гибрида Чайниз Спринг мутант phXT. persicum — 0,75 (табл. 4). По среднему числу на клетку бивалентов и унивалентов значимых различий между отдельными гибридами не наблюдалось ■— в среднем на клетку формировалось по 13—14 бивалентов в результате конъюгации гомологов общих для этих видов геномов А" и В1, при этом 6—7 хромосом генома D оставалось в унивалентном состоянии. Отсутствие гена-супрессора 5В хромосомы проявилось в этих скрещиваниях только в повышении среднего числа мульти-валентных ассоциаций, в образовании которых участвовали не имеющие гомологов хромосомы генома D.

Число мейоцитов с мультивалентами у гибрида от скрещивания сортообразца из Китая с видом Т. persicum составило 6,6% (в МКП встречалось по 1 мультиваленту), у гибрида Чайниз Спринг нулли-5В-тетра-5АХТ. persicum — 12,6% (в мейоцитах было по 1—2 мультивалента) и у гибрида от скрещивания мутанта ph с видом Т. persicum ■— 66,9%, при этом в клетках встречалось по 1—3 мультивалента (табл. 5) [47, 52, 53].

В целях сравнительной оценки действия мутанта ph на разном генотипическом фоне мы использовали в скрещива-

ниях с сортом Чайниз Спринг и мутантом ph сорт мягкой пшеницы Ленинградка и мутант 0-495. У внутривидовых гибридов от скрещивания сорта Чайниз Спринг с сортом Ленинградка и мутантом 0-495 в MI мейоза наблюдалась картина, типичная для межсортовых гибридов мягкой пшеницы с образованием до 20 бивалентов на клетку и незначительным числом унивалентов. Процент МКП с мультивалентами не превысил 3—7. При участии в скрещивании с мягкой пшеницей мутанта ph наблюдалось значительное повышение числа конъюгирующих гомеологов и возрастание числа МКП с мультивалентами до 46,5% (табл. 4 и 5).

Гибриды с Т. timoplieavii Zhuk. и Т. militinac Zhuk. et Migusch., AfcG. Вид Т. timopheevii па протяжении многих лет используется в скрещиваниях с сортами мягкой и твердой пшеницы как источник устойчивости к бо/езням (Kostoíf, 1938; Shands, 1941; Allard, Shands, 1954; Скурыгипа, 1958, 1970; Nyquist, 1563; Mclntosh, Guarías, 1971; Будошктша и др., 1977). Однако это до сих пор не решило проблему защиты сортов пшеницы от поражения грибными заболеваниями, ч'ю связано не только с наличием генетическою барьера кескрещиваемостп между сортами мягкой пшеницы и видом Т. Ümopheevii, но и с некоторыми нежелательными для селекционера свойствами и признаками.

Вид Т. timopheevii занимает особое положение среди 28-хромосомных пшениц и его гибриды F¡ от скрещивания с мягкой пшеницей отличаются от аналогичных гибридов, происходящих от скрещивания мягкой пшеницы с другими тет-раплоиднымн видами, высокой степенью стерильности и ослабленной конъюгацией хромосом в меиезе (Lilieníeld, Kihara, 1934). Согласно предположению Э. Вагенаара (Wagenaar, 1963) нарушения в мейозе у гибридов Fi, полученных от скрещивания Т. timopheevii с другими тетраплоидными видами пшениц, обусловлены не структурными различиями хромосом, а специфическими особенностями генетической системы вида Т. timopheevii, благодаря которой он занимает уникальное положение в роде Triticum. Эта система, индуцирующая асинапсис и стерильность гибридов Fi, обусловила репродуктивную изоляцию и привела в ходе эволюции к обособлению вида Т. timopheevii. По мнению Э. Вагенаара (Wagenaar, 1953, 1970), геном этого вида, помимо мелких структурных изменений, несет по меньшей мере три специфических реципрокных транслокации, которых нет у других близкородственных тетраплоидных видов пшеницы. В отличие от Э. Вагенаара, считавшего, что нарушения мейоза у

Таблица 4

Гибриды

Изучено МКП

Среднее число па клетку

бивалентов унквалентов мультивалентоз хиазм

Т. аезауигахТ. регасит (2п = 42) (2п = 23) Ктай (К-484С0) х Т. регасит 274 13,6±0,06 7,5±0,1 0,05 + 0,01 25,2 + 0,1

ЧС нулли-5В-тетра-5А X Т. рексит 199 13,5±0,07 7,5 ± 0,1 0,15 + 0,03 25,3±0,1

ЧС мутант рЬ X Т. регасит 173 13,0 ± 0,09 6,0 + 0,1 0,75 + 0,05 25,9 ±0,1

Т. аез1;уит X Т. аеэиуит (2п = 42) (2п = 42) Чапнпз Спринг х Ленинградка 107 19,7 ±0,1 2,9 + 0,2 0,07 + 0,02 35,7 + 0,3

ЧаГшкз Спринг х 0-495 57 ■ 20,0:1-0,1 2,2 + 0,1 0,03 ±0,02 35,8± 1,3

ЧС мутант р!1 х 0-495 ПО 19,0 ± 0,1 2,0 + 0,1 0,50 ±0,05 36,1 ±0,2

Чайниз Спринг мутант рЬ 141 19,0 ± 0,1 2,4 + 0,2 0,42 + 0,04 35,3±0,2

Частота встречаемости бивалентов, унивалентов и мультивалентов у межвидовых и внутривидовых гибридов пшеницы в М1 мейоза

Гибриды

Пределы варьирования

МКП с мультивалентами, %

бивалентов

унивален- мультива-

тов

лентов

с 1-м с 2-мя с 3-мя

Всего

Китай (К-48480) х Т. регасит 10—16 1—13 1 6,6 0 0 6,6 ±1,4

ЧС нулли-5В-тетра-5АXТ. регасит 10—16 3—11 1—2 10,6 2,0 0 12,6±2,3

ЧС мутант рЬхТ. рексит 8—15 4—14 1—3 57,9 7,9 1,1 66,9±3,5

Чайниз СпрингхЛенинградка 15—21 1—11 1 7,4 0 0 7,4±2,5

Чайниз Спрингх0-495 17—21 1—5 1 3,5 0 0 3,5±2,4

ЧС мутант рЬ х 0-495 16—21 1—5 1—2 44,2 2,3 0 46,5±4,6

Чайниз Спринг мутант рЬ 13—21 1—14 1—2 34,0 4,3 0 38,3±4,0

межвидовых гибридов обусловлены генным контролем, М. Фельдман (Felaman, 1966) полагает, что нарушения спаривания хромосом у гибридов, полученных с участием Т. timopheevii, обусловлены в первую очередь структурной дифференциацией хромосом, а не генетическими факторами. На основании результатов межвидовых скрещиваний мягкой пшеницы с Т. timopheevii М. Фельдман пришел к выводу о том, что имеется по крайней мере пять транслокаций между хромосомами скрещиваемых видов. На роль реци-прокных транслокаций между негомологичными хромосомами в эволюции тетраплоидных пшениц Т. timopheevii и Т. araraticum указывала В. Светозарова (1939), изучавшая филогенетические связи вида Т. timopheevii с видами Т. di-coccum, Т. dicoccoides и Т. araraticum.

Филогения, генетика и цитология вида Т. militinae мало изучены, практически он не использовался в селекции. На основании гибридологического анализа Н. Наврузбеков (1981) высказал предположение о том, что вид Т. militinae возник в результате интрогрессии части генома Т. persicum в геном Т. timopheevii. Грузинские исследователи (Жижилашвили и др., 1987) считают неправомерным видовое положение Т. militinae и предлагают перевести его в ранг разновидности nigrocompressus вида Т. timopheevii. Однако исследование видов тетраплоидных пшениц методом дифференциального окрашивания выявило различия в структуре кариоти-пов Т. araraticum, Т. timopheevii и Т. militinae по линейной дифференцированное™ хромосом (Кузьменко, 1987; Бадаева и др., 1988). Установлено, что Т. timopheevii и Т. militinae имеют сходные кариотипы, различающиеся лишь в изменении морфологии одной из хромосом генома А. Сходство по дифференциальному окрашиванию хромосом, принадлежащих к геномам В и G, позволяет предположить общность их происхождения.

В наших исследованиях при цитологическом анализе мейо-за у гибридов Fi от скрещивания сорта Чайниз Спринг с видами Т. timopheevii (К-38555) и Т. militinae (К-46007) в Ml наблюдалось формирование в среднем соответственно по 7,2 и 6,4 бивалента (в результате спаривания гомологов генома А), 0,63 и 0,25 мультивалента и 12,0 и 9,5 хиазм на МКП (табл. 6). Использование в скрещиваниях нулли-тетрасомной линии и мутанта ph существенно повысило среднее число бивалентов, мультивалентов и хиазм на клетку, при этом соответственно снизилось число унивалентов. У гибрида Чайниз Спринг мутант phXT. timopheevii среднее число на клетку

Гибриды

Т. aestivum х Т. timophcevii

(2п = 42) (2п = 28)

Чайниз Сирииг х Т. timopheevii Чайнпз Спринг мутант ph х х Т. timopheevii Т. aestivum X Т. militinae (2п = 42) (2п = 28)

Чайниз СпрингХТ. militinae ЧС нулли-5В-тетра-5А X Т. militinae ЧС мутант phxT. militinae

Изучено МКП

130 243

32 184 313

Среднее число на клетку бивален гов унивалентов мультпвалентов

7,2 ±0,1 8,3±0,1

6,4±0,3 8,4±0,1 8,7 ±0,1

18,3 ± 0,3 14,7 rt 0,3

21,5 ± 0,5 16,0±0,2 14,7 ± 0,2

0,03 ±0,07 1,1 ±0,05

0,25 ±0,07 0,63 ±0,05 0,85±0,04

12,0 rt 0,2 15,4±0,2

9,5±0,4 13,3±0,2 13,2±0,2

Таблица 7

Частота сстрзчаемссти бивалентов, ун::вал?п геп и мультнеалентон у межвидовых

гибридов F, в Mi мейоза

Пределы варьирования МКП с мультишлентами, %

Гибриды биЕален- унива- мультива- , „ „ . _

' ' с 1-м с 2-мя с 3-мя с 4-мя Всего

тов лентов лентов

Чайииз Спринг х Т. timopheevii 3- -12 11- -29 1—2 41,5 12,3 0 0 53,8±4,3

ЧС мутант ph X Т. timopheevii 3- -14 4- -27 1—4 40,2 23,2 5,7 1,6 70,7 ±2,9

Чайниз Спринг х Т. militinae 3- -11 13- -29 1 25,0 0 0 0 25,0 ±7,6

ЧС нулли-5Б-тгтра-5Л х

хТ. militinae г,_ -14 - 6- -23 1—3 39,1 10,3 2,2 0,5 52,1 ±3,6

ЧС мутант ph X Т. militinae 2_ -14 с -27 1—4 40,9 15,3 4,5 0,6 61,3±2,7

бивалентов составило 8,3, мультивалентов ■— 1,1 и хиазм — 15,4. При скрещивании линии Чайниз Спринг нулли-5В-тет-ра-5А и мутанта рЬ с видом Т. тПШпае среднее число бивалентов на клетку было равно соответственно 8,4 и 8,7, мультивалентов — 0,68 и 0,85 и хиазм •— 13,3 и 13,2. Процент мейоцитов с мультивалентами в этих гибридных комбинациях достигал 61—70, а число мультивалентов на мейоцит — 3—4 (табл. 7). У гибридов от скрещивания нулли-тетрасом-ной линии и мутанта рЬ с видами Т. ИторЬееуи и Т. гшПГтае в отдельных мепоцитах число бивалентов возросло до 14 (табл. 7), что указывает на возможную конъюгацию хромосом генома С тетраплоидных видов с гомеологами геномов В и О мягкой пшеницы [20, 26, 41, 50, 52].

Результаты проведенного анализа свидетельствуют о том, что использование мутанта рЬ сорта мягкой пшеницы Чай-низ Спринг в межвидовых скрещиваниях с тетраплоидными видами Т. ИторЬееУн и Т. тДШпае способствовало повышению уровня конъюгации в мейозе у гибридов Рь Если при скрещивании мутанта р!г с видом Т. регасит (ААВВ) эффект отсутствия гена-супрессора проявился только в повышении частоты мультивалентных ассоциаций, то у гибридов р! от скрещивания мутанта рИ с видами, имеющими геном ААСС, было отмечено значимое повышение среднего числа бивалентов и мультивалентов на мейоцит за счет индукции спаривания гомеологов геномов В, Б и й.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕЙОЗА У ГИБРИДОВ ОТ СКРЕЩИВАНИЯ МЕЖДУ ТЕТРАПЛОИДНЫМИ ВИДАМИ Т. ТМОРНЕЕУИ И Т. МаГГГХАЕ

С целью выявления структурной дифференциации и характера конъюгации хромосом в мейозе нами был проведен цитологический анализ мейоза у гибридов Рь полученных от скрещивания между видами Т. 1лтор11ееуп и Т. тПШпае (ААСС, 2п = 28). У гибридов в М1 мейоза конъюгировало в среднем 13,1 бивалента на клетку, встречалось небольшое число унивалентов (2—6), а у 37% мейоцитов были отмечены мультиваленты (табл. 8). Характерно, что у этих гибридов встречались тетраваленты только закрытой формы в виде кольца или восьмерки. Можно предположить, что в реци-прокные обмены у исходных форм вовлечены участки хромосом генома С. Маловероятно, что в обменах участвуют хромосомы генома А, это подтверждается данными анализа мейоза у пентаплоидных гибридов (ААВОС), у которых модальное число бивалентов равно семи [34, 43, 52]. Получен-

Особенности мейоза у сорта мягкой пшеницы, тетраплоидных видов и межвидовых

гибридов Г| пшеницы

Гибрид, вид, сорт

Изучено МКП

Среднее число на клетку и пределы варьирования

бивалентов

унивалентов мультивалентов

Саратовская 29 х Т. иторЬееуЦ 391 7,9 ±0,1 16,2 ±0,2 0,85 ±0,03 13,7: ¿0,1

(3- -14) ("' 27) (1- -3) (5- -26)

Саратовская 29 х Т. пШШпае 347 6,9 ±0,1 18,5 ±0,2 0,78 ±0,04 12,3: — 0,1

(2- -12) (10- •29) (1- -4) (5- -21)

Т. иторЬееуп х Т. пШШпае 426 13,1 ±0,06 0,15 ±0,03 0,37 ±0,03 27,2: ±0,06

(8- -14) (2- ■6) (1- -2) (24- -28)

ТгШсит ЦторЬееуи 292 13,9 ±0,01 0,08 ±0,01 0 26,0: ±0,05

(12- -14) (2- -4) (21- -28)

ТгШсит тЦШпае 348 13,9 ±0,01 0,09 ±0,02 0 27,1: ±0,05

(13- -14) (2) (23- -28)

Саратовская 29 455 20,9 ±0,01 0,1 ±0,03 0 41,4: ±0,08

(20- -21) (2) (35- -42)

ные данные свидетельствуют о том, что эти равнохромосом-ные виды имеют специфические и довольно существенные различия в структуре хромосом, что приводит к образованию в мейозе аномалий, в том числе мультивалентов, допускающих различия между видами по реципрокной транслокации. Изучение стадии тетрад микроспор показало, что виды Т. timopheevii и Т. пШШпае имели высокий мейотический индекс — 97—99%. Такой же высокий мейотический индекс наблюдался и у тетраплоидного гибрида от скрещивания Т. ШпорЬееуИ с Т. тПШпае — 98%. Высокий мейотический индекс и высокая фертильность пыльцы у этих гибридов в сочетании со значительным числом мейоцитов, несущих ре-ципрокные обмены хромосом, могут быть обусловлены ориентацией центромер по типу «зигзаг», что ведет к чередующемуся (альтернативному) типу расхождения хромосом в мейозе и не вызывает снижения фертильности гибридных растений (ВигпЬат, 1956), поскольку при чередующемся расхождении хромосом, вовлеченных в транслокационный комплекс, большинство микроспор становится сбалансированными, получив полный набор хромосом (ЭуЬепда, 1972; БуЬеп§а, с1е Упеэ, 1987). Зигзагообразная ориентация хромосом облегчается медианным положением центромер у равноплечих хромосом Т. итор11ееУп (как, по-видимому, и у Т. тПШпае).

У пентаплоидных гибридов от скрещивания сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 с тетраплоидными видами пшениц мейотический индекс был низким и составил только 5—7%,. Фертильность пыльцы у гибридов Саратовская 29 X Т. Ито-рЪееуи и Саратовская 29 XТ. тПШпае была также низкой — 4—5%. У тетраплоидного гибрида Бг от скрещивания между видами Т. ИторЬееуп и Т. тПШпае она была равна 80%, а у родительских видов — 93—95%.

Полученные нами результаты цитологического анализа мейоза у межвидовых гибридов И] выявили существенную изменчивость хода мейотического деления и характера конъюгации хромосом в М1 в зависимости от геномного состава скрещиваемых видов и наличия или отсутствия гена-супрессора, контролирующего спаривание гомеологов.

Изучение отдаленных гибридов представляет большую важность в создании ценного исходного материала для селекции. Эти гибриды интересны не только с точки зрения изучения мейоза, но и в практическом аспекте. В результате многолетней работы по отбору и оценке на устойчивость к патогенам отдаленных гибридов пшеницы нами в потомстве

гибридных комбинаций Саратовская 29XT. militinae, Саратовская 29X (Т. militinaeXT. timopheevii) и 146-155XT. ti-mopheevii были выделены стабильные линии мягкой пшеницы, устойчивые к бурой ржавчине, с типом поражения «О» п «1—» и баллом поражения «1» [41, 46, 50].

У тетраплоидных видов пшеницы Т. timopheevii и Т. militinae отсутствует положительная реакция на обработку фенолом, поэтому зерновки не изменяют своей окраски под действием раствора фенола (Митрофанова, 1987). Эта реакция основана на знзиматическом окислении фенола как субстрата полифенолоксидазой, локализованной в оболочке зерновки, и контролируется хромосомами 2-й гомеологичной группы (Larsen, 1974). В наших опытах зерновки мутанта 146-155 под действием фенола приобретали коричневую окраску, а зерновки гибрида 146-155ХТ. timopheevii, устойчивого к бурой ржавчине, не окрашивались, что свидетельствует об ннтрогрессии генетического материала вида Т. timopheevii в геном мягкой пшеницы. Можно предположить, что в транслокационный обмен были вовлечены сегменты хромосом с локусами, контролирующими активность фермента тирозиназы и устойчивость к бурой ржавчине.

Пяль устойчивых линий переданы нами в мировую коллекцию Всесоюзного НИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова (И-0121782 — 0121786), 4 линии — в отдел иммунитета Казахского института земледелия и 4 линии — в Институт генетики и селекции АН АзССР, где они будут использоваться в качестве исходного материала в селекции мягкой пшеницы на устойчивость к болезням.

МЕЖРОДОВЫЕ ПШЕНИЧНО-РЖАНЫЕ ГИБРИДЫ

Мягкая пшеница и культурная рожь относятся к разным родам подтрибы Triticinae, однако между хромосомами ржи и пшеницы наблюдается частичная гомеология (Zeller, Hsam, 1983; Miller, 1984), что и дает возможность использовать рожь в скрещиваниях с пшеницей для получения ценного исходного материала для селекции. Скрещивания пшеницы с рожыо проводятся с целью создания замещенных и дополненных линии и линии с транслокациями, в которых отдельные хромосомы или сегменты хромосом ржи добавлены к геномам пшеницы (Kattermann, 1937; Mettin et al., 1973, 1978; Zelier, Fuchs, 1983). Успеху гибридизации пшеницы с рожью препятствуют их генетическая несовместимость и полная стерильность амфигаплоидов Fi. Для получения фертильных

шпенично-ржаных гибридов разработаны методики обработки и воздействия на фазы митоза и мейоза с целью поли-илоидизации гибридных растений и получения амфидиплои-дов. Первые пшенично-ржаные гибриды были получены еще в 80-х годах прошлого столетия, а начиная с 1930 г., стали появляться пшенично-ржаные амсЬидиплонды — тритикале (Мсйстес, 1930; Müntzing, 1936, 1939; О'Мага, 1940; Писарев, 1947; Шулындин, 1971).

ОСОБЕННОСТИ ВОСПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И МЕЙОЗА V АВТОФЕРТИЛЬНЫХ ЛИНИЙ РЖИ

Инбредные линии ржи отличаются от сортовых популяций по характеру прохождения мейоза: в результате инбридинга у гетерозиготных растений в популяциях ржи происходит выщепленпе относительно гомозиготных генотипов, различающихся по морфологическим, фпзыолошчсским, биохимическим и цитологическим признакам и свойствам (Lamm, 1936; Кахидзе, 1939; Rees, Thompson, 1S55, 1956; Sybeuga, 1958; Heneen, 19^2; Соснихина, 1074; Соснихина и др., 1980). Считают, что инбридинг является эффективным методом анализа генетической структуры популяций и выявления в ннбредных потомствах форм с наследствекно-коитролнрусмыми аномалиями мейоза (Münizing, 1963; Смирнов, Соснихина, 1979).

Особенности автсфертильных форм ржи изучены значительно меньше, чем инбредных автостерильных (Смирнов, Соснихина, 1984). Использование в нашей работе автсфертильных линий в скрещиваниях с рожыо послужило причиной тщательного их изучения.

Растения сортов посевной ржи в большинстве своем автостерильны и не способны завязывать семена при самоопылении вследствие подавления роста пыльцевых трубок на рыльцах своего цветка. Гаметофптный тип несовместимости у ржи определяется комплементарным взаимодействием двух несцепленных генов S и Z с серией множественных аллелей в пыльце и тканях пестика (Lundqvist, 1956, 1960). Однако в сортовых популяциях ржи наблюдается значительный полиморфизм по степени автостерильности. На проявление степени несовместимости могут оказывать влияние ге-нотипические особенности растений, наличие генов-модификаторов, а также условия выращивания, способные ослабить генетический контроль автостерильности (Heribert-Nilsson, 1916; Антропов, 1930; Суриков, 1956, 1960, 1969; Lundqvist,

1958; Федоров и др., 1971; Смирнов, Соснихина, 1984). Сравнительное изучение мейоза у инбредных авто стерильных и автофертильных линий ржи и у растений аллогамно размножающейся популяции перспективно для анализа генетических систем, контролирующих мейоз.

Автофертильные формы озимой ржи Кс-517/8, Кс-517/13 и Кс-517/22 были получены от В. Г. Смирнова (кафедра генетики и селекции ЛГУ) в 1976 году. Эти формы принудительно самоопылялись нами при индивидуальной изоляции каждого колоса в течение пяти поколений. Завязываемость зерновок в самоопыленном потомстве автофертильных линий значительно варьировала —• от 2,5 до 32,6%. Результаты цитологического анализа показали, что автофертильные линии различались по характеру и степени нарушений в мейозе. Наиболее стабильно проходил мейоз у линии Кс-517/22, где 93% МКП содержали по 7 бивалентов и 6,5% — по б1' + 2'. Растения поколения 15 этой линии оказались полностью автостерильными. У линий Кс-517/8 и Кс-517/13 наблюдались аномалии мейоза — около 2% клеток содержали мультива-ленты (в основном три- и тетраваленты), кроме того, встречались клетки с телоцентрическими хромосомами, анеупло-идные и полиплоидные клетки, отмечено деление в тетрадах (табл. 9).

Изученные автофертильные линии, происходящие от одного растения ржи, очевидно, дивергировали в процессе инбридинга по признаку автофертильности. Возможно, что при этом происходила гомозиготизация генотипов, в том числе и по генам, контролирующим ход мейоза.

Автофертильные линии ржи Кс-517/8 и Кс-517/13 отличались более высоким уровнем аномалий в мейозе. Тот факт, что у растений этих линий в разных клетках одного и того же пыльника можно было наблюдать как нормальное прохождение мейоза (7"), так и полный асиндез (141) и прочие аномалии, свидетельствует или о возникновении специфических мутаций, или аномалий онтогенеза, что может быть связано со снижением степени гетерозиготности и гомозиго-тизацией генотипа в ходе инбридинга. Можно предположить, что у линий Кс-517/8 и Кс-517/13 автофертильность сочеталась с механизмом, поддерживающим гетерозиготность самоопыленного потомства. Появление тетравалентов в М1 мейоза у отдельных растений этих линий наводит на мысль об их гетерозиготности по реципрокным транслокациям, которая могла обеспечивать и автофертильность, и частичную

Таблица 9

Особенности конъюгации хромосом в М1 мейоза у автофертильных линий ржи

Ассоциации хромосом

Среднее число на клетку

Линия, сорт

Кс-517/8

Кс-517/13

Кс-517/22

Короткосте-бэльная

Изучено МКП + +

сч + -т + > + + ю + + аз + о + сч +

г* ТЬ ю ю ю т О) -

799 623 115 16 5 4 10 1 3 2 2

430 344 74 5 4 1 2 0 0 0 0

244 227 16 1 0 0 0 0 0 0 0

152 152 0 0 0 0 0 0 0 0 0

+ _

л а

я

о

я д

о и

и <;

га

о са

< К

са н

га л

<

д

2

6,6 0,6 0,01 1,82

7,0 О

0 1,96

гетерозиготность генотипа, необходимую для поддержания гомеостаза особи перекрестноопыляющегося растения.

Нами исследовались также автофертильные линии ржи, полученные И. М. Суриковым от одного родительского растения, являющегося потомком клона, выделенного из сорта Вятка. По нашим данным, автофертильные линии ржи Д-522, Д-528, Д-533, Д-537, Д-535 и Д-545 различались по степени ав-тофертильности в поколении 1г. Наиболее высокой завязы-ваемсстыо семян при принудительном самоопылении характеризовалась линия Д-545 — 85,7%, у линий Д-522 и Д-533 завязываемость составила 37—38%, остальные линии имели более низкую фертильность •— 14%.

Изученные автофертильные линии существенно различались и по характеру прохождения меиоза, причем наибольшее число аномалии и самый высокий процент МКП с муль-тивалентами (соответственно 10,6, 0,9 и 0,7%) был отмечен у растений тех линий, которые отличались высокой степенью авто4;ертилыюсти — Д-545, Д-522 и Д-533. У зтих линий в М1 мейоза встречались тетраваленты в виде колец, цепей и восьмерок, мосты с фрагментами и без фратментов в А1 и высокий процент тетрад с микроядрами. У них же наблюдалась и наиболее высокая фертильность пыльцы при окраске ацетскармином: у Д-545 — 90,4, Д-533 — 95,3, Д-522 — 92,8%. У линий, не имеющих мультивалентных ассоциации в мепо-зе, фертильность пыльны была значительно ниже: у Д-528 — 74,0, Д-535 — 79,9, Д-537 — 77,5% [33, 35, 42]. Цитологический анализ меиоза у растеши"! самоопыл.енных поколений I.;—15 наиболее интересной в цитогенетическом аспекте ав-тофертильной линии Д-545 выявил появление тетравалентов закрытой формы в М1 мейоза с частотой 3—7%. Завязываемость зерновок при самоопылении растений составила 57—68%, а при свободном опылении — 91—96%0. Появление мультивалентов в М1 мейоза у высокоавтоферт1ь\ьных линий ржи в самоопыленных поколениях позволяет предположить, что гетерозиготность по транслокациям может в данном случае быть механизмом, обеспечивающим самоопыление и поддерживающим гетерозиготность инбредных форм ржи по генам жизнеспособности. Растения, гетерозиготные по реципрокной транслокации, способны к самоопылению и сохраняются при инбридинге вследствие их большей жизнеспособности, обусловленной частичной гетерозиготностью генотипа.

Нами в результате скрещивания яровой ржи Памирская с автофертильной линией озимой ржи (с последующим отбо-

ром в ряде поколений и оценкой степени автофертильности при изоляции) была получена автофертильная линия яровой ржи АП-1, характеризующаяся яровым типом развития и достаточно высокой степенью автофертильности — до 60%. Эта линия может быть использована при изучении инбред-ных потомств отдельных растений ржи, где требуется применение метода индивидуального отбора.

СКРЕЩИВАЕМОСТЬ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С РАЗЛИЧНЫМИ ФОРМАМИ РЖИ

Многие исследователи указывают на различную скрещиваемость с рожью не только видов пшеницы с разной плоид-ностью, но и отдельных сортов мягкой пшеницы. Наиболее высокой скрещиваемостью с рожью характеризуются гекса-плоидные виды пшениц, наиболее низкой — диплоидные (Ригин, Орлова, 1977). Генетически обусловленные различия в скрещиваемости мягкой пшеницы с рожью связаны с наличием у пшеницы двух пар генов, доминантные аллели которых (KriKri и КггКгг), локализованные соответственно в хромосомах 5В и 5А, являются ингибиторами скрещиваемости с рожью (Lein, 1943; Riley, Chapman, 1967; Krolow, 1970). Относительно скрещиваемости мягкой пшеницы с диплоидной и тетраплоидной формами ржи в литературе встречаются противоречивые данные (Kiss, Rajhathy, 1956; Vettel, 1961; Ригин, 1976).

Нами в реципрокных скрещиваниях пшеницы и ржи использовались диплоидная и тетраплоидная формы озимой ржи Петкус и формы пшеницы, различающиеся по генам скрещиваемости с рожью: мутант мягкой пшеницы Т-36, линия озимой мягкой пшеницы Г-2440-37, а также сорта мягкой пшеницы Сибирка Ярцевская, Чайниз Спринг, Вайхен-штефан и сортообразец из Китая (К-48480), которые, по данным Б. В. Ригина (1972, 1976), несут рецессивные аллели генов скрещиваемости с рожью (krj и кгг). Проведенные опыты показали, что завязываемость зерновок была выше в тех вариантах скрещивания, где опылителем была диплоидная, а не тетраплоидная рожь. При скрещивании пшеницы с тетраплоидной рожью завязываемость в среднем составила 19,2%, в то время как при скрещивании с диплоидной рожыо — 44,2%. Сорта мягкой пшеницы с рецессивными аллелями генов скрещиваемости с рожыо более успешно скрещивались с формами ржи -— завязываемость с диплоидной рожью была равна 50,3%, а с тетраплоидной — 30,8%. В том случае,

когда диплоидную и тетраплоидную рожь использовали в качестве материнского родителя, успех скрещиваний не превышал 0,3% [39], Полученные данные согласуются с результатами опытов И. М. Сурикова и Н. И. Киссель (1985), в которых завязываемость гибридных зерновок при гибридизации мягкой пшеницы с тетраплоидной рожью была значительно ниже, чем при гибридизации с диплоидной рожыо.

В скрещиваниях с мягкой пшеницей нами были использованы автсфертильные линии озимой ржи, созданные в лаборатории генетики и селекции ЛГУ: Б-2д, Кс-517/8, Кс-517/13, Кс-517/22. Эти линии, а также аллогамные сорта ржи Ко-роткостебельная, Белозерная и Памирская скрещивали с сортами яровой пшеницы Шинаканага, Ака Дарума, Сибирка Ярцевская и с мутантами озимой пшеницы, выделенными под действием химических мутагенов из сортов озимой пшеницы Мироновская юбилейная и Йыгеваский гибрид. В полевых н вегетационных опытах скрещиваемость мутантов озимой пшеницы с сортами и автофертильными линиями ржи была низкой и не превышала 5—6%,. При скрещивании сортов пшеницы, несущих гены kri и кгг, с сортами ржи завязываемость зерновок достигала 63%. При гибридизации сорта пшеницы Сибирка Ярцевская с автофертильными линиями ржи Б-2д и Кс-517/13 завязываемость составила соответственно 1,4 и 5,0%. Низкий процент завязываемости был отмечен и при скрещивании сортов тритикале АД-201 и АД-206 с сортами и автофертильными линиями ржи [24].

Проведенные исследования показали, что использование автофертильных линий ржи в качестве отцовского родителя не способствовало успеху их скрещиваемости с мягкой пшеницей. Гетерозиготные популяции и аллогамные сорта ржи скрещивались с пшеницей успешнее, чем автофертильные линии.

ОСОБЕННОСТИ МЕЙОЗА У ПШЕНИЧНО-РЖАНЫХ АМФИГАПЛОИДОВ

У шненично-ржаных гибридов Fi, полученных нами от скрещивания сортов мягкой пшеницы Чайниз Спринг, Сибирка Ярцевская, Китай (К-48480), Вайхенштефан и мутанта 0-495 с сортами ржи Памирская и Петкус, в Ml мейоза при микроспорогенезе наблюдался типичный для подобных гибридов асиндез (Заленский, Дорошенко, 1924; Thompson, 1926 и др.) — около 96%, всех мейоцитов содержали по 28 унива-лентов и только около 4%, клеток имели по 1—2 открытых бивалента.

Таблица 10

Мейоз у пшепнчпо-ржапых гибридов получанаых от скрещивания мугапю озимой пшеницы М-7 с автофертилышми линиями ржи

Ассоциации хромосом в М1

в А1

Гибрид

М-7 хКс-517/3

Изучено МКП

89

М-7 ХКс-517/22 49

46

> > >

+ + +

см со о со 1 о

+ + + 4" + + -- + + т

со ю тс см о о см СО ю о (О

см см см см см СМ СМ

59 8 4 1 1 3 1 1 1 1 2 1

о а к

1 0000000000

изу- с наруше-чено ниями, МКП %

352 148

91,5± 1,4 75,7 + 3,5

й

У гибридов Бь полученных от скрещивания мутанта озимой пшеницы М-7 (выделен из сорта Мироновская юбилейная) с автофертильными линиями ржи, была отмечена особенно высокая изменчивость мейоза. Необычными были картины мейоза у гибрида М-7ХКс-517/8, где у части клеток наблюдался асиндез, наряду с которым встречались полиплоидные клетки с удвоенным числом хромосом, мейоциты с большим числом бивалентов (до 16") и мультивалентами (табл. 10) [27, 31, 35]. Появление аномалий в мейозе у пше-нично-ржаных гибридов может быть обусловлено нестабильностью и нарушением хода премейотических митозов и неправильным расхождением хромосом в делениях, предшествующих образованию спорогенной ткани, приводящими к ее мозаичности (Карпеченко, 1927; \Vatanabe, 1962; Ригин, Орлова, 1977).

С целью индукции спаривания в мейозе гомеологичных хромосом пшеницы и ржи в скрещивания по получению пшенично-ржаных гибридов нами была включена также линия мутанта рЬ сорта Чайниз Спринг наряду с сортами мягкой пшеницы Чайниз Спринг и Вайхенштефан. В качестве отцовского компонента скрещивания использовали сорта ржи Петкус, Памирская и автофертильную линию ржи Кс-517/8.

Цитологический анализ мейоза у пшенично-ржаных гибридов Б1 выявил значимые различия между ними по характеру конъюгации хромосом. В гибридных комбинациях от скрещивания сорта Чайниз Спринг с сортами ржи Петкус и Памирская наблюдался типичный асинапсис. У гибридов от скрещивания сорта пшеницы Вайхенштефан с сортами ржи Петкус и Памирская был отмечен больший размах варьирования по числу бивалентов и унивалентов на клетку и наблюдалось незначительное число мультивалентов, что несомненно обусловлено генотипическими особенностями сорта Вайхенштефан, у которого имеется чужеродное замещение хромосомы пшеницы 1В хромосомой ржи Ш (7е11ег, 1973). Тот факт, что у пшенично-ржаных гибридов, полученных с участием сортов мягкой пшеницы, несущих как рецессивные, так и доминантные гены скрещиваемости с рожью, в М1 мейоза наблюдался асинапсис, дает основания полагать, что гены скрещиваемости мягкой пшеницы с рожью не оказывают влияния на этапы мейоза у пшенично-ржаных гибридов Бь У гибридов, полученных с участием мутанта рЪ сорта Чайниз Спринг, в мейозе формировалось до 10 бивалентов и 3—4 мультивалентов на клетку (табл. 11, 12). В комбинации

Таблица 11

Особенности конъюгации хромосом в М1 мейоза у пшеннчно-ржаиых гпорндов

Гибриды

Т. аезНуитХБ. сегса1е (2п = 42) (2п= 14)

Чайниз СпрингХПеткус

Чайннз Спршг х Памирская

Вайхенштефан X Петкус

Вайхенштефан х Памирская

Чс мутант р!1Х Петкус

Чс мутант рИХ Памирская

Чс мутант рЬХКс-517/3

Изучено МКП

Среднее число на клетку

8£0 670 419 847 169 419 217

бивалентов унивалентов мультивалентов хиазм

0,3 ±0,02 0,2 ±0,02 0,3±0,03 0,3 ±0,02

4.6 ±0,20 4,9±0,09

5.7 ± 0,2

27,4 + 0,02 27,6±0,03 27,3 ±0,06 27,3 ±0,05 15,3 ± 0,5 16,3±0,2 13,2 + 0,2

0 0

0,01 + 0,003 0,02 + 0,006 0,46±0,05 0,54 + 0,03 0,94±0,05

0,3+0,03 0,2 + 0,02 0,3±0,03 0,4±0,03 7,2 + 0,03 9,2 + 0,2 12,1 + 0,2

Частота встречаемости бивалентов, унивалентов и мультивалентов у пшенично-ржаных

гибридов Б, в М1 мейоза

Гибриды

Чейниз СпрингХПеткус Чайниз Спрпнг X Памирская Еейхенштефан X Псткус Вайхенштефан X Памирская Чс мутант рЬХПеткус Чс мутант рЬХ Памирская Чс мутант рЬХКс-517/8

Пределы варьирования

бивален- униЕалек- мульти-ты ты валенгы

1—3 1—3 1—3

1—4 1—10 1—10

2—10

22—28 22—28 20—28 18—30 8—28 7—28 4—24

0 0 1

1—2 1—3 1—3 1—4

МКП с мультивалентами, %_

с 1-м с 2-мя с 3-мя с 4-мя всего

0 0

0,5 2,4 31,9 35,8

0 0 0,2 0

4,9 0,8

6,9 1,4

32,3 19,8 5,5

0 0 О О О О

0,9

О О

0,5 ±0,3 2,6 ±0,5 37,7 ±3,7 44,1 ±2,4 58,5 ±3,3

скрещивания Чайниз Спринг мутант рЬХКс-517/8 процент мейоцитов с мультивалентами достигал 58,5 [40, 45, 47, 48, 51 г 52].

Цитологический анализ мейоза у внутривидовых, межвидовых и межродовых гибридов Бь полученных при участии мутанта рЬ, выявил специфичность его действия в разных системах скрещивания, при этом прослеживалась следующая закономерность: чем меньше гомологичных геномов объединялось в гибридном организме, тем существеннее было повышение частоты конъюгации гомеологичных хромосом. У гибрида от скрещивания мутанта рЬ с автофертильной линией ржи Кс-517/8 наблюдалась высокая изменчивость мейоза и значительное возрастание среднего числа бивалентов, мультивалентов и хиазм на мейоцит, что обусловлено специфичностью действия мутанта рЬ и генотипическими особенностями автофертильной линии ржи [27]. Электронно-микроскопические исследования ультраструктуры синаптонемного комплекса (СК) у пшенично-ржаных гибридов показали, что использование в скрещиваниях с рожью мутанта рЬ сорта Чайниз Спринг приводит не только к индукции гомеоло-гичного синапсиса, что выражается в увеличении длины отрезков СК, но п к изменениям в структуре латеральных элементов и осевых тяжей СК, чего не наблюдается у гибридов, полученных от скрещивания зуплоида Чайниз Спринг с рожью [51].

Результаты проведенных исследований выявили зависимость характера мейоза и степени его изменчивости у гибридов р1 от геномного состава и генотипических особенностей скрещиваемых форм.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Характер и степень изменчивости мейоза у внутри- и межвидовых гибридов обусловлены степенью геномной совместимости (или несовместимости) и генотипическими особенностями исходных родительских форм;

2. Сравнительный моносомный анализ может быть использован для выявления потенциальной изменчивости генного контроля мейоза у различных генотипов мягкой пшеницы;

3. Мейоз, являясь завершающим этапом онтогенеза, в котором отражается гомеостаз особи, выявляет нарушения хода развития, в том числе премейотических митозов, и определяет тип и успех развития получаемого потомства.

выводы

1. Изучение особенностей мейоза у линий, сортов, внутривидовых, межвидовых и межродовых гибридов пшеницы позволило выявить у них специфику изменчивости мейоза и проследить ее зависимость от генного контроля и степени совместимости геномов скрещиваемых видов.

2. Сравнительное изучение мейоза у моносомных гибридов Бь полученных от скрещивания различных форм мягкой пшеницы с серией анеуплоидов сорта Чайниз Спринг, обнаружило различия между ними по участию и роли отдельных хромосом в генотипическом контроле мейоза.

3. Метод моносомного анализа дал возможность выявить различия в мейозе между формами мягкой пшеницы по ре-ципрокным транслокациям хромосом, которые в ходе эволюции могут способствовать преобразованию и совершенствованию структуры хромосом и групп сцепления.

4. Анализ мейоза у межвидовых гибридов, полученных от скрещивания различных генотипов мягкой пшеницы с тет-раплоидными видами разного геномного состава (Т. сНсоссит, Т. регасит, Т. ^торЬееуП, Т. тПШпае), показал, что характер его изменчивости у пентаплоидных гибридов определялся особенностями генотипа, спецификой генного контроля мейоза и степенью совместимости геномов исходных видов.

5. На основании цитологического анализа мейоза у тет-раплоидных пшениц Т. ^торЪееУп, Т. тПШпае и их гибридов выдвинуто предположение о различиях между этими видами по структурным перестройкам хромосом, что могло послужить основой их дивергенции.

6. Изучение мейоза у разных форм ржи показало, что его изменчивость была выше у автофертильных линий, чем у аллогамных популяций. Выявлены автофертильные линии ржи со специфическими аномалиями мейоза и стабильно поддерживающейся гетерозиготностью по транслокации.

7. Успех межродовой гибридизации пшеницы и ржи определялся степенью геномной несовместимости и особенностями организации хромосом исходных родительских форм: сорта мягкой пшеницы успешнее скрещивались а) с диплоидными формами ржи, чем с тетраплоидными, и б) с алло-гамными сортами, чем с автофертильными и автостерильными линиями ржи. Получение гпненично-ржаных гибридов было более успешным в тех случаях, когда в скрещиваниях участвовали сорта мягкой пшеницы с рецессивными аллелями генов скрещиваемости с рожью кгь кгг.

8.. Характер течения мейоза у межродовых пшенично-ржаных гибридов в целом определялся геномной несовместимостью скрещиваемых видов и в основном соответствовал картинам асинапсиса, описанным в литературе. Однако изменчивость хода мейоза в значительной мере была связана с подбором родительских генотипов и при этом были выявлены следующие особенности: а) рецессивные аллели генов скрещиваемости мягкой пшеницы с рожыо (кгь кгз) не влияли на ход мейоза у полученных пшенично-ржаных гибридов; б) участие в скрещиваниях мутанта рй существенно повышало частоту конъюгации гомеологичных хромосом в М1 мейоза у пшенично-ржаных гибридов Рь но не влияло на их фертилыюсть; в) наибольшая изменчивость мейоза установлена у гибридов от скрещивания мягкой пшеницы с авто-фертпльными линиями ржи, у которых в М1 мейоза встречались полиплоидные клетки, клетки с высоким числом бивалентов и др.

9. Полученные данные о степени изменчивости мейоза у отдаленных гибридов дают основания предполагать, что геномная несовместимость в целом и генотипические особенности гибридов Б1 реализуются не только в мейозе, являющемся завершающей стадией онтогенеза, но и на более ранних стадиях деления — в премейотических митозах.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В селекции мягкой пшеницы на устойчивость к болезням в качестве доноров комплексного иммунитета следует шире использовать виды тетраплоидных пшениц Т. ито-рйееуп и Т. тПШпае. При этом рекомендуется использовать полученные нами линии мягкой пшеницы, семенные образцы которых приняты в мировую коллекцию ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова (И-0121782 — И-0121786) и могут быть переданы научным и селекционным учреждениям для использования их в практике сельского хозяйства.

2. Полученную в результате межсортовой гибридизации автофертильную линию яровой ржи АП-1 предлагается использовать в генетических исследованиях, где требуется применение метода индивидуального отбора и изучение самоопыленных потомств отдельных растений ржи.

3. В научно-исследовательских учреждениях и вузах при чтении курса лекций и проведении практикумов по цитоге-нетике особое внимание следует уделять изучению степени изменчивости мейоза у сортов и гибридов пшеницы и ржи, обусловленной геномным составом, генотипическими особенностями и наличием транслокаций хромосом.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шнайдер Т., Пярди Ю. О нарушениях микроспорогенеза в гибридном потомстве от скрещивания мутанта яровой пшеницы с исходным сортом // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1972. — Т. 21, № 4. — С. 335—339.

2. Р г i i 1 i n n О., Shnaider Т. Mutants in summer wheat induced by chemical mutagens /'./ Genetics. — 1973. — Vol. 74, N 2. — P. 219—220.

3. Шнайдер Т., Пярди Ю. Нарушения мейоза у мутантов пшеницы, полученных под действием химических мутагенов // Химические супермутагены в селекции. — М.: Наука, 1975. — С. 218—222.

4. Шнайдер Т. К вопросу о цитомиксисе у растений // Изв. АН ЭССР, Биология, — 1975. — Т. 24, № 3. — С. 199—210.

5. П р и й л и н н О,. Шнайдер Т., Орав Т. Исследования по химическому мутагенезу у сельскохозяйственных растений. ■— Таллин: Валгус, 1976. — 205 с.

6. Пярди Ю., Шнайдер Т. Изучение мейоза у гибридов Fj, полученных от скрещивания моносомиков Чайниз Спринг с мутантом яровой пшеницы // II съезд генетиков и селекционеров Эстонии: Тез. докл. ■— Таллин, 1976. — С. 37—38.

7. Пярди Ю., Шнайдер Т. Нарушения митоза и мейоза у пшеницы, вызванные обработкой семян М-нигрозо-№алкилмочевинами // Эффективность химических мутагенов в селекции. — М.: Наука, 1976. — С. 76—82.

8. Шнайдер Т., Пярди Ю. Использование анеуплоидии в генетике и селекции пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1976. •— Т. 25. № 4. — С. 263—282.

9. Шнайдер Т. М., П е у ш а X. О., П р и й л и н н О. Я. Локализация генов устойчивости к бурой ржавчине у мутанта яровой пшеницы // III съезд ВОГиС им. Н. И. Вавилова: Тез. докл. — Л.: Наука, 1977. — С. 532.

10. П е у ш а X., Шнайдер Т., П р и й л и н н О. Моносомный анализ устойчивости мутанта яровой пшеницы к бурой ржавчине // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1977. — Т. 26, № 3. — С. 197—202.

1.1. Priilinn О., Snaider Т. The effects of nitrosoalkylurea on chromosome aberrations rate in wheat // Abstr. Book of the Helsinki Chromosome Conference. — Helsinki, Finland, 1977. — P. 180.

12. Шнайдер Т. M., Пярди Ю. М. Особзнности мейоза у гибридов F] от скрещивания моносомных линий Чайниз Спринг с мутантом яровой пшеницы // Генетика. — 1978. — Т. 14, № 5. — С. 763—770.

13. Priilinn О., Shnaider Т. Studies of mutants in common wheat // Genetics in Soviet Estonia. — Tallinn, 1978. — P. 76—81.

14. Прийлинн О., Шнайдер Т. Фитопатологическое, биохимическое и цитологическое изучение мутантов пшеницы, индуцированных химическими мутагенами // XIV Международный генетический конгресс: Тез. докл. — М., 1978. — Ч. II. — С. 270.

15. Пеуша X., Шнайдер Т. Пути пополнения фонда генов устойчивости к болезням // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1979. — Т. 28, № 3. — С. 194—205.

16. Шнайдер Т., Дорохова Т. Моносомный анализ некоторых количественных признаков у мягкой пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1979. — Т. 28, № 4. — С. 250—259.

17. Пеуша X., Шнайдер Т., Прийлинн О. Использование родственных мягкой пшенице видов как доноров устойчивости к бурой ржавчине // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1980. — Т. 29, № 3. — С. 249—254.

18. Шнайдер Т. Цитологические особенности мейоза у мутантов и гибридов мягкой пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1980. — Т. 29, № 4. — С. 336—339.

19. Шнайдер Т. М., Прийлинн О. Я. Локализация генов, контролирующих некоторые количественные признаки у сорта и мутанта мяг-ксй пшеницы // I Всес. совещание по генетике развития растений: Тез. докл. — Ташкент, 1980. — С. 152—154.

20. Шнайдер Т. М., Пеуша X. О. Особэиности мейоза у гибридов Fj, полученных от скрещивания мягкой пшеницы с тетраплоидными видами // Всес. совещание по отдаленной гибридизации растений и животных: Тез. докл. — М., 1981. — С. 178.

21. Шнайдер Т. М., Прийлинн О. Я., Пеуша X. О., Пяр-д и Ю. М. Изучение мутантов мягкой пшеницы, полученных с помощью химических мутагенов на устойчивость к бурой ржавчине // Применение химических мутагенов в защите среды от загрязнения и в сельскохозяйственной практике. — М.: Наука, 1981. — С. 138—145.

22. Фадеева Т. С., Шнайдер Т. М. Проблемы сравнительной генетики растений, гомеологая хромосом и геномов // III съезд генетиков и селекционеров Эстонской ССР: Тез. докл. — Тарту, 1981. — С. 65—67.

23. Шнайдер Т. Цитологический анализ мейоза у пшенично-ржаных гибридов // III съезд генетиков и селекционеров Эстонской ССР: Тез. докл. — Тарту, 1981. — С. 76—80.

24. Шнайдер Т., Смирнов В., Фадеева Т., Дорохова Т. Скрещивание разных сортов пшеницы с автофертильными и автостерильными формами ржи // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1981. — Т. 30, № 2. С. 116—122.

25. Шнайдер Т. М., Прийлинн О. Я. Особенности мейоза у мутантов и гибридов мягкой пшеницы //IV съезд ВОГиС им. Н. И. Вавилова: Тез. докл. — Кишинев: Штиинца, 1982. — С. 115.

26. Шнайдер Т. М., Пеуша X. О. Цитологический анализ мейоза у межвидовых гибридов Fj пшеницы // Генетика. — 1982. — Т. 18, № 7. — С. 1121—1126.

27. Шнайдер Т., Фадеева Т. Особенности мейоза у гибридов Fj, полученных от скрещивания мутанта пшеницы с автофертильными линиями ржи // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1983. — Т. 32, № 1. — С. 33—39.

28. Шнайдер Т. М., Пеуша X. О., Тимофеева Л. П. Перспективные формы, полученные от скрещивания мутантов пш°ницы с рожью // Улучшение культурных растений и химический мутагенез. — М.: Наука, 1982. — С. 139—142.

29. Шнайдер Т., Дорохова Т. Цитогенетическое изучение межвидовых гибридов F, пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1983. ■— Т. 32, № 2. — С. 103—106.

30. Пеуша X., Шнайдер Т. Скрещиваемость мягкой пшеницы с близкородственными видами // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1983. — Т. 32, № 4. — С. 241—244.

31. Priilinn О., Shnaider Т., FadejevaT. Meiotic behaviour of hybrids Fi, derived from crosses between wheat and self-fertile lines of

гуе // XV Intern. Congress of Genetics: Abstr. of contr. papers. — New-Dehli, 1983. — P. II. — P. 684.

32. Shnaidei T., P r i i 1 i n n O. Identification of the chromosomal translocations in wheat // Wheat Information Service. — 1983. — N57. — P. 24—27.

33. Шнайдер T. M., Фадеева T. С. Изучение мейоза y автофертиль-ных линий ржи // Генетика. — 1984. — Т. 20, № 7. — С. 1175—1181.

34. Шнайдер Т. Мейоз у межвидовых гибридов пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1984. — Т. 33, № 4. — С. 294—296.

35. Шнайдер Т. М., Фадеева Т. С. Цитогенетические особенности псевдоавтофертильных линий ржи // III Национальная конференция по цитогенетике. — Пловдив, НРБ, 1984. — T. II. — С. 450—453.

36. ShnaiderT. M., P г i i 1 i n n O. J. The use of ph mutant increasing homoeologous pairing in wheat x rye hybrids // Wheat Information Service. — 1984. — N 59. — P. 6—8.

37. П p и й л и н н О. Я., Шнайдер T. M. Подбор исходного материала для обработки химическими мутагенами // Химичзский мутагенез в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений. — М.: Наука, 1984. — С. 81—84.

38. Шнайдер Т., Дорохова Т. Изучение мейоза у межвидовых гибридов F2 пшеницы // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1985. — Т. 34, № 1. — С. 61—63.

39. Шнайдер Т., Пеуша X., Фадеева Т. Скрещиваемость мягкой пшеницы с диплоидной и тетраплоидной рожью // Изв. АН ЭССР, Биология. — Т. 34, № 1. — С. 58—60.

40. Шнайдер Т. М. Индукция гомгологичной конъюгации у пшенично-ржаных гибридов с участием мутанта ph // Генетика. — 1985. — Т. 21, № 1. — С. 288—294.

41. Шнайдер Т. М., Пеуша X. О. Использование вида Triticum mili-tinae в селекции пшеницы на устойчивость // Роль отдаленной гибридизации в эволюции и селекции пшеницы. — Тбилиси, 1985. — С. 58.

42. Шнайдер Т., Фадеева Т., Суриков И., Романова Н. Способность к самоопылению и особенности мейоза у автофертильных линий ржи Secale cereale // Изв. АН ЭССР, Биология. — 1986. — Т. 35, № 1. — С. 33—33.

43. Шнайдер Т. М. Мейоз у межвидовых пентаплоидных и тетраплоид-ных гибридов пшеницы Fj // Цитология и генетика. — 1986. — Т. 20, № 5. — С. 327—330.

44. Шнайдер Т. Особенности мейоза у мягкой пшеницы и ее гибридов // Академия наук Эстонской ССР, 1980—1985 гг. — Таллин: Валгус, 1986. — С. 197—202.

45. Шнайдер Т. Индукция рекомбинаций в мсйозе у пшенично-ржаных гибридов // Рекомбиногенез — его значение в эволюции и селекции. — Кишинев: Штиинца, 1986. — С. 330—332.

46. Прийлинн О. Я., Пеуша X. О., Шнайдер Т. М. Поиски путей повышения устойчивости мягкой пшеницы к грибным заболеваниям // V съгзд БелОГиС: Тез. докл. — Горки, 1986. — С. 105.

47. Шнайдер Т. М. Отдаленная гибридизация пшеницы и хромосомная инженерия // IV съезд генетиков и селекционеров Эстонской ССР: Тез. докл. — Таллин, 1986. — С. 86—87.

48. Шнайдер Т. М. Повышение частоты рекомбинации хромосом в мейоза у пшенично-ржаных гибридов // Цитология и генетика. — 1987. ■— Т. 21, № 3. — С. 175—179.