Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками

Юданова, Софья Станиславовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками
ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками"

На правах рукописи УДК 631.526.323:633.415:576.53

Юданова Софья Станиславовна

Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками

03.00.15 - Генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание научной степени кандидата биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Работа выполнена в лаборатории популяционной генетики растений Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Малецкий С.И.

Институт цитологии и генетики СО РАН г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Буренин В.И.

ГНЦ РФ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова г. Санкт-Петербург

доктор биологических наук, профессор Пыжинков В.И.

Санкт-Петербургский государственный аграрный

университет

г. Санкт-Петербург

Ведущая организация: Институт Общей Генетики РАН

Г.Москва

Защита диссертации состоится " Хб « иллис в /У часов на заседании Диссертационного совета Д 006.041.01 при ГНЦ ВНИИР им. Н.И. Вавилова по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ ВНИИР им. Н.И. Вавилова.

Автореферат разослан " 2004г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

Э.А. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многие признаки и свойства организменного уровня у покрытосеменных растений определяются изменчивостью нуклеарных признаков. К их числу относятся такие признаки как число ядер в клетке, число геномов на ядро, число копий хроматид в хромосомах и др.

Закон постоянства числа хромосом в ядрах клеток был сформулирован в конце XIX века (Вермель Е.М., 1970). Однако в клеточных популяциях может наблюдаться миксоплоидия, когда наряду с доминирующей фракцией встречаются клетки, где число хромосом в ядрах меньше или больше их основного числа. Миксоплоидия клеточных популяций может быть как с эуплоидными, так и с анеуплоидными числами хромосом в ядрах. В данной работе речь будет идти только об эуплоидной миксоплоидии. Один из путей возникновения миксошюидности клеток - эндомитоз (редупликация хромосом не сопровождается кариокинезом). В этом случае образуются эндополиплоидные клетки, у которых число хромосом кратно увеличено по сравнению с основным набором. Второй путь возникновения миксошюидности клеток - редукция числа хромосом в соматических клетках, в результате которой образуются эндогашюидные клетки. Это происходит, если кариокинезу не предшествовала фаза удвоения числа хромосом.

Для покрытосеменных растений явление миксоплоидии универсально: у диплоидных растений гаметофиты гаплоидные, меристемы диплоидные, а в дифференцированных тканях наблюдается соматическая полиплоидия (полисоматия) (Липае-ва Л.И., 1962; Р.Л Берг, 1993). Увеличение дозы геномов на ядро создает новые условия экспрессии генов, и полиплоидию можно рассматривать как эпимутагенный фактор. Эволюция покрытосеменных растений идет в значительной мере путем смены уровней плоидности геномов с помощью как полиплоидизации, так и депо-липлоидизации в пределах биологически оптимального уровня плоидности (Хохлов С.С., 1965). При повышении уровеня миксоплоидности возрастает вероятность попадания полиплоидных клеток в зародышевый путь и формирование полиплоидных мега- и микроспор, в частности, мега- и микроспор с соматическим числом хромосом. Идея о связи миксоплоидии и гамет с соматическим числом хромосом была высказана еще в 30-х годах (Лусс А.И., 1935). Сегодня эта тема, формирование 2п гамет, интенсивно изучается во всем мире.

Существует взаимосвязь между изменчивостью нуклеарных признаков в популяциях клеток и изменчивостью репродуктивных признаков растений (Малец-кий СИ., Колодяжная Я.С., 1999). Если меристематическая ткань представлена ди-и тетраплоидными клетками, то создается гетероплоидная популяция мегагаметофи-тов: одна часть будет иметь редуцированное гаплоидное число хромосом, другая часть — редуцированное диплоидное число хромосом. Если в популяции преобладает свободное переопыление, то отбор благоприятствует развитию эмбрионов из диплоидных зигот. Если же гаплоидная пыльца отсутствует (беспыльцевой режим репродукции), то потомство диплоидного растения может быть представлено гаплоидами и дигаплоидами. При одновременном развитии гаплоидных и дигаплоидных эмбрионов преимущество получат дигаплоиды, обладающие сбалансированными наборами хромосом.

Цели и задачи исследования. Цель данной работы — изучить миксоплоидию у сахарной свеклы и исследовать некоторые причин ее возникновения. Изменчивость клеточных популяций по уровню плоидности геномо

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА | СПстцфург-09

соплоидии с фенотипическими признаками растений, в частности, с изменчивостью репродуктивных признаков. В диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать изменчивость клеточных популяций по числу ядер в клетке (одно- и многоядерность клеток).

2. Исследовать изменчивость клеточных популяций по числу геномов на ядро (мик-соплоидия).

3. Оценить роль способов репродукции (гибридизация, инбридинг, апозиготия) на миксоплоидность клеточных популяций.

4. Разработать косвенные методы описания миксоплоидии клеточных популяций.

5. Разработать экспериментальные методы изменения уровня микссплоидии клеточных популяций.

6. Исследовать связь уровня миксоплоидии с репродуктивными признаками растений: а) с завязываемостью семян апозиготическим способом (партеногенез); б) со временем вступления растений в фазу цветения; в) с формированием различных типов цветоносных побегов растениями ("цветущие", "упрямцы", "холостяки"); г) с вариацией числа цветков в частных соцветиях у свеклы.

Научная новизна. Впервые показано, что инбридинг приводит к повышению уровня миксоплоидии, а гибридизация (свободное опыление) - к ее снижению. Линии склонные к партеногенетическому завязыванию семян (апозиготия) имеют более высокий уровень миксоплоидности клеточных популяций, чем линии, размножающиеся путем перекрестного опыления. Впервые показано, что эпимутаген 5-азацитидин снижает уровень миксоплоидности клеточных популяций у растений сахарной свеклы.

Практическая ценность. В работе показана связь признаков клеточного уровня с репродуктивными признаками растений. Разработан метод повышения доли гамет с соматическим числом хромосом. Повышая миксоплоидность клеточных популяций, можно получать растения, формирующие 2п гаметы с достаточно высокой частотой. Предложены различные способы изучения миксоплоидии. В работе также показана связь эпигенетической изменчивости и миксоплоидии с репродуктивными признаками растений: длительностью периода вегетации, временем вступления растения в фазу цветения и склонностью растений к партеногенетическому формированию семян (апозиготия).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на российских и международных конференциях: научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения АЛ. Мазлумова, Рамонь, 1996; XXXVI Международной научной студенческой конференции, Новосибирск, 1998; 2-м съезде ВОГиС, Санкт-Петербург, 2000; Mendel Centenary Congress, Brno, Czechia 2000; XVIIth International Congress on Sexual plant reproduction, Lublin, Poland 2003.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение, выводы. Работа изложена на 108 старницах машинописного текста и содержит 14 таблиц, 17 рисунков, 5 фотографий, 12 приложений. Библиографический указатель включает 125 источников.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Материал

В работе использовали различный по происхождению и способу репродукции диплоидный материал сахарной свеклы из коллекции лаборатории популяционной генетики растений ИЦиГ СО РАН. Материалом для исследования служили:

1. Две мужскостерильные линии с признаком ЦМС, контрастные по склонности к апозиготическому завязыванию семян: мсСОАН-41 (склонна) и мсСОАН-210 (склонность выражена очень слабо).

2. Апозиготические потомства семи растений линии мсКНВС2 польской селекции.

3. Снтетическая популяция РИС и ее самоопыленные потомства различной глубины инбридинга: /д - исходная популяция РНС, полученная от свободного переопыления РЦ линий селекции ИЦиГ СО РАН и ВНИИСС; // - потомство от однократного самоопыления; - потомство от двукратного самоопыления; <7/ - потомство от однократного внутрилинейного (брат-сестринского) размножения; Ог - потомство от двукратного внутрилинейного (брат-сестринского) размножения.

4. Инбредные линии СОАН-241 и 742-24-8 после 5-6 поколений инбридинга, созданные на основе РЦ материалов, полученных из НИИ Свекловодства ГДР.

5. Гибриды сахарной свеклы: а) синтетический гибрид Н1 селекции ВНИИСС; межлинейный гибрид на стерильной основе Н2 (мс 704-8 х 741-1-21), полученный от скрещивания двух инбредных линий из НИИ Свекловодства ГДР.

6. Апозиготические (партеногенетические) потомства пыльцестерильных растений межлинейного гибрида Н2.

7. Инбредная линия мсСОАН-31 и ее гибрид мсСОАН-31 хРЕК-45.

Для обозначения однородительской (апозиготической) семенной репродукции были использованы следующие символы: А| - поколение апозиготической репродукции, индекс (¡) обозначает номер поколения; С[ - указывает номер миксоплоид-ного поколения; А- поколения репродукции после обработки 5-азацитидином (5-агаС). Итак, Ао - контрольные растения; АоСо - растения, обработанные колхицином; А/ — апозиготическое поколение; А;Су - апозиготическое поколение, полученное от растений АоСо; А/Аго -растения Аь обработанные 5-агаС; АгАг; - апозиготическое поколение, полученное от растений А]А2о; А^^о - растения А1С1, обработанные 5-агаС; АгСгАг/ - апозиготическое поколение, полученное от растений

Методы исследования.

Содержания ДНК в ядре. Содержание ДНК измеряли в ядрах клеток зародышевых корешков, зафиксированных в смеси Карнуа. Для выявления ДНК в ядре проводили реакцию Фельгена, включающая горячий гидролиз и окрашивание стандартным методом (Паушева З.П., 1980). Массу ДНК измеряли двухволновым методом абсорбционной цитофотометрии на однолучевом цитофотометре конструкции Шерудило А.И. (Шерудило А.И., 1968). Массу ДНК оценивали в единицах оптической плотности. Минимальная масса ДНК, обнаруживаемая в гаплоидных ядрах, была взята за точку отсчета, равную 1С (Шерудило А.И., 1968; Мендельсон, 1969).

Подсчет числа хромосом. Прямой подсчет числа хромосом проводился на листовых точках роста, зафиксированных в смеси Карнуа. Хромосомы окрашивали ацетокармином по стандартной методике (Паушева З.П., 1980). На каждом препарате подсчитывались хромосомы в 10 делящихся клетках.

Подсчет числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц. У растений первого года жизни в исследование брали листья через 6-8 недель после всходов. У растений второго года жизни - розеточные листья во второй половине фазы нарастания листьев и стеблеобразования, в первой половине фазы стеблеобразования и цветения. Для окрашивания хлоропластов в замыкающих клетках устьиц на эпидерму, снятую с нижней стороны листа, наносили каплю раствора По каждому препарату подсчитывали хлоропласты в 50 - 100 клетках.

Экспериментальное изменение миксоплоидности клеточных популяций. Обработка растений колхицином. Наклюнувшиеся семена замачивали на сутки в 0,1% растворе колхицина (опыт) и в дистиллированной воде (контроль). После этого семена высевали в грунт. Обработка растений 5-азаиитидином. Наклюнувшиеся опытные семена оставляли на 24 часа при комнатной температуре в 0,5 рМ растворе 5-азацитидина (5-azaC), контрольные семена оставались в дистиллированной воде. Затем семена высевались в грунт.

Апозиготический способ получения семян у сахарной свеклы. Для получения апозиготических семян использовали пыльцестерильные инбредные линии с признаком цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС). Пыльцестериль-ные растения выращивали на изолированном участке в беспыльцевом режиме. Чтобы избежать пыльцевого загрязнения от растений с опытного участка проводили строгую браковку растений по фенотипу пыльцевых зерен. На поле оставляли только растения с полностью дефектной пыльцой - фенотипы мсО и мс1 по классификации Оуэна (Owen F.V., 1945). По завершению цветения и созревания плодов, с каждого растения проводили индивидуальную уборку. Потомства, получаемые при беспыльцевом режиме семенной репродукции, являются по большей части дигап-лоидами, которые образуются из диплоидных яйцеклеток, сформированных из диплоидных мегаспор, возникших, в свою очередь, из тетраплоидных мейоцитов.

Динамика цветения и формирование цветоносных побегов. Наблюдения за началом цветения осуществляли в течение 60 дней с момента распускания первых цветков. Растения подразделяли по дате цветения и по типу цветоносного побега: «цветущие» - формируют цветоносный побег с множеством цветков; «холостяки» -формирут цветоносный побег без цветков; «упрямцы» - формируют только розетку листьев без цветоносного побега.

Статистические методы. Достоверность различий между эмпирическими распределениями оценивалась с помощью критериев G и (Пирсона) для многопольных таблиц. Сравнение дисперсий проводилось с помощью критерия Фишера; средних - с помощью критерия Стьюдента ("t-критерий"); выборочных долей - с помощью и-критерия (Урбах В.Ю., 1964; Лакин Г.Ф., 1968; Weber E., 1986).

Распределение числа хлоропластов оценивали по следующим статистическим параметрам: а) среднее число хлоропластов на клетку (М); б) среднее значение биномиального распределения и дисперсия экспериментального ряда в) устанавливали тип биномиального распределения - недорассеянное распределение (биномом с целым положительным показателем степени, перерассеянное распределение (биномом с отрицательным или дробным показателем степени, распределение Пуассона

РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Изменчивость содержания ДНК в ядрах.

Содержание ДНК в ядре зависит от: а) числа геномов в ядре; б) степени поли-тенизации хромосом; в) стадии митотического цикла. Основную часть в клеточной популяции составляют клетки в стадии интерфазы и профазы, поэтому самые многочисленные измерения проводились на ядрах таких клеток. У линии мсСОАН-210 масса ДНК определена в 807 ядрах, а у линии мсСОАН-41 в 833 ядрах. Кроме этого, содержание ДНК измерялось в клетках на стадии метафазы и телофазы.

Таблица 1

Содержание ДНК в ядрах зародышевых корешков сахарной свеклы линий

СОАН-210 и СОАН-41 на стадии профазы и интерфазы.

Линия- Содержание ДНК в ядрах Общее число ядер

1С 2С 4С 8С 16С 32С 64С 128С 256С

СОАН-2Ю 34 102 210 281 146 27 5 2 0 807

СОАН-41 1 13 98 203 242 187 78 9 2 833

Е 35 115 308 484 388 214 83 и 2 1640

В клетках линии СОАН-210 на стадии профазы и интерфазы встречаются ядра с массой ДНК от 1С до 128С на ядро, а в клеточных популяциях линии СОАН-41 от 1С до 256С (табл. 1). У линии СОАН-210 среднее содержание ДНК на ядро составило 8,8С, а у линии СОАН-41 - 22,3 С. Хотя сравниваемые линии диплоидные (2х = 18), масса ДНК в ядрах СОАН - 41 более чем в два с половиной раза больше, чем у СОАН-210. Статистическая оценка эмпирических распределений свидетельствует, что различие между вариантами достоверно (О = 414.907, Р > 0,999).

Не менее существенными оказались различия по изменчивости содержания ДНК в клетках на стадии метафазы (табл. 2). У линии СОАН-210 содержание ДНК варьировало от 1С до 32С, а у СОАН-41 - от 4С до 256С. В этом случае среднее содержание ДНК на клетку у линии СОАН-41 было в 4,7 раза больше, чем у СОАН-210. Оценка достоверности различий между опытами свидетельствует, что распределение массы ДНК на стадии метафазы у двух линий неслучайное (О = 45,123; Р> 0,999).

Таблица 2

Содержание ДНК в клетках зародышевых корешков сахарной свеклы у линий

СОАН-210 и СОАН-41 на стадии метафазы.

Линия Соде ржание ДНК Общее число ядер

1С 2С 4С 8С 16С 32С 64С 128С 256С

СОАН-2Ю 1 1 10 8 7 5 32

СОАН-41 3 11 43 31 13 14 1 116

2 1 1 13 19 50 36 13 14 1 148

На стадии телофазы содержание ДНК у обеих линий варьировало от 1 с до 32с (табл.3). При этом наблюдалась такая же тенденция: содержание ДНК в телофазных клетках линии СОАН-41 более чем в два раза превышало аналогичный показатель у СОАН-210. Оценка эмпирических распределений свидетельствует, что распределение массы ДНК по двум линиям неслучайное (О = 48,795; Р > 0,999).

Варьирование содержания ДНК на стадии телофазы зависит как от массы ДНК в ядре родительской клетки, так и от точности распределения хроматид при расхо-

ждении хромосом. При редупликации хромосом и последующем кариокинезе, дочерние клетки должны иметь одинаковое содержание ДНК. Однако это наблюдали не всегда. У линии СОАН-210 из тридцати девяти клеток в двадцати семи оба дочерних ядра в телофазе имели одинаковое содержание ДНК, а в двенадцати - разное. У линии СОАН-41 из восьмидесяти двух клеток только в восемнадцати клетках содержание ДНК в дочерних ядрах оказалось равным, а в 64 клетках наблюдались довольно большие различия. Равными по массе считали ядра, если значения массы ДНК в единицах оптической плотности были либо полностью идентичными, либо отличались между собой незначительно (до 5% от наименьшего значения массы в одном из дочерних ядер). В некоторых клетках различия по массе дочерних ядер были достаточно велики (в несколько раз). У линии СОАН-210 обнаружено три клетки, с большими различиями в содержании ДНК в дочерних ядрах (1С-2С; 2С-4С; 4С-8С). Для СОАН-41 отмечена гораздо более высокая вариабельность: 4 клетки (2С-4С), 10 клеток (4С-8С), 6 клеток (8С-16С), а в двух клетках отмечена еще большая разница 8С-32С и 4С-16С. Оценка достоверности различий между вариантами опыта свидетельствует, что точность распределения ДНК в телофазных ядрах зависит от генотипа линии: = 25,293 (х2о,999 = 10.8, сИ= 1).

Таблица 3

Содержание ДНК в ядрах зародышевых корешков сахарной свеклы линий СОАН-210 и СОАН-41 на стадии телофазы.

Линия

СОАН-2Ю СОАН-41 Итого

1С

число ядер с массой ДНК:

2С

13 38

4С

18 69

ее

59 68

16С

25 29

32С

Итого

78 164

242

Как видно из приведенных результатов, изменчивость содержания ДНК в клетках у сахарной свеклы является нормой. Диапазон изменчивости зависит от исходного материала, взятого в опыт, т.е. содержание ДНК на ядро - это нуклеотипиче-ская характеристика как линии, так и отдельного растения.

2. Изменчивость числа хромосом и числа ядер в клетках сахарной свеклы.

Иллюстрацией исследований миксоплоидности клеточных популяций сахарной свеклы, проведенных с помощью прямого подсчета числа хромосом, являются данные, представленные на рисунке 1. У диплоидных растений клеточные популяции должны состоять на 100% из диплоидных клеток. Однако в апозиготических потомствах диплоидной линии мсКНВС2 наблюдалась миксоплоидность клеточных популяций. Растения разделились на три группы в зависимости от доли диплоидной фракции (u-критерий). Первая группа представлена потомствами с диплоидной фракцией клеток от 71% до 80% (рис.1 А); вторая группа - с диплоидной фракцией 61-71% (рис.1 Б); третья - с диплоидной фракцией менее 60% (рис.1 В). Выделим два потомства: 1) мсКНВС2 - 6А, относящееся ко второй группе, у которого в клеточной популяции присутствует достаточно высокий процент гаплоидной фракции клеток (30%); 2) мсКНВС2-37А, являющееся единственным представителем третьей группы, у которого в клеточной популяции присутствует достаточно высокий процент триплоидной фракции (30%).

Изучение явления многоядерности на этом же материале представленно в таблице 4. Как и следовало ожидать, более 90% клеток почти во всех вариантах были одноядерными. Исключением является потомство мсКНВС2-39А: доля одноядерных клеток здесь составила лишь немного более 60%, а доля двухъядерных достигала 35%. Встречались растения, у которых в клеточной популяции присутствовали единичные клетки с большим числом ядер: трех-, четырех-, пяти- и даже шести -ядерные клетки.

Рис.1. Изменчивость числа геномов на клетку в апозиготических потомствах диплоидной пыльцестерильной линии мсКНВС2 А. Диплоидная фракция 71-80%

msKHBtt- 10А msKHBC2- 3SA msKHBtt- 40А

В. Диплоидная

Б. Диплоидная фракция 60-71% фракция менее 60%

'msKHBtt-вА i msKHBC2- SA msKHBtt-3SA ' msKHBC2- 3TA

Таблица 4

Изменчивость числа ядер на клетку в апозиготических потомствах ___пыльцестерильной линии мсКНВС2__

1 Потомство число ядер на клетку, % Число учтен- 1

1 ядро 2 ядра 1 3 ядра 4 ядра 5 ядер 6 ядер ' 1 пых клеток 1

мсКНВС2- 6А 92,2 7?8 _ - _ 284

| мсКНВС2 - 8А 93,1 5,8 0,7 ! 0,4 - 725 i

мсКНВС2- 10 А 94,8 4,9 0,3 ! — - - 1183

1 мсКНВС2-35А 84,2 13,6 1,5 ! 0,4 0,2 0,1 1129 |

мсКНВС2- 37А 92,1 7,3 0,6 , — _ — 355

, мсКНВС2- 39А 60,7 34,9 3,2 | 1,2 - — 873 !

' мсКНВС2- 40А 92,2 7,3 0,4 [ ОД - - 2009

Итого, % 90,18 8,75 0,81 ' 0,23 0,021 0,01 9597 !

Итак, несмотря на то, что исследуемая линия диплоидна, ей присуща миксоп-лоидность и многоядерность клеток. В клеточных популяциях ее апозиготических потомств наряду с диплоидными присутствуют гаплоидные, три- и тетраплоидные клетки. Более того, в некоторых потомствах наблюдаются существенные отклонения: а) наличие достаточно большой доли гаплоидных клеток (30%) у мсКНВС2 - 6А; б) наличие достаточно большой доли триплоидных клеток

(30%) у мсКНВС2-37А. Вероятно, система репродукции, а именно инбридинг, поскольку исследовалась именно инбредная линия, ведет к различным нарушениям, приводящим к изменению состава клеточной популяций.

3. Влияние способа репродукции, длительности жизненного цикла, обработки растений колхицином, 5-агаС на миксоплоидность клеточных популяций.

Влияние инбридинга и гибридизации на миксоплоидность клеточных популяций. Влияние инбридинга на миксоплоидность клеточных популяций сахарной свеклы исследовали на растениях популяции РНС (¡д) и линиях различного уровня инбридинга, полученных на основе этой популяции {¡¡; /¿С/; /г^). В таблице 5 представлены данные цитологических исследований верхушечных меристем листьев (подсчет числа хромосом), проведенных на этом материале. Как следует из наблюдений, популяции метафазных клеток представлены гаплоидными, диплоидными, триплоидными и тетраплоидными клетками, т.е. в верхушечных меристемах наблюдается процесс как эндополиплоидизации, так и редукции числа хромосом (эн-догаплоидные клетки). Даже в норме (/5) митотические деления идут с нарушениями, приводящими к возникновению гагою-, три- и тетраплоидных клеток. С углублением инбридинга нарушения усугубляются: доля гаплоидных и диплоидных клеток падает, а доля три- и тетраплоидных клеток возрастает. Оценив эмпирические распределения числа хромосом на ядро с помощью критерия в, получим: а) различия между и "¡¡о, /г(7/о, /гф" достоверны с вероятностью превышающей 99,9%; б) различия между "/д" и "//' достоверны при Р > 0,95. Данные этой таблицы коррелируют с результатами изменчивости числа хлоропластов в замыкающих устьичных клетках (табл. 6).

Таблица 5

Изменчивость числа геномов на ядро в метафазных клетках верхушеч-

ных меристем в популяции РНСи у линий разного уровня инбридинга.

Образец Плоидность клеток Всего клеток

1х 2х | Зх 4х

1о 17 (12,1%) 114 (81,43%) 4 (2,86%) 5 (3,6%) 140

11 30 (9,61%) 235 (75,32%) 14 (4,49%) 33 (10,58%) 312

12; 12С,; № 37 (8,22%) 320 (71,11%) 24 (5,33%) 69 (15,33%) 450

Подсчет числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц (табл. 6) показал, что при инбридинге возрастает: а) среднее число хлоропластов на клетку (с 16 до 19 штук); б) дисперсия распределений с 11,25 до 18,43; в) доля растений, описываемых перерассеянным распределением (биномом с отрицательным показателем степени а2 / х >1). Сравнение типов распределений у растений исходной популяции (1о) и у растений разного поколения инбридинга позволяет судить о роли

инбридинга в изменчивости нуклеарных (размер генома) и цитоплазматических (число хлоропластов) признаков (табл.6 и 7). Во всех_трех образцах встречаются растения трех типов: а) о2 / х< 1; С углублением инбри-

динга возрастает доля растений, у которых распределение числа хлоропластов описывается перерассеянным распределением (с? I х> 1). Если сравнить исходную популяцию и третью группу растений с более глубоким уровнем инбридинга

^б]; ЬСЗг), то различия будут высоко достоверны (Р>0.99). Если объединить все инбредные потомства (11 + Ь; ЬСЬ)» то различия также будут достоверны

(Р>0.95). Сравнение исходной популяции (1о) и первой группы растений (Г)) свидетельствует о недостоверности различий (0.93<Р<0.95). Однако тенденция увеличения числа хлоропластов в клеточных популяциях четко прослеживается. Аналогичный результат получился и при сравнении второго и третьего образцов ("II" и "Ь; ЬОг"): различия оказались достоверны только при 0.93<Р<0.95. Таким образом, с углублением инбридинга наблюдается статистически достоверное смещение эмпирических рядов в сторону перерассеянных распределений (а2/ х> 1), т.е. возрастает доля растений, у которых вариация числа хлоропластов сочетает как случайную изменчивость, так и дополнительные внутренние или внешние факторы, оказывающие влияние на этот признак.

Таблица 6

Изменчивость числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у растений

популяции РНС и линий разного уровня инбридинга.

Образец Распределение числа хлоропластов

Всего клеток М ! XI т | стг ! 1 ч-ло раст. о2/ х ** Всего раст.

< 1 ! «1 ; >1

1о 948 16,02 ! 10,0210,11 11,25 5 I 6 8 19

I, 2094 18,33 | 12,3310,09 16,63 3 | 10 29 42

Ь; № 3502 19,02 \ 12,0210,07 18,43 5 | 9 55 69

Сравнение дисперсий распределений хлоропластов показывыет, что дисперсия в первом поколении инбридинга (I)) достоверно выше чем у исходной популяции (10) приР>0.99: Рэмпир— 1.47; Ро,99 =1,19 при ^ =400 и Гг = оо, где ^ - число степеней свободы для большей дисперсии, а Гг - для меньшей. Аналогичный результат наблюдается при сравнении исходной популяции (1о) и третьей группы ^Фь Ь^г")» а также первого и второго поколений нбридинга("11" и "МгО^ ЪОг")-

Итак, у инбредных растений возрастает: а) доля полиплоидных клеток в клеточных популяциях и, как следствие этого, среднее число хлоропластов на клетку; б) увеличивается размах изменчивости распределений (ст2); в) увеличивается доля растений, вариация числа хлоропластов которых сочетает как случайную изменчивость, так и влияние дополнительных внутренних или внешних факторов, определяющих фенотип растений по этому признаку (растения с ст2 / х > 1).

Влияние длительности жизненного цикла и обработки растений колхицином на миксоплоидность клеточных популяций. Изучались следующие факторы:

1) длительность жизненного цикла - растения первого и второго годов вегетации;

2) влияние полиплоидизирующего агента колхицина, а также действие этих факторов в комплексе (табл. 7). Средние значения числа хлоропластов у контрольных растений в первый год жизни варьировали от 13.6 до 16.8, а на второй год жизни от 12.7 до 18.6, что вполне характерно для диплоидных растений. В контрольных популяциях как первого, так второго годов жизни, встречались растения, распределение числа хлоропластов которых было как недорассеянным (о2 / х< 1), так и перерассеянным (ст2/ х > 1). У опытных же растений (поколение Со) во всех вариантах наблюдали только перерассеянные распределения (о2 / х >1). Таким образом, в поколении вариация числа хлоропластов связана не только со случайной изменчи-

востью, но и с дополнительными факторами (полиплоидизация части клеток), влияющими на этот признак.

Средние значения числа хлоропластов у контрольных растений первой и второй вегетации очень близки. Между тем, если сравнивать биномиальные средние, то они всегда достоверно выше у растений второго года жизни (табл.7 графа " х ± т"). Это свидетельствует, что на второй год вегетации расширяется размах изменчивости в популяции клеток (табл.7 графа "mm-max"). Увеличение размаха изменчивости можно оценить также, сравнив дисперсии у растений первого и второго годов жизни (табл.7, графа "критерий F"). Такое сравнение свидетельствует о том, что в контроле у растений второго года жизни дисперсия всегда выше по сравнению с дисперсией растений первого года жизни а2ц

Таблица 7

Число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц сахарной свеклы в I и II

< Образец N вегетация тш-тах М х ± т а2 а2/ X Критерий Р ,

Контроль

! СОАН-241 300 I ; ю-26 16,9 5,9 + 0,15 6,65 1,13 1,14 1

250 П : 10-25 16,4 6,4 ±0,17 7,57 1,18 (сЛ/ст2,)* ;

1 Н-1 300 I 1 11-21 15,23 4,23 ±0,11 3,95 0,93 1,72 |

300 II | 10-23 15,7 5,7 + 0,15 6,8 1,19 (а |

! Н-2 300 I 9-18 13,5 4,5 ±0,11 3,61 0,8 1.7 |

390 II ! 7-22 13,51 6,51 ±0,13 6,15 0,94 (Л/о2!)* !

' 742-24-8 550 I ; ю-26 15,79 5,79 ±0,11 6,74 1,16 1,8 :

1 600 II 1 8-30 19,72 11,72 ±0,14 12,13 1,03 (оУо2.)* !

| 1 ! Поколение Со |

' СОАН-241 300 I 1 12-28 18,04 6,04 ± 0,17 8,84 1,46 1,03 |

250 11 18 - 34 ' 23,43 5,43 ±0,18 8,55 1,57 (а2|/<Л)* 1

| Н-1 I 300 I 12-31 18,0 6,0 ±0,20 11,86 1,9 1,22 |

1000 II 10 - 25 19,1 9,1 ±0,01 9,76 1,07 (сЛ/а2,,)* '

1 Н-2 300 I 1 13 - 33 ! 20,52 7,52 ±0,17 12,85 1,71 1,17 1

450 II 10-28 18,15 8,15 + 0,16 11,02 1,35 (ст2,/а2,,)* ;

Р > 0,99;

Обработка семян колхицином ведет к резкому увеличению миксоплоидности клеточных популяций. Повышается среднее число хлоропластов (18,0-23,4), дисперсия распределений и разброс min-max значений. И, как было сказано ранее, вариация числа хлоропластов связана как со случайной изменчивостью, так и с дополнительными факторами, влияющими на признак (ст2/ х> 1).

Наиболее интересным оказалось то, что на второй год вегетации в поколении Со, в отличие от контрольных растений, наблюдается снижение уровня миксоплои-дии клеточных популяций и сужение размаха изменчивости. Если средние значения числа хлоропластов у растений второго года жизни в поколении либо увеличиваются, либо сохраняются на прежнем уровне, то диапазон изменчивости у расте-

ний второго года жизни снижается (табл.9, графа "а2" и "тт-тах"). Растения в поколении Со стабилизируют геномный состав клеток на новом уровне, и этот уровень у растений второго года жизни оказывается ниже, чем у растений первого года. Этот феномен можно наблюдать также, сравнивая дисперсии у растений первого и второго годов жизни растений. В контроле значения дисперсий на второй год вегетации выросли (а2ц/ СТ21 > 1), тогда как в миксоплолидном поколении (Со) картина обратная - значения дисперсий на второй год вегетации уменьшились (ст2о2 ц > 1).

3. Влияние апозиготического способа репродукции, обработки растений коп-хииином и 5-азаиитидином на миксотоидностъ клеточных популяций. Кроме факторов, перечисленных в предыдущем разделе, изучалось также влияние апозиготического способа репродукции, колхицина и эпимутагена 5-а2аС на изменчивость числа хлоропластов. Результаты исследования представлены в таблице 8. Достоверность различий между средними значениями оценивалась с помощью 1-критерия.

Таблица 8

Сравнительная изменчивость числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у гибрида Н2 в ряду смежных поколений репродукции: влияние апозиготического способа репродукции семян, обработки семян колхицином и 5- азацитидином

ГШ. Поколение Число ' шш - шах М±т. клеток о2 X а2/ х

Контроль

1 А0 1100 ' 7-22 ! 13,51 ±0,075 6,15 6,51 0,94

Апозиготическая репродукция

2 А, ' 500 11-20 14,98 ±0,057 1,63 3,98 0,41

Апозиготическая репродукция миксоплоидов

3 АоСо ■ 1000 ; 10-28 18,16 ±0,105 11,03 8,15 1,36

4 ; А,С, 500 12-21 15,42 ±0,0)9 , 3,12 3,42 0,91

Апозиготическая репродукция эпимутантов

5 ! А] Аха 450 , 8-18 12,89 ± 0,094 ■ 3,99 4,89 0,82

6 ' А1Лг1 500 ■ 9-23 14,26 ±0,101 5,12 5,26 0,97

Апозиготическая репродукция миксоплоидных эпимутантов

7 ■ А^Аго 650 ■ 9-23 15,28 ±0,116 ' 6,73 6,28 1,07

8 ' АгСгАг! 2160 ' 3-24 13.29 ±0,071 ' 11,09 10,29 1,08

Апозиготическая репродукция приводит к достоверному сужению диапазона изменчивости и снижению уровня дисперсии (табл.8 пп.1 и 2). Сравнивая числа хлоропластов в контрольной популяции и после одного поколения апозиготической репродукции (Ао А]), находим, что число хлоропластов в опыте возросло на 1,5 штуки на клетку, и это увеличение статистически достоверно.

Колхицин привел к увеличению уровня миксоплоидности клеточной популяции и к резкому увеличению среднего числа хлоропластов. Как видно из таблицы 8 (п.п. 1 и 3), число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у растений поколения АсСо в среднем возросло на 4,5 штук на клетку, достигнув 18,16 штук. Изменился и диапазон распределения: от 7 до 22 в контроле и от 10 до 28 в опыте. Как следствие этого возросла дисперсия распределения. В поколении АоСо число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц образует перерассеянное распределе-

ние^о2/ Х> 1), тогда как в контроле (поколение Ао) распределение было недорас-сеянным (о2 / х < 1). Апозиготическая репродукция семян миксоплоидных растений (поколение привела к достоверному снижению среднего числа органелл на

клетку и к резкому снижению дисперсии распределения (табл. 8 пп.З и 4). Снижение уровня дисперсии при апозиготическом способе семенной репродукции у индуцированных миксоплоидов примерно такое же, как и при апозиготической репродукции контрольных растений (поколении А]).

В отличие от варианта с обработкой семян колхицином, обработка 5-azaC привела к достоверному снижению в клетках числа хлоропластов: в контроле - 14.98, в опыте - 12.89 (табл. 8 п.п. 2 и 5). Число хлоропластов в клетках в среднем уменьшилось на 2 штуки. Под влиянием 5-azaC изменился диапазон распределения: в контроле число хлоропластов на клетку варьировало от 11 до 20, в опыте от 8 до 18. Несмотря на 20% снижение среднего значения у опытных растений (А1А70), дисперсия распределения возросла более чем в два раза. Апозиготическая репродукция семян у «эпимутантов» (А^го АгАг]) привела: а) к росту диапазона изменчивости в поколении (8-18 в контроле и 9-23 в опыте); б) к увеличению среднего числа хлоропластов в клетках (с 12,89 до 14,26); в) к росту дисперсии распределения (табл. 8 п.п. 5 и 6). По статистическим параметрам популяция замыкающих клеток устьиц в поколении АгАг] ближе всего к исходным растениям (Ао).

Обработка миксоплоидных семян 5-azaC (А]С] А^Аго) не приводит к изменению среднего числа хлоропластов на клетку, однако более чем вдвое возрастает дисперсия распределения: 3,12 (контроль) и 6,73 (опыт). Увеличение дисперсии произошло за счет расширения параметра "шт-тах": 12-21 в контроле, 9 - 23 в опыте. Кроме того, в поколении А^Аго распределение стало перерассеянным (а2 / х > 1). В отличие от предыдущих вариантов, апозиготическая репродукция миксоплоидных «эпимутантов» - контроль - опыт) привела, с

одной стороны, к снижению среднего числа органелл на клетку, а с другой, к росту дисперсии распределения (6.73 - контроль, 11,09 - опыт). У «эпимутантов» встречались клетки с очень малым числом хлоропластов (2-3 штуки на клетку), чего не встречалось в других вариантах наблюдений.

Итак, у диплоидных растений сахарной свёклы в норме наблюдается «спонтанная» изменчивость числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц. Колхицин, блокируя веретено деления в митозе, приводит к полиплоидизации клеток. Од-нородительская репродукция (апозиготия) также влияет на изменчивость числа хлоропластов: происходит небольшое увеличение среднего числа хлоропластов за поколение и резко сокращается дисперсия распределения (почти в 4 раза). Снижение вариабельности числа хлоропластов при однородительской репродукции растений свидетельствует, что экспериментальные растения (А]) более однообразны по цито-генетическим признакам, чем контрольные (Ао). Снижение изменчивости отмечено и в варианте с однородительской репродукцией миксоплоидов (АоСо=> А1С1). Однако в отличие от контрольного варианта (Ао=> АО у миксоплоидных растений од-нородительская репродукция снижает среднее число хлоропластов. Эпимутаген 5-azaC не вызывает ни полиплоидизацию ядер, ни изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Однако он деметилирует остатки 5'-метилцитозина в молекулах ДНК, вызывая дерепрессию многих генов (эффект гипометилирования

генома). Обработка семян 5-агаС приводит к существенному снижению среднего числа хлоропластов в клетках и заметно увеличивает размах изменчивости.

4. Влияние способа репродукции, обработки растений колхицином, 5-азацити-дином на репродуктивные признаки растений

Влияние обработки 5-азаиитидином па динамику цветения и формирование цветоносных побегов у растений сахарной свеклы. В таблице 9 приведены наблюдения за временем вступления в фазу цветения и за формированием цветоносных побегов в алозиготических потомствах межлинейного гибрида Н2: опыт - растения, обработанные 5-агаС; контроль - без обработки.

Наблюдение за цветением показало, что опытные растения на 30-40 суток зацветали раньше, чем контрольные (табл.9). Статистическая оценка достоверности различий между контрольными и опытными растениями (критерий в) свидетельствует, что 5-агаС достоверно ускоряет время вступления растений в фазу цветения: для поколений А} и А¡Аго при Р>0,95, а для поколений^/С/и А¡С/Аго при Р>0,99.

Наблюдение за формированием цветоносных побегов показало, что во всех вариантах опыта, встречаются три типа растений: "цветущие" (на цветоносных побегах закладывается множество цветков), "холостяки" (развивается цветоносный побег без цветков) и "упрямцы" (формируется только розетка листьев без цветоносного побега). Однако в опыте доля цветущих растений повышается (табл.9).

Таблица 9

Динамика цветения и формирование цветоносных побегов в апозиготических потомствах межлинейного гибрида Н2, обработанных (опыт) и необработанных

(контроль) 5-азацитидином.

Поколение Варианты Начало цветения - Типы растений в зависимости от формирования цветоносных побегов Всего ращений

18.06-17.07118.07-16.08 "Цветущие" "Холостяки" "Упрямцы"

А, Контроль - 3 3 4 5 12

А! Аго опыт 5 2 7 1 2 10

А, С, Контроль - 4 4 4 5 13

А,С,А2о опыт 31 11 42 4 7 53

Как видно из приведенных фактов, 5-аааС оказывает влияние на долю цветущих растений и ускоряет время вступления растений в фазу цветения. Кроме того, 5-агаС приводит к увеличению побегообразования - ветвление побегов второго порядка в опыте выражено в гораздо большей степени, чем в контроле. В итоге у растений с обильным ветвлением резко возрастает число цветков на растениях.

Влияние способарепродукциирастений, обработки колхицином и 5-азацити-дином на признакраздельно-сростноиветковости у сахарной свеклы. В качестве материала для экспериментального изучения эпигенетической изменчивости признака раздельно-сростноцветковости (РЦ-СЦ) был взят гибрид Н2. Результаты семи опытов приведены в таблице 10: верхняя строка - контроль, нижняя — опыт.

Основная часть потомков гибрида Н2 представлена РЦ-фенотипами, другая («15%) - СЦ-фенотипами (Ао, опыт 1). Замачивание семян в колхицине и получение из них миксоплоидных растений ведет к достоверному изменению соотношения РЦ-СЦ фенотипов (АоСо, опыт 1). Доля растений СЦ-фенотипа по сравнению с контролем возростает более чем на 20% (Р>0,95). Сравнение соотношений РЦ-СЦ фе-

нотипов в поколениях Ао и Л) (опыт 2) показывает, что доля растений СЦ фенотипа в поколении А[ возросла более чем на 45% (Р>0.99). Это говорит о том, что любая форма репродукции без отбора (в том числе и апозиготическая) ведет к повышению доли СЦ-фенотипов в потомстве.

Таблица 10.

Сравнительный анализ экспрессии признака РЦ-СЦ у гибрида Н2 под влия-_нием колхицина и 5-азацитидина._

Опыт Поколение Год репродукции Число растений с фенотипом Итого х2

РЦ СЦ

1 А» 1998 26 5 31 3,97**

АоСо 1998 43 24 67

Итого 69 29 98

2 А» 1998 26 5 31 6,8***

А, 1999 20 17 37

Итого 46 22 68

3 А0С0 1998 43 24 67 19,7*** *

А,С, 1999 10 36 46

Итого 53 60 113

4 А, 1999 20 17 37 7,2***

А,Аго 2001 33 7 40

Итого 53 24 77

5 А,С, 1999 10 36 46 22.7*** *

А|С,Аго 2001 31 12 43

Итого 41 48 89

6 А1С1 Аго 2001 31 12 43 1,7*

АгС;Аг[ 2003 77 17 94

Итого 108 29 137

7 А1Аг() 2001 33 7 40 0,3*

А2Аг1 2003 31 9 40

Итого 64 16 80

* различия недостоверны; ** достоверны, Р>0,95; *** Р>0,99; ****Р>0,999.

Сравнение соотношений РЦ-СЦ фенотипов в поколениях АоСо и А (С] (опыт 3) показывает, что в миксоплоидных потомствах после апозиготической репродукции (А]С]) доля СЦ-фенотипов возрастает с 36% почти до 80% (Р > 0.999). Из опытов 2 и 3 следует, что совокупное влияние однородительского размножения (А]) и повышение уровня миксоплоидии (А1С1) превращает РЦ гибрид в сростноцветко-вую форму свеклы. В опыте 4 сравнивали соотношение растений РЦ-СЦ фенотипов в поколениях А] и А[Аго. Обработка растений 5-azaC (А]Аго) приводит к резкому изменению соотношения растений двух фенотипов: доля РЦ-фенотипов возрастает с 54% до более чем 80%. РЦ-растений становится примерно столько же, сколько и у исходного гибрида Н2 (Ао). Аналогичная картина наблюдается и в опыте 5, где сравнивали поколенияя АхС, и А^Аго. После обработки миксоплоидных растений 5-агаС (А^Аго) резко возрастает доля РЦ-растений с 21% до более чем 70% (Р>0.999). Сравнение соотношений РЦ-СЦ фенотипов в поколениях А]С)Аго и АгСгАг! в опыте 6 показывает, что вариабельность в обоих вариантах опыта по РЦ-

СЦ признаку была примерно одинаковой (0.60<Р>0,70). В поколении А^Аго доля растений РЦ фенотипа составила более 70%, а в поколении АгСгАг! более 80%, что близко к контролю (Ао). Таким образом, апозиготическое размножение после обработки 5-azaC не оказало никакого воздействия на соотношение фенотипов растений в двух поколениях репродукции. Сравнение соотношений РЦ-СЦ фенотипов в поколениях А^го и АгАг] (опыт 7) показывает, что, как и в предыдущем случае, апозиготическое размножение после обработки 5-агаС не оказывает никакого воздействия. Соотношение РЦ-СЦ растений было близко к контролю (Ао).

Рассматривая экспериментальные данные можно сделать заключение, что колхицин, полиплоидизируя клеточные ядра, приводит к частичной инактивации РЦ генов и к повышению доли СЦ фенотипов в потомствах. Вероятно, инактивация РЦ-генов осуществляется путем метилирования участков хромосом, где расположены эти гены, поскольку 5-azaC, вызывая гипометилирование генома, активирует РЦ гены, что ведет к резкому повышению доли растений с РЦ-фенотипом. Это свойство наследуется и в следующем поколении репродукции (поколения АгСгАг) и АгА^). Из наблюдений следует, что, по-видимому, разделыюцветковым растениям в норме присущ более низкий уровень метилирования генома, чем сростноцветко-вым растениям.

Влияние способа репродукции растений, обработки колхицином на способность растений сахарной свеклы завязывать семена апозиготическим способом. Результаты исследования по завязываемости апозиготических семян представлены в таблице 11. В опыт исследовались две линии, контрастные по числу хлоропластов в замыкающих клетках устьиц и соответственно по размеру клеток: а) гибрид Н2 с малым числом хлоропластов; б) линия СОАН-31 с повышенным числом хлоропластов, а также ее гибрид СОАН-31 хРЕК-45 характеризующийся также сниженным по сравнению с исходными линиями числом хлоропластов. Достоверность различий оценивалась с помощью критерия Стьюдента ^-критерий).

Таблица 11

Влияние способов репродукции (гибридизация, инбридинг) на завязывать

апозиготических семян.

п.п Поколение Завязываемость семян, г. N критерий 1

Гибрид Н2

1 Ао (гибрид) 4,04±0,74 30 А0-^А(|Со 2.80*** Ао">А, 4.97****

2 АоСо" 7,73±1,09 36

3 А,2' 24,4±4,03 64

Линия СОАН-31

4 Ао (линия) 29.39±3,63 67 Ац-^АоСо 0.54* А0-^ гибрид 5,60****

5 АоСо" 31.96±3,05 59

6 Гибрид3' 7.02±1.66 30

различия недостоверны; *" достоверны (Р>0,99); •"* достоверны (1">0,999)

У диплоидных растений сахарной свёклы наблюдается изменчивость по способности завязывать семена без участия пыльцевого родителя (партеногенез или апозиготия). Как следует из наблюдений, рост миксоплоидности клеточных популяций ведет к увеличению завязываемости семян апозиготическим способом у мел-

коклеточных растений (табл.11, п.п. 1 и 2). Средняя завязываемость апозиготиче-ских семян у гибрида Н2 составила 4,04 г. При обработке растений колхицином (поколение АоСо) этот показатель вырос до 7,73 г. Различия контрольных растений (Ао) и опытных (АоСо) достоверно (Р>0,99). При повторной апозиготической репродукции (АО завязываемость семян без участия пыльцевого родителя резко возрасла до 24,4 г. (табл.11 п.п 1 и 3). Различия достоверны (Р>0,999).

Другую картину мы наблюдаем у крупноклеточных растений (табл.11 п.п 4 и 5). В поколении Ао средняя завязываемость семян апозиготическим способом составила 29,39 г. После обработки колхицином (поколение АоСо) она практически не изменилась (31.96 г.). Различия между контролем и опытом (Ао И А|) недостоверны. При гибридизации же способность завязывать семена резко снизилась (табл.11 п.п 4 и 6). Средняя завязываемость у гибрида СОАН-ЗЫКЕК-45 составила только 7.02 г. Различия между контролем (поколении и опытом (гибрид) достоверно с вероятностью более 99,9 %.

Итак, при инбридинге (поколение Ао линии СОАН-31) и однородительском размножении (поколение А1 гибрида Н2) наблюдается повышенная способность завязывать семена апозиготическим способом (партеногенез). При гибридизации же эта способность резко падает (поколение Ао гибрида Н2; гибрид СОЛИ-31хЯЕК-45). Повышение уровня миксоплоидности клеточных популяций (обработка колхицином) у мелкоклеточных растений повышает завязываемость семян без участия пыльцевого родителя (поколение АоСо гибрида Н2).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Миксоплоидность клеточных популяций меристем изначально присуща любым растениям свёклы. Изменчивость содержания ДНК в ядрах клеток у сахарной свеклы является нормой, а содержание ДНК на ядро - это нуклеотипическая характеристика как отдельной линии, так и отдельного растения, при этом диапазон изменчивости зависит от исходного материала, взятого в опыт. Изучение возможных причин миксоплоидности клеточных популяций показало, что инбридинг достоверно по-вышаег долю полиплоидных клеток в клеточных популяциях и, как следствие этого, повышается среднее число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц. Аналогичные результаты были получены ранее при сравнении размеров клеток мезофилла и числа хлоропластов в них у инбредных линий сахарной свёклы и гибридов, полученных на основе этих линий (Струк Т.И., Осипова З.А., 1982.). Природа повышения уровня миксоплоидии при инбридинге очевидна - у инбредных растений весьма обычны нарушения механизма кариокинеза и цитокинеза.

Интересным оказался тот факт, что на изменчивость числа хлоропласов оказывает влияние длительность жизненного цикла (первая и вторая вегетация у двулетних растений). Растения второго года жизни отличаются от растений первого года тем, что размах изменчивости изучаемого признака у них выше. Эти изменения связаны, с одной стороны, с небольшим ростом среднего числа хлоропластов на клетку, а с другой, с увеличением дисперсии распределения. Рост дисперсии указывает, что в клеточной популяции наблюдаются как процесс эндополиплоидизации (кратное увеличение числа хромосом) в ядрах, так и процесс деполиплоидизации (редукция числа хромосом в ядрах клеток). Наблюдения за этим признаком в миксоплоид-ном поколении показало, что в отличие от контрольных растений, на второй

год вегетации в поколении Со уровень миксоплоидии клеточных популяций снижается, происходит сужение размаха изменчивости.

На миксоплоидность клеточных популяций оказывают влияние также и воздействия химических веществ: обработка колхицином и 5а2аС. Колхицин, блокируя митотическое веретено деления, приводит к полиплоидизации клеток и, как следствие этого, к повышению среднего числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц. Снижение числа хлоропластов при обработке растений эпимутагеном 5-а2аС не связано ни с изменением уровня плоидности клеток, ни с изменениями последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. 5-агаС деметилирует остатки 5'-метилцитозина в молекулах ДНК, вызывая дерепрессию многих генов. Изменения активности генов у элимутантных растений оказывают влияние на изменчивость числа органелл в клетках через изменения их митотической активности. Отмечено, что эпимутантные растения (5-а2аС) после некоторой паузы в росте начинают быстро расти, раньше вступают в фазу цветения и имеют в конце вегетации более крупные размеры, чем контрольные растения (МаЫвкауа Е.1. е! а1., 2002). Известно, что размер клеток определяется двумя факторами: скоростью делений и продолжительностью роста. Чем чаще клетки делятся, и чем непродолжительнее их рост, тем они мельче (Синнот Э., 1963).

5-азацитидин вызывает также эпигенетические изменения репродуктивных признаков: ускоряются сроки начала цветения, снижается доля растений с нарушениями репродуктивного цикла (доля «холостяков», «упрямцев» в популяции), увеличивается ветвление побегов второго порядка. Высокая частота встречаемости описанных изменений репродуктивной сферы (более 50%) позволяет говорить об эпигенетической, а не о мутационной изменчивости признаков. Другое эпигенетическое изменение в репродуктивной сфере, наблюдаемое после обработки растений 5-а2аС - резкое увеличение РЦ-растений в выборке. Рассматривая каши экспериментальные данные можно сделать вывод: колхицин, полиплоидизируя клеточные ядра, приводит к частичной инактивации РЦ генов и к повышению доли СЦ-фено-типов в потомствах. Вероятно, инактивация РЦ-генов осуществляется путем метилирования участков хромосом, где расположены эти гены. По-видимому, РЦ-растениям в норме присущ более низкий уровень метилирования генома, чем СЦ-растениям.

Изменчивость клеток по числу гаплоидных наборов на ядро оказывает мощное влияние на фенотипы репродуктивных признаков. Как следует из проведенных экспериментов у мелко клеточных растений (пониженный уровень миксоплоидии), размножаемых перекрестным опылением (гибридизация), наблюдается слабая склонность к партеногенетическому (апозиготическому) способу завязывания семян. Повышение миксоплоидности клеточных популяций у таких растений приводит к достоверному повышению завязываемости семян апозиготическим способом. К более существенному результату приводит повторная апозиготическая репродукция пыльцестерильных растений. У крупноклеточных инбредных растений с высоким уровнем миксоплоидии изначально наблюдалась повышенная способность к завязыванию апозиготических семян. Обработка колхицином таких растений никак не повлияла на этот процесс, тогда как гибридизация резко снизила способность растений завязывать апозиготические семена. Таким образом, мы наблюдаем связь уровня миксоплоидии в клеточных популяциях растений с завязываемостью апози-готических семян.

ВЫВОДЫ

Из представленных данных можно сделать следующие выводы:

1. Показано, что у диплоидных форм сахарной свеклы наблюдается широкая вариабельность по массе ДНК на ядро. Изменчивость прослеживается на разных стадиях клеточного цикла, а диапазон изменчивости зависит от исходного материала. В ходе митотического деления распределение ДНК между дочерними ядрами происходит не всегда правильно и равномерно.

2. Показано, что в клеточных популяциях сахарной свеклы имеет место многоядер-ность клеток. Доля одноядерных клеток варьировала от 60,7% и до 94,8%; дву-ядерных - от 4,9% до 34,9%; многоядерных- от 0 до 3,2% (3-6 ядер на клетку). Показано, что исследуемым материалам присущ также разный уровень миксоп-лоидии. Доля диплоидной фракции клеток варьировала от 54% до 78%, гаплоидной - от 6% до 30%, триплоидной - от 1% до 30% тетраплоидной - от 2% до 12%.

3. Показано, что миксоплоидию клеточных популяций можно оценивать как путем прямого подсчета числа хромосом в клетках, так и числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц. С увеличением уровня гомозиготизации растений в клеточных популяциях возрастает: а) доля полиплоидных клеток и среднее число хлоропластов на клетку; б) размах изменчивости, а также доля растений, у которых распределение числа хлоропластов описывается перерассеянным распределением

4. Обработка семян колхицином приводит к росту миксоплоидии клеточных популяций, что ведет к достоверному увеличению среднего числа хлоропластов в клетках и повышению доли растений, вариация числа хлоропластов которых описывается перерассеянным типом биномиального распределения.

5. У контрольных растений второго года жизни при сохранении среднего числа хлоропластов на клетку достоверно возрастает дисперсия. У миксошюидных растений второго года жизни (поколение С) снижается как среднее число хлоропластов на клетку, так и дисперсия.

6. Показано, что эпимутаген 5-азацитидин приводит к достоверному снижению среднего числа хлоропластов на клетку, расширению границ варьирования этого признака и, соответственно, увеличению дисперсий распределений.

7. Апозиготическая репродукция у контрольных растений (сравнение Ао и А1) приводит к статистически достоверному увеличению среднего числа хлоропла-стов, а также к сужению диапазона изменчивости и снижению уровня дисперсии. В миксоплоидном же поколении при апозиготической репродукции (сравнение

среднее число хлоропластов достоверно снижается, но наблюдается сужение диапазона изменчивости и снижение уровня дисперсии.

8. Повышение уровня миксоплоидии клеточных популяций при колхицинировании и апозиготической репродукции приводит к достоверному повышению доли сро-стноцветковых растений в популяции. 5-азацитидин достоверно изменяет это соотношение в пользу раздельноцветковых фенотипов.

9. Повышение уровня миксоплоидии у гибридных (мелкоклеточных) растений приводит к достоверному повышению уровня завязывания апозиготических семян. Повторная апозиготическая репродукция приводит к дальнейшему росту уровня семенной продуктивности растений (эффект отбора).

10. У инбредных растений с высокой семенной продуктивностью повышение уровня миксоплоидии не привело к увеличению завязываемости семян апозиготиче-ским способом, тогда как гибридизация резко снизила эту способность.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Малецкая (Юданова) С.С. Цитофотометрический анализ миксоплоидии у сахарной свеклы. // Пути повышения эфективности свеклосахарного производства России в условиях рыночной экономики. Тезисы докладов научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Л. Мазлумова, Рамонь, 1996. Часть 1,с.44-45.

2. Малецкая (Юданова) С.С. Полисоматия и число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц сахарной свеклы. // Материалы XXXVI Международной научной студенческой конференции. Новосибирск, 1998. с. 15.

3. Maletskaya E.I., Maletskaya (Yudanova) S.S. The nuclear DNA mass variability in embryo root cells of sugar beet. // Sugar Tech (An Intern. Jour, of Sugar Crops & Related Industries), 1999 V.l(l&2), p.30-36.

4. Maletskaya (Yudanova) S.S. Content of DNA in telophase nuclei in gamo- and aga-mospermous inbred lines ofBeta vulgarisL. //Apomixis Newsletter, 1999. №11, P. 10.

5. Малецкая (Юданова) С.С. Изменчивость числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у инбредных растений сахарной свеклы (Beta vulgaris L). II Материалы 2-го съезда ВОГиС, Санкт-Петербург, 2000. с. 218.

6. Maletskaya (Yudanova) S.S. Correlation between polysomaty level and aga-mospermy in sugar beet. // Vortrage fur Pflanzenzuchtung, 2000. Heft 47, P.95.

7. Maletskaya (Yudanova) S.S., Kolodiazhnaya J.S. Influence of the mode of plant reproduction on the polysomaty level of cell population on the example of sugar beet. // In: Biodiversity and Dynamics of Ecosystem in North Eurasia. Novosibirsk, Russia, 2000. Part l.P.60-62.

8. Levites E.V., Denisova F.Sh., Kirikovich S.S., Maletskaya (Yudanova) S.S. Ration of phenotypes at the Adhl locus in the apozygotic offspring in sugarbeet (С1 generation) // Sugar Tech (An Intern. Jour, ofSugar Crops & Related Industries), 2000. V.2(4), P. 26-30.

9. Юданова С.С, Малецкая Е.И., Малецкий С.И. Изменчивость числа хлоропла-стов в замыкающих клетках устьиц у сахарной свеклы (Beta vulgaris L). II Генетика, 2002. т. 38(1), с. 72-78.

10. Малецкий С.И., Малецкая Е.И., Юданова С.С. Экспрессия признака ЦМС в зи-готических и апозиготических потомствах сахарной свеклы // (Beta vulgaris L) II Генетика, 2002. т. 38(5), с. 647-654.

11. Maletskaya E.I., Yudanova S.S., Maletskii S.I. Epigenetic and epiplastome variability in apozygotic progenies of sugar beet treated by 5-azacytidine. // Sugar Tech (An Intern. Jour, ofSugar Crops & Related Industries), 2002. V.l&2(4), P. 52-56.

12. Yudanova S.S. Mixoploidy level of cell populations and apozygoty in sugar beet (Beta vulgaris L) // XVIIth International Congress on Sexual plant reproduction, Abstracts. 2002 P. 184.

13. Yudanova S.S. Mixoploidy and apozygoty in sugar beet (Beta vulgaris L.)// Sugar Tech (An Intern. Jour, ofSugar Crops & Related Industries), 2003. V.5(l). P. 33-36.

Р-8 18 7

Отпечатано 29 марта 2004 г. в ООО «Принт-Экспресс» г.Новосибирск, ул.Пирогова 8, тел. (3832)39-71-94 Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Юданова, Софья Станиславовна

Введение.

1. Обзор литературы

1.1. Миксоплоидность соматических клеток у растений.

1.1.1. Миксоплоидность соматических клеток у сахарной свеклы.

1.2. Миксоплоидность генеративных клеток у растений.

1.2.1. Миксоплоидность генеративных клеток у сахарной свеклы.

1.3. Содержание ДНК в ядре.

1.4. Связь между размером клетки и плоидностью.

1.5. Способы изучения миксоплоидности клеточных популяций.

1.6. Миксоплоидия и репродуктивные признаки растений.

1.6.1 Миксоплоидия и апозиготический способ репродукции растений.

1.6.2 Миксоплоидия и экспрессия признака сростно-раздельноцветковости у сахарной свеклы.

1.6.2.1. Наследование признака сростно-раздельноцветковости.

1.6.2.2. Связь миксоплоидии и признака сростно-раздельноцветковости.

2. Материалы и методы.

2.1. Материалы.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Цитогенетические методы.

2.2.2. Экспериментальное изменение миксоплоидности клеточных популяций.

2.2.3. Апозиготический способ получения семян у сахарной свеклы.

2.2.4. Наблюдение за динамикой цветения и формированием цветоносных побегов.

2.2.5. Статистические методы.

3. Результаты.

3.1. Содержание ДНК в ядрах клеток.

3.2. Изменчивость числа хромосом и числа ядер в клетках.

3.3. Влияние способа репродукции, длительности жизненного цикла, обработки растений колхицином, 5-азацитидином на миксоплоидность клеточных популяций.

3.3.1. Влияние инбридинга и гибридизации на миксоплоидность клеточных популяций.

3.3.2. Влияние длительности жизненного цикла и обработки колхицином на миксоплоидность клеточных популяций.

3.3.3. Влияние апозиготического способа репродукции, обработки растений колхицином и 5-азацитидином на миксоплоидность клеточных популяций.

3.4. Влияние способа репродукции, обработки растений колхицином,

5-азацитидином на репродуктивные признаки растений.

3.4.1. Влияние обработки 5-азацитидином на динамику цветения и формирование цветоносных побегов у растений сахарной свеклы

3.4.2. Влияние способа репродукции растений, обработки колхицином и 5-азацитидином на признак раздельно-сростноцветковости у сахарной свеклы.

3.4.3. Влияние способа репродукции растений, обработки колхицином на способность растений сахарной свеклы завязывать семена апозиготическим способом.

4. Обсуждение.

Выводы.

Цитируемая литература.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками"

Покрытосеменные растения - это многоклеточные организмы и многие признаки растений определяются изменчивостью клеток в клеточных популяциях. К числу вариабельных относятся такие признаки как число ядер в клетке (одно- или многоядерность), число геномов на ядро (полиплоидия), число копий хроматид в хромосомах (политения) и др. Изменчивость признаков клеточного уровня оказывает влияние на изменчивость признаков организменного уровня, к числу которых относится и репродуктивные признаки растений.

Закон постоянства числа хромосом в ядрах клеток был сформулирован в конце XIX века Флеммингом и Рабле (Вермель Е.М.,1970). Однако в этом законе речь идет не о строгом постоянстве числа хромосом в ядрах, а о доминирующей по числу хромосом фракции в специализированных или неспециализированных клетках. В клеточных популяциях наряду с доминирующей фракцией встречаются клетки, где число хромосом в ядрах меньше или больше их основного числа. Первые данные о миксоплоидии у растений были представлены в 1910 г. Немецом (Р.Ригер, А.Михаэлис, 1967). В последующие 15-20 лет были получены многочисленные свидетельства о миксоплоидии у различных видов. В обзоре Лусса приводится данные о 20 ботанических родах, у которых это явление к тому времени было обнаружено (ЛуссА.И., 1935). В современном понимании миксоплоидия -явление, когда в клеточной популяции наряду с доминирующей фракцией клеток с основным числом хромосом, встречаются фракция клеток, у которых число хромосом в ядрах меньше или больше их основного числа. Миксоплоидия клеточных популяций может быть как с эуплоидным, так и с анеуплоидным числами хромосом в ядрах. Таким образом, термин миксоплоидия покрывает все типы хромосомного мозаицизма, у которых гетерогенность между различными клетками включает в себя различия в хромосомном наборе. В данной работе речь будет идти только об эуплоидной миксоплоидии, т.е. о той форме миксоплоидии, с которой началась история этого термина.

Один из путей возникновения миксоплоидности клеток - эндомитоз. В частности, если редупликация хромосом у диплоидного ядра не сопровождается кариокинезом, то в клеточных популяциях могут возникать эндополиплоидные клетки, у которых число хромосом кратно увеличено по сравнению с основным набором. В этом случае в популяциях меристем наряду с диплоидными клетками будут встречаться клетки с тетраплоидным числом хромосом в ядрах и клетки других более высоких уровней плоидности. Второй путь возникновения миксоплоидности клеток - редукция числа хромосом в соматических клетках. Если кариокинезу не предшествовала фаза удвоения числа хромосом в ядрах, то в клеточных популяциях диплоида могут встречаться гаплоидные клетки. Таким образом, на уровне клеточных популяций имеет место изменчивость числа геномов на клеточное ядро или эпигеномная изменчивость клеточных популяций (Оленов Ю.М., 1970).

Геномная изменчивость присутствует на разных уровнях развития живых организмов. «Низшие организмы существуют на гаплоидном уровне организации их наследственной субстанции. Однако уже здесь при слиянии отдельных особей друг с другом на короткий период возникает диплоидия и создается возможность использовать те преимущества, которые она дает. Переход же к диплоидному состоянию знаменовал собой прогрессивное развитие органических форм. На высших этапах эволюции гаплоидны только гаметы, а весь цикл онтогенетических преобразований протекает на диплоидном уровне» (Р.Л Берг, 1993, с. 100). Итак, миксоплоидия клеток наблюдается на разных уровнях эволюции живого мира. Она характерна как низшим, так и высшим организмам. Что касается покрытосеменных растений, то для них само явление миксоплоидии универсально и наблюдается на разных уровнях организации растения. У диплоидных растений гаметофиты гаплоидные, меристемы диплоидные, а в дифференцированных тканях наблюдается полиплоидизация клеток (полисоматия).

Следует отметить, что эволюция растений идет в значительной мере путем смены уровней плоидности геномов с помощью как полиплоидизации, так и деполиплоидизации в пределах биологически оптимального уровня плоидности. Через полиплоидизацию достигается экологически оптимальный уровень плоидности, способствующий преодолению трудностей в распространении вида и удерживанию им освоенных территорий. Однако прогрессивная эволюция внутри семейства обычно идет на минимально возможном числе хромосом - эволюционно оптимальном уровне плоидности (Хохлов С.С., 1965).

Наиболее интересной для исследователя является изучение миксоплоидности в меристематических тканях, поскольку большинство структур зрелого растения формируются после эмбриогенеза с помощью многократного деления меристематических клеток (недифференцированных). Идентичность структур, продуцируемых апикальными меристемами, изменяется во время развития. В раннем развитии апикальными меристемами побегов продуцируются вегетативные (листовые) структуры, тогда как позднее - репродуктивные структуры. Относительно позднее расхождение вегетативных (соматических) и цветочных (репродуктивных) клеточных поколений позволяют наследственным изменениям, которые имеют место во время соматического развития, передаться последующим поколениям (Richards E.J.,1997). Кроме того, судьба клеток детерминируется их конечным положением в растении, а не ее историей. Впервые это предположение было высказано Вохтингом в XIX веке и подтверждено современными исследованиями (S. Poething, 1989).

Таким образом, не имеет значения, из какой части растения будут взяты меристемы для изучения миксоплоидности. Это исследование даст общую картину изменчивости клеточных популяций всего растения. Необходимость изучения именно меристематических клеток связана с особой ролью их в развитии растения. Во-первых, как было сказано выше, большинство структур зрелого растения формируются после эмбриогенеза из меристем, а, во-вторых, зародышевые клетки у растений происходят из точек роста (меристемы), которые в свою очередь возникают в участках уже дифференцированной ткани (Р.Ригер, А.Михаэлис, 1967). Очевидно, если у растения повышается уровень миксоплоидности клеточных популяций, то возрастает вероятность попадания полиплоидных клеток в зародышевый путь и формирование полиплоидных мега- и микроспор, в частности, мега- и микроспор с соматическим числом хромосом. Идея о связи миксоплоидии и формирования гамет с соматическим числом хромосом была высказана Луссом в обзоре, посвященном вегетативным мутациям (Лусс А.И., 1935): «Вполне вероятно, что у многих растений, у которых частым случаям хромосомальных аберраций в соматических клетках сопутствует не менее частые нарушения в генеративных, -последние (в частности, частое образование диплоидных гамет) в значительной степени служат выражением первых, хотя по морфологии цветка причинную связь здесь обычно не удается установить». Сегодня эта тема, формирование гамет с соматическим числом хромосом, интенсивно развивается во всем мире.

Цели и задачи исследования. Целью данной работы было изучение изменчивости клеточных популяций растений, а точнее, изучение миксоплоидии у сахарной свеклы, а также исследование некоторых вероятных причин ее возникновения. Описание изменчивости клеточных популяций по уровню плоидности геномов позволяет изучать связь миксоплоидии с различными фенотипическими признаками растений, в частности, с изменчивостью репродуктивных признаков, имеющих, как известно, большое значение в селекции. Связь цитогенетических характеристик генома с различными признаками растений - одна из основных задач цитогенетики. В соответствии с этим в исследовании были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать изменчивость клеточных популяций по числу ядер в клетке (одно- и многоядерность).

2. Исследовать изменчивость клеточных популяций по числу геномов на ядро (миксоплоидия).

4. Разработать косвенные методы описания миксоплоидии клеточных популяций.

5. Разработать экспериментальные методы изменения уровня микссплоидии клеточных популяций.

6. Исследовать связь уровня миксоплоидии с репродуктивными признаками} растений: а) завязываемостью семян апозиготическим способом (партеногенез); б) временем вступления растений в фазу цветения; в) формированием различных типов цветоносных побегов растениями ("цветущие", "упрямцы", "холостяки"); г;) вариацией числа цветков в частных соцветиях у свеклы.

Научная новизна. Впервые показано, что инбридинг приводит к повышению уровня миксоплоидии, а гибридизация (свободное опыление) - к ее снижению. Линии склонные к партеногенетическому завязыванию семян (апозиготия) имеют более высокий уровень миксоплоидности клеточных популяций, чем линии, размножающиеся путем перекрестного оплодотворения. Впервые показано, что эпимутаген 5-азацитидин снижает уровень миксоплоидности клеточных популяций у растений сахарной свеклы.

Практическая ценность. В работе показана связь признаков клеточного уровня с репродуктивными признаками растений. Разработан метод повышения доли гамет с соматическим числом хромосом. Экспериментально повышая миксоплоидность клеточных популяций можно получать растения, формирующие 2п гаметы с достаточно высокой частотой. Предложены различные способы изучения миксоплоидии. В работе также показана связь эпигенетической изменчивости, миксоплоидии с репродуктивными признаками растений: длительность периода вегетации, время вступления растения в фазу цветения и склонность растений к партеногенетическому формированию семян (апозиготия).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на российских и международных конференциях: научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Л. Мазлумова, Рамонь, 1996; XXXVI Международной научной студенческой конференции, Новосибирск, 1998; 2-м съезде ВОГиС, Санкт-Петербург, 2000; Mendel Centenary Congress, Brno, 2000; XVIIth International Congress on Sexual plant reproduction, Lublin, 2003.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из следующих разделов: Введение, Обзор литературы, Материалы и методы, Результаты, Обсуждение, Выводы. Работа изложена на 108 старницах машинописного текста и содержит 14| таблиц, 17 рисунков, 5 фотографий, 12 приложений. Библиографический указатель включает 125 источников.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Юданова, Софья Станиславовна

Выводы

Из представленных данных можно сделать следующие выводы:

2. Показано, что в клеточных популяциях сахарной свеклы имеет место многоядерность клеток. Доля одноядерных клеток варьировала от 60,7% и до 94,8%; двуядерных - от 4,9% до 34,9%; многоядерных - от 0 до 3,2% (3-6 ядер на клетку). Показано, что исследуемым материалам присущ также разный уровень миксоплоидии. Доля диплоидной фракции клеток варьировала от 54% до 78%, гаплоидной - от 6% до 30%, триплоидной - от 1% до 30%, тетраплоидной - от 2% до 12%.

5. У контрольных растений второго года жизни при сохранении среднего числа хлоропластов на клетку достоверно возрастает дисперсия. У миксоплоидных растений второго года жизни (поколение Со); снижается как среднее число хлоропластов на клетку, так и дисперсия.

6. Показано, что эпимутаген 5-азацитидин приводит к достоверному снижению среднего числа хлоропластов на клетку, расширению границ варьирования этого признака и соответственно увеличению дисперсий распределений.

7. Апозиготическая репродукция у контрольных растений (сравнение Ао и А-|) приводит к статистически достоверному увеличению среднего числа хлоропластов, а также к сужению диапазона изменчивости и снижению уровня дисперсии. В миксоплоидном же поколении при апозиготической репродукции (сравнение АоСо и А-1С1) среднее число хлоропластов достоверно снижается, но наблюдается сужение диапазона изменчивости и снижение уровня дисперсии.

8. Повышение уровня миксоплоидии клеточных популяций при колхицинировании и апозиготической репродукции приводит к достоверному повышению доли сростноцветковых растений в популяции. 5-азацитидин достоверно изменяет это соотношение в пользу раздельноцветковых фенотипов.

10. У инбредных растений с высокой семенной продуктивностью повышение уровня миксоплоидии не приводит к увеличению завязываемости семян апозиготическим способом, тогда как гибридизация резко снижает эту способность.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Юданова, Софья Станиславовна, Новосибирск

1. Батурин С.О., Сухарева Н.Б., Малецкий СМ. 1995 Использование апомиксиса для изучения наследования ремонтантности у земляники крупноплодной (Fragaria ananassa Duch.). Генетика. 31(10): 1418-1424.

2. Батурин С.О. 1997. Экспериментальный апомиксис у крупноплодной земляники (Fragaria ananassa Duch.). Автореферат дисс. канд. биол. наук. Новосибирск: ИЦиГСОРАН, 16с.

3. Берг Р.Л. 1993. Значение валентности ядра в жизни и эволюции вида (о некоторых механизмах, обеспечивающих оптимальное число наборов хромосом). В кн: Генетика и эволюция (избранные труды). Новосибирск: «Наука» с.96-122.

4. Бордонос М.Г. 1938 Характер расщепления и некоторые особенности свекловичных высадок с одноцветковыми семенами. Селекция и семеноводство, 6: 24-27.

5. Бордонос М.Г. 1939 К изучению наследственности односемянности у свеклы. В кн.: Основные выводы научно-исследовательских работ ВНИСС за 1937 год. M.,J1.: Пищепромиздат с. 357-359.

6. Бордонос М.Г. 1941 Односемянные формы сахарной свеклы. Докл. ВАСХНИЛ, 11:3-4.

7. Бормотов В.Е., Загрекова В.Н. 1978. Создание тетраплоидных форм сахарной свеклы с помощью нередуцированных гамет. В кн: Апомиксис и цитоэмбриология растений. Изд. Саратовского ун-та с.17-18.

8. Бормотов В.Е . Лопатина Т.И. 1986. Полиплоидия и полиморфизм растений по величине клеток. Минск: «Наука и техника» 163с.

9. Бреев К.А. 1972. Применение негативного биномиального распределения для изучения популяционной экологии паразитов. Л: «Наука» 72с.

10. Вайсман Н.Я., Викслер Л.Н. 1988. Нередуцированные гаметы в популяциях сахарной свеклы при различных условиях выращивания. Сельскохозяйственная биология 4:123-124.

11. Вермель Е.М. 1970. История учения о клетке. М: «Наука» 260с.

12. Голодрига П.Я., Коробец П.В., Топалэ С.Г. 1970. Спонтанные тетраплоидные мутанты винограда. Цитология и Генетика 4(1): 24-29.

13. Давоян Н.И., Тырнов B.C., 1976 Закономерности диплоидизации гаплоидов. В кн.: Гаплоидия и селекцтя. М: «Наука», 179-191.

14. Зайковская Н.Э., Ярмолюк Г.И., Болелова З.А., Дячук Л.П. 1979. Особенности апомиксиса у анеуплоидных форм сахарной свеклы. Доклады ВАСХНИЛ 10: 19-22.

15. Зосимович В.П. 1974. Полиплоидия и ее значение в эволюции и селекции покрытосеменных растений. В кн.: Экспериментальная полиплоидия у культурных растений. Киев: «Наук. Думка» с. 5-12.

16. Карпеченко Г.Д., 1927,. Полиплоидные гибриды Raphanus х Brassica oleraceae. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 17: 306-408.

17. Карпеченко Г.Д. 1935. Теория отдаленной гибридизации. В кн.: Теоретические основы селекции растений. М.,Л.: «Сельхозгиз», Т. 1. С. 293-354.

18. Куннах В.А. 1980. Геномная изменчивость соматических клеток растений и факторы, регулирующие этот процесс. Цитология и Генетика 14(1): 73-81.

19. Куннах В.А. 1994. Геномная изменчивость соматических клеток растений. 1. Изменчивость в онтогенезе. Биополимеры и клетка 10(6): 5-35.

20. Лакин Г.Ф., 1968. Биометрия. М: «Высшая Школа» 284 с.

21. Левитес Е.В., Шкутни к Т., Овечкина О.И., Малецкий С.И. 1998.

22. Псевдосегрегация в агамоспермных потомствах пыльцестерильных растений сахарной свеклы (Beta vulgarisL.). Докл. РАН. 362(3): 430-43.

23. Левитес Е.В., Малецкий С.И. 1999. Авто- и эписегрегация по репродуктивным признакам в агамоспермных потомствах сахарной свёклы (Beta vulgaris L.). Генетика 35(7): 939 948.

24. Левитес Е.В., Овечкина О.Н.Малецкий С.И. 1999. Авто- и эписегрегация по признакам окраски в агамоспермных потомствах сахарной свёклы (Beta vulgaris L.). Генетика 35(8):1086-1092.

25. Липаева Л.И. 1962. Полиплоидизация тканей в онтогенезе растений. В кн.: Полиплоидия растений. М: Изд-во АН СССР с.90-97.

26. Лусс А.И. 1935. Вегетативные мутации. В кн: Теоретические основы селекции растений. М,Л: «Сельхозгиз» т.1 с.215-292.

27. Малецкий С.И., Шавруков Ю.Н. 1991. Генетический контроль раздельно-сростноцветковости. В кн.: Генетический контроль размножения сахарной свёклы. Новосибирск: «Наука» Сибирское отделение, с. 50-113.

28. Малецкий С.И., Сухарева Н.Б., Батурин С.О. 1994. Наследование пола у апомиктичных сеянцев земляники крупноплодной (Fragaria ananassa Duch.). Генетика. 30(2): 237-243

29. Малецкий С.И., Малецкая Е.И. 1996. Самофертильность и агамоспермия у сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) Гэнетика, 32(12): 1643-1650.

30. Малецкий С.И. 1997. Сцепленное и несцепленное наследование генов в партеногенетических потомствах растений. Гэнетика. 33(10): 1333-1340.

31. Малецкий С.И., Левитес Е.В., Малецкая Е.И., Шаворская O.A. 1997.

32. Автосегрегация в партеногенетических потомствах сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) Докл. РАН., 354(5): 705-706.

33. Малецкий С.И., Левитес Е.В., Малецкая Е.И., Овечкина О.Н. 1998.

34. Автосегрегация и сцепленное наследование в агамоспермных потомствах сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) Гэнетика, 34(4): 520-527.

35. Малецкий С.И., Колодяжная Я.С. 1999. Генетическая изменчивость в популяциях соматических клеток и ее влияние на репродуктивные признаки у покрытосеменных растений. Успехи соврем, генетики 119(2): 128- 143.

36. Малецкий С.И. 2000. Биномиальные распределения в генетических исследованиях на растениях. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, НГАУ МСХ 126 с.

37. Малецкий С.И. 2004. Эпигенетическая изменчивость признака раздельно-сростноцветковости у сахарной свеклы (Beta vulgaris L.). В кн.: Идентифицированный генофнд растений и селекция, ГУ ГНЦ РФ ВИР (в печати).

38. Малецкий С.И., Левитес Е.В., Батурин С.О., Юданова С.С. 2004. Репродуктивная биология покрытосеменных растений. Генетический словарь. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, НГАУ МСХ РФ 105с.

39. Малюта Э.Н., 1980. Мейотическая мутация диплоидной сахарной свеклы, приводящая к образованию нередуцированных гамет. В кн: Индуцированный мутагенез и апомиксис. Новосибирск: «Наука» с. 102-108.

40. Малюта Э.Н. 1984. Получение мейотических тетраплоидов сахарной свеклы с помощью мутации, приводящей к образованию нередуцированных гамет. В кн.: Гэнетика сахарной свеклы. Новосибирск: «Наука» с. 161-170.

41. Мельцер Р. 1984. Наследование признака раздельноплодности у сахарной свеклы. В кн.: Гэнетика сахарной свеклы. Новосибирск: «Наука» с.60-65.

42. Муратова Е.Н 1994. Хромосомный полиморфизм в природных популяциях лиственницы Гмелина Larix Gmelinii. Цитология и Генетика 28(4): 14-22.

43. Оленов ЮМ. 1970. Эпигеномная изменчивость. Онтогенез 1(1): 10-16

44. Орловский Н.И. 1957. Односемянная сахарная свёкла. Вестник с.-х. науки, 11: 7-13.

45. Панин В.А., Панина Е.Б., Зосимович В.П., Лутков А.Н. 1962. Методика массового получения и отборов тетраплоидных форм сахарной свеклы. Киев: изд-во АН УССР 41с.

46. Паушева З.П. 1980. Практикум по цитологии. М: «Колос» 304с.

47. Ригер Р., Михаэлис А. 1967. Генетический и цитогенетический словарь. М: «Колос», 607с.

48. Раджабли Е.П., Рудь В.Д. 1972. Получение и использование полиплоидных форм растений. Новосибирск: «Наука»132с

49. Сахаров В.В. 1946. Соматическая редукция как причина своеобразной мозаичности у тетраплоидной гречихи. Доклады Академии Наук СССР Lll(4): 349-352.

50. Синнот Э. 1963. Морфогенез растений. М: «Иностранная Литература», 603 с.

51. Стеббинс Дж.Л. 1956. Автополиплоидия. В кн: Полиплоидия. М: «Ин. Литература», с. 25-55.

52. Струк Т.И., Осипова З.А. 1982. Влияние гибридизации и полиплоидии на структурную организацию листа у сахарной свеклы. В кн: Популяционно-генетические аспекты продуктивности растений. Новосибирск: «Наука» с. 77-87.

53. Суриков И.М., Дунаева С.Е., 1989. Элиминация хромосом при отдаленной гибридизации в семействе злаков и ее использование для получения гаплоидов. Журнал Общей Биологии, 51(2): 158-170

54. Сеилова Л.Б., Абдурахманов A.A., Хайленко H.A. 1984. Эмбриология индуцированного апомиксиса у сахарной свеклы. Цитология и генетика. 18: 90-92.

55. Сухарева Н.Б., 1978. Значение нередукции гамет у Fragaria. В кн.: Апомиксис у растений и животных. Новосибирск: «Наука», с158-170

56. Урбах В.Ю. 1964 Биометрические методы. М: «Наука» 415 с.

57. Фаворский Н.В. 1928. Материалы по биологии и эмбриологии сахарной свеклы. Труды Научного института селекции. Киев, выпуск 2: 1-14.

58. Фадеева Т.С. 1967. Проблемы сравнительной генетики растений. V. Изменчивость размера клетки у видов и экспериментальных полиплоидов земляник. Гзнетика 3(5): 24-32.

59. Филипченко Ю.А. 1926. Индивидуальная изменчивость. Вариационный ряд и кривая. В кн.: Изменчивость и методы ее изучения. Основы биологической вариационной статистики. Ленинград. С. 5-32.

60. Харечко-Савицкая Е.И., 1940. Цитология и эмбриология сахарной свеклы. В кн.: Свекловодство. Киев: «Госсельхозиздат», т.2. с.453-550.

61. Хохлов С.С. 1965. Полиплоидия и апомиксис у покрытосеменных растений. В кн.: Полиплоидия и селекция. М., Л.: «Наука», с.62-65.

62. Хохлов С.С. 1967. Апомиксис: классификация и распространение у покрытосеменных растений. В кн.: Успехи современной генетики. М.: «Наука», т.1. с.43-105.

63. Хржановский B.C. 1976. Система покровных тканей. В кн.: Курс общей ботаники. М: «Высшая школа», с. 81-88.

64. Шамина Н.В., Вайсман Н.Я., Доргова Н.В., Шаворская O.A., Малецкий С.И. 2001.

65. Интерзональные миикротрубочки и мейотическая реституция двудольных. Цитология 43(1): 33-38.

66. Ширяева Э.И., Ярмолюк Г.И., Кулик А.Г., Червякова В.В. 1989. Апомиксис у самоопыленных линий сахарной свеклы и использование его в селекции. Цитология и генетика. 11: 32-48.

67. Шванитц Ф. 1956. Исследования полиплоидных растений. XII. Признаки гигантизма у культурных растений и их значение для селекции полиплоидии. В кн: Полиплоидия. М: Изд-во Иностранной литературы с. 130-152.

68. Шерудило А.И. 1968. Определение количества поглощающего света вещества при цитофотометрии существенно негомогенных объектов. Биофизика 13(4): 741-745.

69. Щапов Н.С., В.К. Креймер, Драгавцева Е.В. 1984. Миксоплоидия в верхушечных меристемах различных органов облепихи. Известия СО АН СССР, 18(3): 70-74.

70. Юданова С.С., Малецкая Е.И., Малецкий С.И. (2002) Изменчивость числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у сахарной свеклы (Beta vulgaris L.). Генетика, 38(1): 72-78.

71. Boucault L., Chauvin J.E., Margale E., Herve Y. 1991. Study of morphological and electrophoretic traits of anther culture derived cauliflower plants (Brassica oleracea vor botrytis). Agronomy. 11(9): 727-736.

72. Baraccia G., Mazzucato, Falcinelli, and Veronesi 1996. Callóse lacalization in cell walls during meotic and apomeotic megasporogenesis in diploid of alfalfa (Medicago ssp.). Cariologia. 49: 45-56.

73. Baraccia G., Tavoletti S., Falcinelli M. and Veronesi F., 1997a. Environmental influence on the frequency and viability of meotic and apomeotic cells in a diploid mutant of alfalfa. Crop. Sei. 37: 70-76

74. Baraccia G., Tavoletti S., Falcinelli M. and Veronesi F., 1997b. Verification of the partenogenetic capability of unreduced eggs in an alfalfa mutant by a progeny test based on morphological and molecular markers. Plant Breeding 116:475-479.

75. Barocka K.H. 1959. Die einzelfrüchtigen der Gattung Beta L. im Hinblick auf ihre mögliche Verwendung zur Einkreuzung in Beta vulgaris L. Der Züchter 29: 193-203

76. Barocka K.H., 1960. Die Variabilität des Früchtmerkmals Mehrblütigkeit von Beta vulgaris L. Z Pflanzenzüchter s. 377-389.

77. BlaserH.W., Einset J., 1948. Leaf development in six periclinal chromosomal chimeras of apple varieties. Am.Jour.Bot. 35: 474-482.

78. Butterfass Th, 1961. Das Verhalten der Chloroplastenzahlen in den Schlisszellenpaaren von Zuckerrüben verschidener Ploidiestufen von Keimlung bis zur blühenden Pflanzen. Züchter. 31: 62-71.

79. Cavallini A., Natali L., 1991. Intraspecific variation of nuclear DNA content in plant species. Cariologia, 44(1): 93-107.

80. Compton ME, Gray DJ, Elmstrom GW, 1996. Identification of tetraploid regenerants from cotyledons of diploid watermelon cultured in vitro. Euphytica, 87(3): 165-172

81. Compton M.E. Compton ME, Barnett N, Gray DJ, 1999. Use of fluorescein diacetate (FDA) to determine ploidy of in vitro watermelon shoots. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 58(3): 199-203.

82. De Rocher E.J., Harkins K.R., Galbraith D.W., Bohnert H.J. 1990. Developmental^ regulated systemic endopolyploidy in succulents with small genomes. Science, 250: 99-101.

83. Eenink H.M. 1974. Matromorphy in Brassica oleracea L. 1. Terminology, parthenogenesis in Cruciferae, formation and usability of matromorphic plants. Euphitica, 32(2): 429-434.

84. Frenkel R. 1975. Uber das Auftreten von unreduzieren Gameten bei Angiospermen, Arch.Zucht.Forsch. 5: 201-208.

85. Gastony G.Y. 1991. Gene silencing in a polyploid homosporous fern: Paleopolyploidy revised. Proc.Nat,Acad.Sei. USA, 88: 1602-1605.

86. Gentcheff G., Gustafson A. 1939. The double chromosome reproduction in spinacia and its causes. 1. Normal behaviour. Hereditas 25(3): 349-358.

87. Harlan J.R., de Wet J.M.J. 1975. The origins of polyploidy. Bot Rev., 41: 361-390

88. Hiraoka N., 1998. Atractylodes lancea autotetraploids induced by colchicine treatment of shoot cultures. Biological and Pharmaceutical Bulletin 21(5): 479-483.

89. Huskins C.L. 1948. Segregation and reduction in somatic tissues. Journal of Heredity 39(11): 311-325.

90. Junewein T., Allis D. 2001. Translating the histone code. Science. 299: 1074-1080.

91. Kazimierski T., Kazimierska E.M., 1994. Spontaneous tetraploids of white lupin (Lupinus albus L.s.l.). 1. Origin and some morphological characters. Genetica Polonica 35(4): 271-284.

92. Knapp E. 1967. Die genetischen Grundlagen die Einzelfruchtigkeit (Monokarpie) bei Beta vulgaris L. Tag. Ber. Dt. Acad. Landwirtsch. Wiss. DDR, 89: 189-213.

93. Maletskaya E.I., Yudanova S.S., Maletskii S.I. 2002. Epigenetic and epiplastome variability in apozygotic progenies of sugar beet treated by 5-azacytidine. Sugar Tech (An Intern. Jour, of sugar crops an related technology) 4(1 &2): 52-56.

94. Maletskii S.I. 1999. Epigenetical variability of the unianthy and synanthy expression in sugar beet. Sugar Tech (An Intern. Jour, of sugar crops an related technology) 1(1 &2): 23-29.

95. Mozafari J., Wolyn D.J., AliKhan S.T. 1997. Chromosome doubling via tuber disc culture in dihaploid potato as determined by confocal microscopy. Plant Cell Reports 16(5): 329-333.

96. Nakamura A., Takashima S., Hasegawa H., Matsumoto T. 1993. Simple and efficient chromosome doubling method by colchicine-treatment for haploid plantlets of tobacco Japanese Journal of Breeding 43(4): 603-612.

97. Negri V., Lemmi G. 1998. Effect of selection and temperature stress on the production of 2n gametes in Lotus tenuis. Plant Breeding 117(4): 345-349.

98. Owen F.V. 1945. Cytoplasmically inherited male sterility in sugar beets. Journ. Agric. Res. 71(10): 423-440.

99. Pantulu J.V., Narasimha Rao G.L., 1977. Genetically controlled chromosome numerical mosaicism in pearl millet. Proc. Indian Acad.Sci. 86 B(1):15-22

100. Poething S. 1989. Genetic mosaics and Cell Lineage analysis in plants. Trends in Genetics, 5(8), p.273-277.

101. Qin X., Rotino G.L., 1995. Cloroplast number in guard-cells as ploidy indicator of in wiro-grown androgenic pepper plantlets. Plant Cell Tissue and Organ Culture 41(2): 145-149.

102. Randolph L., Fischer H 1939. The occurance of partenogenetic diploids in tetraploid maize. Proc.Nat.Acad. Sci. 25: 101-104

103. Rasmussen J.O., Rasmussen O.S., 1995. Characterization of somatic hybrids of potato by use of RAPD markers and isozyme analysis. Phisiologia Plantarum 93(2): 357-364.

104. Richards A.J. 1986. Agamospermy. Chapter 11. In: Plant Breeding Systems. London: George Allen & Unwin., p.403-456.

105. Richards A.J. 1997. Agamospermy. Chapter 10. In: Plant Breeding Systems. Second edition. London:Chapman &Hall, p.396-450.

106. Richards E.J. 1997. DNA metylation and plant development. Trends in Genetics, 13(8): 319-323.

107. Sari N., Abak K, Pitrat M 1999. Comparison of ploidy level screening methods in watermelon: Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. and Nakai. Scientia Horticulturae 82(3-4): 265-277.

108. Savitsky H.I. 1950. Embriology of mono- and multigerm fruits in the Genus Beta L. Proc. Amer. Soc. Sugar Beet Techno!., 6: 160-164.

109. Savitsky V.F. 1952 A genetic study of monogerm characters in beet. Proc. Amer. Soc. Sugar Beet Technol, 7:331-338.

110. Singsit C., Oziasakins P., 1992. Rapid estimasion of ploidy levels in in vitro regenerated interspecific arachis hybrids and fertile triploids. Euphytica 64(3): 183-188.

111. Smulders M.J.M., Rus-Kortekaas W., Gilissen L.J.W. 1995. Natural variation in patterns of polysomaty among individual tomato plants and their regenerated progeny. Plant Science, 106: 129-139.

112. Savitsky H. 1966. Effectiveness of Selection for Tetraploid Plants in Co Generation on the Basis of the Number of Chloroplasts in Stomata. Journal Amer. Soc. Sugar Beet Technol., 13(8): 655 661.

113. Scheid O.M., Jakovleva L., Afsar. K., Maluszynska J., Paszkowski J. 1996. A change of polyploidy can modify epigenetic silencing. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 93: 17141719.

114. Seilova L., Sedlovskiy A. 2000. Sugar beet apomixes and its use in breeding.

115. Sugar Tech (An Intern. Journ. of Sugar Crops & Related Industries), 2(4): 31-32.

116. Song K., Li P., Tang K., Osborn T.C. 1995. Rapid genome change in synthetic polyploids of Brassica and its implication for polyploid evolution. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 92: 7719-7724

117. Stebbins G.L., 1950. Apomixis in relation to variation and evolution. In: Variation and Evolution in Plants. Chapter X. N. Y.: Columbia University Press, p.380 -419.

118. Townsend C.O. 1915. Single germ beet seed. Heredity 6: 351-354.

119. Tavoletti S. 1994. Cytological Mechanisms of 2n egg formation in a diploid genotype of Medicago sativa ssp. Falcata. Euphitica, 75:1-8.

120. Tenkouano A., Crouch J.H., Crouch H.K., Vuylsteke D.1998 Ploidy determination in Musa germplasm using pollen and chloroplast characteristics. Hortscience 33(5): 889-890 1998.

121. Werner J.E., Peloquin S.J. 1991. Occurrence and machanisms of 2n egg formation in 2x potato. Genome. 34: 975-982,

122. Wilson H.G., Barber S.C., Walters T. 1983. Loss of duplicate gene expression in tetraploid Chenopodium. Biochemical Systematics and Ecology, 11(1): 7-13.

Информация о работе

Юданова, Софья Станиславовна
кандидата биологических наук
Новосибирск, 2004
ВАК 03.00.15

Диссертация

Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы