Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности рекомбинации при межвидовой гибридизации в роде LYCOPERSION TOURN

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Особенности рекомбинации при межвидовой гибридизации в роде LYCOPERSION TOURN"

.'ГЗ од

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВА ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

На правах рукописи БОЧАРНИКОВА Надежда Ильинична

УДК 575.116.12 : 575.222.72 : 635.64

ОСОБЕННОСТИ РЕКОМБИНАЦИИ ПРИ МЕЖВИДОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ В РОДЕ ЬУСОРЕКБКЗСШ Т01ЛШ

06.01.05 — селекция и семеноводство 03.00.15 — генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственный наук

МОСКВА 1994

Диссертация выполнена в Институте генетики Академии наук Молдовы в 1982—1993 гг.

Научный руководитель — член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор А. А. Жученко.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук С. И. Игнатова, кандидат биологических наук Н. И. Тимин.

Ведущее учреждение — Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева.

Защита диссертации состоится « 10 » «■&£? _1994 г

/О

в «_1 » часов на заседании специализированного совета

К 120.89.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства овощных культур по адресу: 143080, Московская область, Одинцовский район, п/о Лесной городок, п. ВНИИССОК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «_=£_» <■",и-/>1> А^_ 1994. г.

У

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат сельскохозяйственных

наук В. А. Епихов

- 2 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуаяьяость теми. Отдаленная гибридизация растений позволяет сочетать ценнейшие свойства и признаки, создавать огромное, ни с каким другим скрещиванием не сравнимое, новое разнообразие гибридных потомков (Цицин,1965).

На пути широкого вовлечения в селекционный процесс генетического потенциала равных разновидностей и в особенности ' диких видов стоит ряд барьеров, связанных с несовместимостью компонентов скрещивания, стерильностью гибридов, ин^ибированием рекомбинации, элиминацией рекомбинантных гамет и зигот и др. Вследствие этого спектр доступной генотипической изменчивости в расщепляющихся потомствах межвидовых гибридов оказывается значительно более узким по сравне-нюо с потенциально возможным (Яуче'нко, 1986).

Формообразовательные процессы в отдаленных скрещиваниях могут быть существенно изменены в результате воздействия на гибриды различными внешними агентами, влияющими на мейоз. Значительным резервом увеличения спектра доступной генетической изменчивости является индуцирование рекомбинаций ва счет перераспределения кроссоверных обменов в зоны хромосом, где они в норме ингибированы. Наличие такого резерва особенно вероятно у межвидовых гибридов в силу генетически детерминированного ограничения рекомбинационкого обмена между видами (КЮк.тг-^ерМпз,1961).

Цель н вадапм исследований. Целью настоящзй работы является изучение особенностей рекомбинационной изменчивости у гибридов томата, полученных в результате скрещивания между представителями рода Ьусорегеюоп Тоигп. В связи с этим были поставлены следующие задачи: - провести оценки рекомбинационной изменчивости в различных зонах генома у межвидовых гибридов;

- 3 -

- дать цитологическую оценку мейова;

- исследовать изменчивость rf в F1 и в популяции F2;

- изучить половые различия по частоте и распределению рекомбинационных событий в геноме;

- выявить возможность индуцированного изменения генетической изменчивости;

- создать синтетическую многовидовую популяцию на основе представителей рода Lycopersicon Tourn. для получения нового исходного материала;

- собрать коллекцию маркерных форм томата и создать многомаркерные образцы с маркированными вонами как в пределах каждой хромосомы, так и вразных хромосомах с целью более полной оценки рокомбинационных событий в геноме томата.

Научяая вовтава жсявхркшиЯ. Впервые дана комплексная оцет ре комбинационного процесса в роде Lycopersicon Toum. по результатам моногибридного распадения маркеров и частоты кроссинговера в различных вонах хромосом. Излученные результаты маркерного яналияа сопоставлены с цитологической оценкой поведения хромосом в мейове. Показано изменение уровня обменов в старших поколениях по сравнению с уровнем F1. Представлены данные о половых различиях в мужском и шнеком мейозе у томаха по уровню кроссинговера.

Впервые показано, что создание синтетической поцуляции с ин-, тегрированным генофондом основных представителей рода Lycopersicon Toum. способствует формированию сложных гибридных генотипов, сочетающих гены и блоки генов нескольких видов, что представляет значительный интерес для теории селекции.

Практическая ценность работы. Для повышения эффективности с< лекционного процесса представляют интерес следующие положения

• работы. Процесс рекомбинации при скрещивании с дикими вилами во многих зонах генома ингибирован. Частота рекомбинации в мужском ме-йо8в значительно выше, чем в женском, что необходимо учитывать при подборе пар для скрещивания. Отбор ценных генотипов мотет быть более эффективным в старших поколениях.

На основе сформированной синтетической популяции получены формы, сочетающие признаки нескольких диких видов томата, представляющие интерес для ускорения селекционного процесса

. Собрана и изучена коллекция мутантных форм томата, являющаяся уникальным инструментом для решения теоретических и практических " задач селекции ( расширение спектра доступной генетической изменчивости; разработка методов гаметного отбора на устойчивость к экстремальным факторам среды; введение в селекционные линии генов, контролирующих хозяйственно ценные признаки и т. д.).

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите Ученым советом института генетики Молдовы. Основные положения диссертации были долояены на Республиканской конференции "Генетические основы селекции с/х растений и животных",Кишинев,1984; Всесоюзной конференции "Экологическая генетика растений и животных", Кишинев,1984; Конференции "Рекомбиногенеэ его значение в эволюции и селекции", Кишинев, 1985; V и VI съездах генетиков и селекционеров Молдавии, Кишинев, 1987, 1992; Совещании . "Межвидовая гибридизация у растений", София, 1988;Всесоюзном совещании "Генетика и селекция растений", Ташкент, 1990;Всесоюзном научно-методическом семинаре, Майкоп, 1992. ,

Публикация результатов исследований. Основные результаты диссертации изложены в 14 опубликованных научных работах.

Структура м объем работы. Диссертация изложена на 148 стра-

- 5 - Л ■ ; ,

ницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материала и методов, трех экспериментальных глав, обсуждения, выводов и списка использованной литература В работе приведено 16 таблиц и 8 рисунков. Список литературы включает 223 наименования, в том числе 179 иностранных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проводились на межвидовых гибридах томата. Компонентами скрещивания служили основные . представители рода Lycopersicon Tourn. - L.esp. var.ptrrplnelUfoltum; L. esc. var. raceml-Sterum; L. cheesmanl I var. minor; L. ml nut um Rick; Lhlrsutum var. dlabratum, а также' Solanum pennellii. Цутантные формы томата (L. esculentum). у которых одна или несколько Хромосом маркированы рецессивными генами,испольаовались в качестве материнской основы (табл.1).

Таблица 1 ' «

Мутантные формы томата .' '

Номер мутантной : . :

формы по каталогу ИГ : .' Маркеры : Хромосома

~ Мэ 500 Г <1, а*, с, т-2 ~ 2,6 ~ '

Мо 505 бГ, Ыб, эу 3

Мэ 311 угу • г

Мо 509 Л, \гу. , 2,5

Мо 628 в. Гиг. М, а . 4, 11

Мо 308 с, 1, с1, а 6,8,2,11

Контролем служил внутривидовой гибрид между мутанткыми формами и сортом Нистру. Компоненты для скрещивания выращивали в полевых условиях по общепринятой агротехнике возделывания томата в условиях Молдовы (Ершова,1978). . '.

Эксперименты с контролируемыми условиями среды проводили : в

климакамерах ШП. куда помещали растения Fl для прохождения мейоза (влажность 60Х, освещенность 20 кЛк и температура, отвечающая варианту опыта). 1Ьсле окончания профазы I мейоиа растения переносили в теплицу, где выращивали до созревания плодов. В качестве факторов воздействия на мейов использовали температуру 12t25t33°С и химический рекомбиноген- митомицин С (ШЦ). Температура поддерживалась постоянной в течение суток, с тем чтобы исключить влияние градиента температур, что является дополнительным фактором рекомбинации. Концентрация раствора рекомбиногена 50 мкг/мл и режимы воздействия: 33*С - 120 часов (5 суток); 12"С - 240 часов (10 суток);и 25вС - 06 , часов (4 суток). Воздействию подвергали первое соцветие в стадии ме-йова (примерно профаза I).

Влияние различных факторов на спектр генотшжческой изменчи- . вости в F2 оценивали по следующим критериям:

а) изменению моногибридных соотношений по маркерным локусам в опытных вариантах по сравнению с контролем;

б) изменению оценок частот рекомбинаций по сцепленным маркерам;

в) изменению частоты хиазм у гибридов Fl.

Для проведения цитологического анализа использовалась модифицированная методика фиксации материала и приготовления цитологических препаратов (Пученко.Гратии др. 1980). Учет частоты хиазм проводили согласно классификации бивалентов (Darlington,1937). Частоту хиазм определяли в раннем диакиневе. Подсчет проводили в случайно расположит» напрепарате клеткахиз рагных частей пыльника. / . Белки экстрагировали из б-7-ro листа и пыльников в трис-глици-новом буфере (рН-8,3) и анализировали электрофорезом в полиакрила- -мидном геле (8Х) по методу (Davis, 1964). ' •

Оценку процента кроссинговера между сцепленными маркерами про-

водили uo методу максимального правдоподобия. Достоверность отклонений -опытных данных от контроля оценивали по критерию Сть-юдента, а также критериям F иХ^ Доспехов, 1973; Литтл.Хйлз, 1981). Вычисления проводили на мИни ЭВМ СМ-3 и СМ-4 по программам, состцр-ленкым Королем А. Б. ,'Прейгелем И. А.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РЕКОМБИНАЦИЯ У ГИБРИДОВ МЕЖДУ КУЛЬТУРНЫМ ТОМАТОМ И ВИДАМИ РОДА LYCOPERSICON TOURN.

Цитологическая оцеыж иейоаа. При изучении особенностей ми роспорогенеза у межвидовых гибридов в диакиневе легко обнаруживаются 12 пар бивалентов различной формы: - кольцевые с двумя терминальными хиазмами, открытые биваленты с одной терминальной хиазшй, в виде восьмерок С с одной терминальной и интерстициальной хиазмами) и "X - образными с одной интерстициальной хиавмой.

Нормальное протекание всех фаз мейова и в основном;нормальная конъюгация хромосом, наблюдаемая в пахитене, свидетельствует о го-мологичности геномов скрещиваемых форм. Вместе с тем, у гибридов F1 в некоторых вонах отдельных7 бивалентов гомологичные хромосомы не конъюгируют (табл.2). Частота хиазм у всех изученных гибридов нижэ, чем в контроле. Имеющиеся различия в хромоыерной структуре отдельных зон гомологичных хромосом препятствуют полной конъюгации хроио-сом, которая приводит к уменьшению частоты обменов (хиазм).

Различия по частоте х распределению _обиевоа при мслпидовой гибрнхмаацкм.

Согласно нашим данным частота рекомбинации в отдельных сегментах хромосом изученных гибридов может уменьшаться в несколько раз по сравнению с исходным уровнем, тогда как в других участках найдю-

ь -

Таблица 2

Оценка конъюгации хромосом и частоты хиазм у гибридов И культурного томата (Ь. езстЛегЛшч) с различными видами рода ЬусорегзЮоп Тоигп.

Гибрид d, aw, с, m-2 с видами

Хоомосош с отклоне- Частота хиазм ниями в конъюгации" на клетку

Ниетру (контроль) L. piirpinellifolium L. racemigerum L. cheesmanii v. minor L. hirsutum v. typicus L. hirsutum v. glabratum L. minutum Solanum pennellii'

1,2,4,9.11,12

1,2,4,5,7,12

3,4,5,7,10

0

2,3,5,9,10,12 4,12 2,6

19,4 ± 0.09 15,4 ± 0,33 16,6 ± 0,28 16,4 ± 0,25 18,1 ± 0,30 14,3 ± 0,17 16,8 ± 0,16 15.9 ± 0,16

дается увеличение rf, возможно компенсаторное ( сравним, например,

изменения гГ в зонах Kfe - wv и d - wv у гибридов L. esculentum х L. hirsutum и в зонах sy - bis и m-2-c L. esculentum х Sol. pennellii (табл.3). Шмо было бы ожидать, что степень уменьшения частоты кроссинговера примерно обратно пропорциональна величине таксономической близости компонентов скрещивания... Тогда наимеиьосо снижение rf ш получили бы для гибридов L. esculentum с L. escul. var. pimpina 1-lifolium и L. escul. var. racemi^erum более сильное - с L.minutum и L hirsutum glabratum, наиболызэе - с Sol. pennolli i. В действительности наиболее сильное' подавление кроссинговера обнаружилось в зонах Ш-wv, hl-а при скрещивании близких форм Lpimpinellifollum и L. racemigerum.

Поскольку эффекты селективной элиминации на уровне гамет и зигот могут существенно исказить значения rf, важно сопоставить полученные данные с результатами цитологической оценки (табл.2). Эти результаты подтверждают сделанный на основе маркерного анализа вывод об отсутствии прямой зависимости степени ингибирования обменов в F1 от таксономического расстояния между компонентами скрещивания.

' V V Таблица 3

: Частота кроссингове^ра у межвидовых гибридов П культурного томата " с дикорастущими видами

Гибрид между мутантами .. .. и видами '

Сегмент N Сегмент N Сегмент

а*Г-ё (¿хр.) ш-2-с (бхр.) (2хр.) . Ш-т (2хр.)

1. «зси1егЛит (Вкзтру) 2492

Ьр1лр1пе1ИГо21ил) 3832

1_гасет1вегш1' ': ; 2501

Ц тт^ит . •_•••.'. • _ . . 11*63

и гзиЬшп у. е1аЬга4.ит. 2501,

5о1апит реппеЦИ ; : ,. 1252 :

11,76+1,04 27,43+1,88 .933 26,83+2,49 1230 11,07+2,81

9,02+1.>34 24,65+1,16 . 1172 . 25,12±2,96 -947 2,68±3,33*>

31,67±1,20 \27,2211,30 . - •' . - 720 2,59±2,43**

4,7311,30*** ¡27,8612,93 1519 29,45±1,90 276 16,30±5,30

5,29+1.75*** 24,1313,19 865 35,23±2%83* 317 9,69±2,83 '

11,64±1,73 : 2012,27 ' ' . . - '' - -

I'

'«о" 1 ■

Гибркдмежду мутантами и видами ;.

' • Сегмент • N

зу-Ь1э(Зхр.) Ыз-зГ(Зч?.)'

Сегмент Ги1-е(4хр.) Ы-а(11хр.)

Ц езоДегЛит (Йгстру) ; ./. 479 1_р1йр»пеШГоИит 465

:.-Ь-гаовицр»гиц' ;•;..-../.;, Ь »1пи1шп . . ' V .': •••."':'' 202. и ге^цт у. к1аЬга!ит . " 419 . ЭоГапит реппе!Ш . 151

: 28; ЗШ.19 20,96+2,69

29,43±2,86 .32,56+2,21.

13,37+3,91** 36,29+5,21 18,69+3,43* 28,36±5,27 2,54Ц,71*** 30,07+7,48

1637 723 ' 1078 1743 . 566 • 464

36,73+1,73 .

28,4812,27**

22,22+1,74**

.26,8612,99**

18,1012,55***

26,29±1,75** •

20,55+1,39 7,33+1,73*** 7,96+1,05*** 15,2511,68* 12,6011,95*** 18.10il.43

**, *** - отличия от ^ езси1еЛ1ит значил! при Р < 0,05; 0,01; 0,001 соответственно

Вместе с тем две близкородственные формы при скрещивании о культурной могут давать гибриды, .резко отличающиеся по количеству локальных нарушений конъюгации и частоте хиазм (гибриды L. esculentum с L. hirsutum typlcus и L. hirsutum glabratum).

Значительное уменьшение частоты обменов в отдельных сегментах и в целом по геному при скрещивании культурного томата с Слизко-родственными формами L. pimpinellifolium и L. racemigerum свидетельствует о том, что решающую роль в вариациях частоты обменов у тот-то, играют, по-видимому, аллельные изменения гос-генов либо генетически обусловленые изменения компактизации хроматина, а не структурные различия гомологов. Становление культурного томата шло за счет отбора генных мутаций, а не аббераций хромосом (Stubbo, 1963).Иными словами, структурные отличия хромосом культурного томата от их гомологов у L. racemiserum и L. pimpinellifolium незначительны и, видимо, ,не могут бдаь причиной 2-3 кратного снижения rf. С другой стороны, у Lolium дале при 40% различиях компонентов скрещивания по содержанию ДНК возможна нормальная конъюгация у межвидового- гибрида (Рис.Длюнкинс и др.,1986). Важным аргументом в пользу предложения о генной (а неструктурной) природе снижения rf является следующий факт. Гибриды линии hi,а с формами L. racemigerum и L pinpinellifolium характеризуются большим снижением rf hl-a, чем гибрид с видом L. hirsuturri glabratum. Если бы причиной уменьшения rf по сравнению с контролем было структурное несоответствие хромосом скрещиваемых форм, то следовало ожидать как раз обратного эффекта, поскольку веленоплодный вид L. hirsutum glabratum таксономически значительно дальше отстоит от культурного томата по. сравнению с формами L. racemlgerum и L. pinplnellifoltum, причем именно по хромосоме 11 (наряду с 9)'наблюдаются различия между красноплодными и

" 11 "

зеленоплодными видами по структуре пахитенных хромосом.

Изменчивость гГ в популяциях FZ межвидовых гибридов томата.

В работах Rlck(1972) показано, что степень ингибирования крос-синговера в маркерных сегментах генома томата в старших поколениях беккроссов может усиливаться по сравнению с уровнем, характерным для F1. Нами была выявлена высокая изменчивость в F2 по частоте кроссинговера по зоне hl-a у гибридов с L. racemlserum и L. hirsutum glabratum. фи этом гибрид между более отдаленной формой дал и более разнообразное по rf потомство (табл.4): ^рего на 9 гетерозиго-тах популяции К2 получены трехкратные различия - от 8,3 до 27,21.

Таблица 4

Частота кроссинговера (rf hl-a) в F1 и F2 межвидовых гибридов томата

hl,а х L.hirsutum glab.: hl,a х L.racemtgerum

Гибрид -1-

N rf, X N rf.Z

163 21,90 ± 3,75 870 11,10 ±1,14

651 21,16 ± 1,89 552 18,74 ± 1,88

159 8,68 ± 2,36 572 11,20 ± 1,41

F2 133 19,55 ± 3,91 . 325 ' 10,19 ± 1,79

243. 27,18 ± 3,45 496 14,86 ± 1,76

147 10,44 ± 2,69 362 10,31 .t 1,70

228 10,01 ± 2,12 412 15,79 ± 1,99

188 8,30 ± 2,12 576 21,45 ± 3,94

205 25,58 ± 3,63 364 15,46 ± 2,09

Среднее,F2 15,19 ± 2.52 Среднее F2 12,96 ± 1,23

¿i(CY.Z) 57,2(49,8) <?3( CV,X) 13,2(28,5) F2: (гетерогенность)-65,6(P< 0,001) /-1- 26,2 (P<0,01)

F1 566 12,60 ± 1,95 1078 7,96 ± 1,05

Это указывает на перспективность отбора по rf в потомотве гибридов. Сделанный выше вывод о более высоком уровне кроссинговера у гибрида F1 линии hl,a культурного томата с диким видом L. hirsutum glabratum по сравнению с гибридом Fl-hl,a х L. racemigerum подтвер-

дился на F2: rfF2 (hl,a х L. hírsutum slabratum) > rfF2 (hl,a x L. racemi serum ).Из сравнения значений rf hl-a у генотипов F1 и F2 каждого из гибридов следует, что ограничение частоты рекомбинации ( для внутривидового гибрида til,а х L.asculentum rf-20,6£)B F1 может быть более сильным, чем в F2. Формально это эквивалентно доминированию гес-генов,. уменьшающих кроссинговер.

Таким образом, результаты анализа rf по F2 и F1 позволяют оспаривать универсальность установленного Риксм на гибриде L. esculentum х Sol. penrallil факта снижения•уровня обменов в старших поколениях по сравнению с F1. Для двух исследованных нами гибридов средняя частота обменов в F2 выше, чем в Fí, а генотипы из F2 с гаксималь-кым значением rf более чем вдвое превосходят соответствующее значение для F1. Эти данные указывают на перспективность отбора в по-томствах межвидовых'гибридов генотипов с высокой рекомбинационной способностью, что монет иметь не только теоретическое, но и практическое значение.

Потаю различия у тоиата по частоте проссияяовзра

В наших опытах сравнивались значения rfp и rf^ для четырех 80н генома томата, две из которых содержат центромеру (e-ful, hl-a) и две дистальные (aw-d, c-m-2). При этом для сегментов av-d и m-2-o анализ проводился на шести гибридах F1, полученных от скрещивания маркерной.линии a*,d,m-2.о с" различными формами рода Lycoperslcon (табл.5). Из полученных оценок следует, что при вариациях генотипи-ческой среды величина г£в сегменте avr-d изменяется относительно слабо, изменчивость , более значительна, причем корреляция между ниш положительная, а разность меняет знак от генотипа к генотипу. В половине комбинаций скрещивания обнаружены четкие различия между

Таблица 5

Изменчивость частоты кроссингсьера у томата в зависимости от пола и генотипа гетерозигот Fl в сегментах aw-d, кг2-с, ful-e и hl-a

Гибрид aw,d,m-2,c F ic* Fl?

с видами томата N rf(%) Б сегменте N rf(%) в сегменте

aw-d • ■ m-2-е aw-d m-2-c

L. esculentum 171 9,'&3+0,80 25,73+1,20 2492+ 14.12+2,00* 29,11+3,11

L. pi rnpinel Ii folium 162 7,41+0,5°- 24.59±0,96 3832+ 10,6011,45* 24,60+2,48

L. racemigerum 135 11,11±0,87 24,44+1,18 2501 + 0,64±1,73*** 29,89±3,06

L. cheesmani i v. minor 104 14,4211,64 27,83+2,10 812+ 13,65+3,93. 13,93±5,42**

L. minutum 95 8,42+1,11 34,74+1,90 1163+ 0,76+2,16*** .20,12+5,33**

L. hirsutum v. glabratum 95 9,47+0,81 14,74+0,98 2501+ 0,93+1,61*** 32,44+2.61***

Гибрид ful,e,hl,a Flof . Fl?

с видами томата N rf ( 7.) E сегменте N rf(Z) в сегменте

-: ful-e hl-a ful-e hl-a

L. racemigerum 247 30,77+1,79 24,33+1,67 1078+ 15,07+4,79*** 0,01+3,95***

Solanum pennellii 464 26,29+1,75 18,10+1,43 803+ 50,0014,46*** 43,0ö±4,01***

Примечание: знак "+" означает, что оценка гГ получена на основе совместного анализа ?2 и Еторого беккросса; *,**,*** - различия между тГ(Г и гГу значимы при Р< 0,05; 0,01; 0,001 соответственно.

мужскими и женскими ыейоцитами по rf: в этих случаях частота обметов в женском мейозена порядок снижена по сравнению с нормальным уровнем, соответствующим расстоянию по хромосомным картам. Для сег-яента m-2-c у трех.из шести гибридов также обнаружены значительные различия между rfjii гf^: в двух случаях r£rf?, в одном rf¿ < rfj ; корреляция между изменениями гГу и г^ отсутствует.

Анализ половых различий по rf для перицентрических сегментов хромосом 4 и 11 проводился нами с использованием гибридов между маркерной линией е,ful,hl,á и видами L.racemlgerum, Sol.pennellii (табл.5). Для обоих сегментов наблюдается сильное взаимодействие пол х генотип в определении уровня рекомбинации между маркерными генами. Особенно велики различия гфи rf^B зоне hl-a у гибрида с использованием L. racemigerunt судя по полученным оценкам, здесь кроссинговер в макроспорогенезе полностью подавлен. Для этого гибрида характерно резкое снижение rfjи в зоне aw-d. Ранее отмечалось, что при межвидовых скрещиваниях у томата еозможно подавление крос-синговера в разных частях генома (Rick.1972). Согласно данным, полученным нами на основе маркерного и цитологического анализов, существенные ограничения наблюдаются • и при скрещиваниях

таксономически достаточно близких форм. Приведенные в табл. 5 оценки

■ i

показывают, что вариации генотипической среды, связанные с отдаленной гибридизацией, у томата могут вызвать значительные разнонаправленные изменения уровня кроссинговера в мужском и женском мейозе.

Учет полових различий по частоте и распределению кроссоверных обменов в геноме представляет значительный' интерес не только с теоретической, но и с практической точки зрения, в частности, как возможный подход при решении проблемы увеличения уровня и спектра генотипической изменчивости в селекции.

- 15 -

Индуцировании* рекоибмвогевев на исивидових гнбрихах.

В современной прикладной генетике и селекции важным налраьгением является разработка методов регуляции рекомбинационных процессов на уровне геномов, хромосом и генов. При этом должны быть разработаны принципиально новые методы селекции, базирующиеся на индуцировании генетической рекомбинации, с целью увеличения уровня и спектра генотипической изменчивости.

В связи с этим проводилось изучение эффективности взаимодействия рекомбиногена и экологического стресса при обработке мейотических бутонов. ГЬлученные результаты свидетельствуют; об определенной рекомбиногенной активности (Ь1-а) всех трех используемых факторов - ШЦ, низкой и высокой температур. Действие температур наиболее эффективно на предмейотической фазе,а митомицина в мейозе. Максимальные значения гГ Ь1-а (17,5±2,37;17,б±2,98) в двух случаях из трех наблюдались в вариантах совместного действия ЫЩ и экстремальной температуры. ~

Электрофоретический анализ легкорастворимых белков пыльников томата выявил изменение спектров элекгрофореграмм изучаемых белков. Так при температурах 15°и ЗЗвС количество выявленных белковых зон составило 14 и 13 соответствено.в то время как при температуре 25°С отмечалось всего 12 спектральных полос. Действие-ШЦ не оказывало влияния на изменение электрофоретическрго спектра белков. Однако при совместном действии ШЦ и температуры (15°С) в одной из вон произошло количественное изменение белка. .

Сложность в изучении обусловлена ■ как многоэтапностью самого процесса рекомбинации, так и разнообразием эффектов используемых факторов. Так, температура; может выступать в качестве фактора,, влияющего на продолжительность различных фаз мейоза (Б-периода и про-

фаза I), индуцирующего первичные однонитевые разрьгеы ЛНК, уменьшающего вероятность репарации разрывов, изменяющего характер пострекомбинационной репарации (корреляции молекулярной гетерози-готности), обусловливающего увеличение или уменьшение селективной элиминации рекомбщантов.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ В МНОГОБИДОВОЙ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ТОМАТА.

Потенциал генотипической изменчивости потомства гибридов полностью определяется взаимодействием генетических факторов, обусловливающих различия компонентов скрещивания, а также особенностями рекомбинации в мейозе.

Создана многовидовая синтетическая популяция томата, интегрирующая е, едином. генофонде зародышевую плазму основных видов рода Lycopersicon - L.esculentum, L.plmplnelllfollum, L.minutum, L. htrsutum glabratum, Sol. ponnellll. В качестве основы использовали стерильную форму si, благодаря чему для облигатного самоопылотеля удалось обеспечить систему размножения, характерную для перекрестника.

i

При формировании. синтетической популяции проводилось последовательно следующие циклы: I-получение простых гибридов ( L. esculentum х дикий вид); 2-на форму si наносилась смесь пыльцы F1; 3-самоопыление полученных гибридов; 4-выщепляющиеся формы si опылялись смесью пыльцы диких видов; 5-самоопыление полученных гибридов и т. д.

Установлено (данные по F4), что многовидовые рекомбинации действительно приводят к выщеплению генотипов, значительно перекрывающих спектр изменчивости потомства простых гибридов, при этом появляются формы с необычной морфологией листа и соцветия, резко уве-

личенным числом цветков, коротким вегетационным периодом, высоко{ завязываемостыо плодов при пониженной освещенности.

Для увеличения возможностей пере комбинации генов диких ввдог на одном из этапов создания интегрированной популяции вылепляющиеся генотипы si опылялись смесью пыльцы (Sol. pennelli 1, L. mlnutum, L hirsutum glabratum). Шлученная популяция состояла из генотипов трех фенотипических групп (табл.6).

Разное количественное соотношение' генотипов в группах можнс объяснить несовместимостью при опылении-оплодотворении, конкуренцией и элиминацией на разных этапах онтогенеза.

Каждой группе свойственно вышэпление генотипов, в которых сочетаются признака разных видов. Так, в группе 1 получены генотипы, сочетающие опушение (признак L. hirsutum),' раннее цветение и хо-' рошее завязывание плодов ( признак L.mlnutum). В группе 3 наблюдались растения, внешне схожие с L. hirsutum, но сочетающие раннее цветение и завязывание плодов с отсутствием опушения.' Фертильность пыльцы в этих группах варьировала в широких пределах.

• Таблица 6

Фертильность генотипов в основных фенотигшческих группах

Число Фертильность Доля растений, Группа растений пыльцы,£ завязавших пло-

ды,*

Solanum pennellli 97 24,3 - 94,4

в том числе опушенные 17 33,7 - 84,9 9,3

раннее цветение 9 37,2 - а?,6'

L. mlnutum 14 " 91,9 •• 98,7 100

L. hirsutum glabratum 22 62,6 - 98,2

в том числе раннее - 22,7

цветение 3 87,2 - 96,0

Анализируя растения по морфологическим признакам, очень сложно установить, компоненты каких видов присутствуют в данном генотипе

. •'. . - 18 - ' ;фенотип каждого растения соответствует какому-нибудь одному из вира, участвующих в скрещивании). С этой целью проведен аналив генотипов по спектру пероксидаэ листьев - фермента, маркирующего 4 хро-юсомн генома томата (Rick et al. ,1974). Оценка исходных компонентов :крещивания показала наличие в спектрах пероксидаэ, полос специфична для каждого вида. Так, для L. hlrsutum trlabratum характерны поносы с электрофэретическэй подвижностью 0,47;0,66;0,75; Lminutum -3,82 и Sol.ponnellii - 0,-84. Сочетание таких полос дает основание считать, что данный генотип - многовидовой рекомбинант.

В целом совместные данные морфологической и электрофоретической оценок подтверждают, что в синтетической популяции происходит формирование-сложных гибридных генотипов, сочетающих гены и блоки генов нескольких, видов и представляющих интерес как исходный материал для селекции.

* "ИЗУЧЕНИЕ ЫАРКЕРЮЯ КОЛЛЕКЦИИ И СОЗДАНИЕ МНОГОМАРКЕРНЫХ : ' ЛИНИЯ ТОЫАТА. »обходимым условием дальнейшего, повышения эффективности селекционно-генетических исследований является создание и сохранение идентифицированных генетических коллекций.

йвученйаянами мутаятнзя коллекция составляет часть генофонда культуры томата.в которой собраны и поддерживаются маркерные формы, ^считывает более 600 образцов. Наиболее интенсивное пополнение поллекции началось с 1985 года (Рис.). .

; - JUa удобства изучения коллекции мы разбили ее яа группы фено-типического проявления признаков в онтогенезе. В основном проявление признака связано е,морфологией растения. Этоокраска и форма

-г peewp куста« измененное

К-лп

образцов

180

160

140 120

100

80

60

40

20

1985

1972

II

III 17

У1 УН ЛИ

Мугантныо группы

Рис. Коллекция мутантных .форм т ома то

соцветие, форма и окраска цветка, стерильность, форма и окраска плода, окраска семени и т.д.

При изучении особое внимание уделялось изменчивости проявления мутантного признака в разных экологических условиях, что особенно важно при оценке мутантов с точки зрения достоверности их идентификации. Так оценка большинства мутантов требовала выращивания их в теплице, так 1сак в условиях поля идентификация некоторых признаков затруднена или невозможна. На всех этапах работы особое внимание уделялось размножению и сохранению семян мутантных форм томаТа.

Чем многообразнее коллекция маркерного генофонда, тем разнообразнее решаемые на ее основе генетические задачи. Имеющиеся в коллекции сочетания признаков на ранних стадиях являются недостаточными для исследований, поэтому необходимо создать новые сочетания

маркеных генов как в пределах каждой хромосомы, так и в равных.

Нами при синтезе различных цепочек маркеров (та^?) в основном использовались гены, контролирующие признаки на стадиях сеянцев и роста.

Идентифицированный мутантный генофонд дает возможность решать теоретические и практические задачи селекции.

На примере культуры томата нами предлагаются возможные пути применения фенотипических маркеров в генетико-селекционных исследованиях,. таких как : а) изучение природы биохимических и физиологических процессов; б) составление генетических карт; в) эволюционно-гоиетические исследования; г) контроль интрогрессии при межвидовой гибридизации; д) изучение наследования количественных признаков; е) изучение эффекта дозы гена, взаимодействие аллелей и других явлений; ж) источники хозяйственно ценных признаков в селекционной работе; з) изучение процесса селективной элиминации галет и зигот на постиейотических стадиях.

Таблица 7

Синтезированные многомаркерные формы томата

Шифр мутанта в коллекцим .

Символы маркерных генов

Хромосома

Мо 666 Мэ 670 Мэ 672 . Мэ 939 Мо 675 Мо 938 ' Мэ 667 -14» 668 . Мэ. 669 Мэ 671 №>673 Мэ 674 ■

. itr.Hr .

[_л, уаг 1 уаг. Ьа.уаг, й.аи.т Ь1,а,1л,уаг . Ьу, Г).ех1,аЬ

Си,<1,а*,*у

2,2

7.7

7,7

7.7

7.7.7

2.2.2

11.11.7.7

10,10.9

2,2,11,11

2,2,2,2

10,9,10

1.2,8,6,7

. - 21 -ВЫВОДЫ

1. Обнаружено, что гибриды культурного томата с представителя* рода 1_усорегэ1соп Тоигп. характеризуются общим пониженным уровне обменов (диапазон изменения частоты хиазм 14.3-16.8, а в контрол 19.4).

2. Выявлено, что частота кроссинговера резко подавлена в от дельных маркерных зонах хромосом (для вон а*-<1,Бу-Ыэ,Пи-е, при скрещивании с 1~тии&ит, ЦМгеииап $г1аЬга1ит и Sol.pennei.lil для вон Мэ-*у, Ы-а при скрещивании с Ь. р1пр1пеП1Го11ит Ь. гасепчгегшп) и увеличена в воне \fv-d при скрещивании с ЬЫгеии е1аЬга1ит, -причем степень изменения гТ в целом не коррелирует с с> шествующими таксономическими критериями.

3. Установлено, что в старших поколениях уровень обменов выл (гГ 15,212,52), чем в П (гГ 12,6±1,05), а генотипы из Р2 с макс» мальным вначениеи гП 27,2Х; 25.62) более чем вдвое превосходят сс ответствующее вначение для Я.

4. Показано, что по большинству маркерных зон уровень кроссик говера в мужском .мейозе (гГ</ ) значимо выше, чем в женском (гГ^ Особенно велики различия г^ и гГ^> в воне Ы-а у гибрида с 1~ге сепикегит. Здесь кроссинговер в макроспорогенезе полностью подавле для этого же гибрида характерно резкое снижение гГ^ и в воне вж-Причем различия носят ярко выраженный сегментоспецифический характ

5. Выявлена активность (по вове Ы-а) факторов индуцирован» рекомбиногенеза - ШЩ, низкой и высокой температуры. Цри этом дейс твие температур наиболее эффективно на предмейотической стадии, т томицина С - в мейове.

6. Созданная синтетическая популяр с интегрированным гене фондом основных представителей, рода ЦусорегеЮоп Тоигп., котора

пособствует формированию сложных гибридных генотипов, сочетающих сны и блоки генов нескольких видов (появляются формы с необычной орфологией листа и соцветия, реэко увеличенным числом цветков на исти (более 300),. коротким вегетационным периодом (до 100 дней), ысокой завявываемостью плодов при пониженной освещенности). Пэлу-енные формы представляют интерес для селекции.

7. Ш казана эффективность широкого использования коллекции аркерных генов в селекционно-генетических исследованиях, являющих-я источником важных хозяйственно ценных признаков и основным ис-одным материалом при гибридологическом анализе, а также при оценке астоты и спектра мейотической рекомбинации.

8. При синтезе многомаркерных форм определено оптимальное чис-о маркеров в цепочке,равное 4, которое не нарушает жизнеспособнос-и.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Полученные данные указывают на необходимость прямой оценки екомбинационного поведения каждой вовлекаемой в селекцию формы, елесообразность использования методов индуцированного рекомбиноге-еаа при межвидовой гибридизации томата, важность дальнейшего уточ-виия биосистематического положения видов и разновидностей рода усорегеюоп Тоигп.

2. В селекционно-генетических исследованиях по культуре томата элесообразно более широко использовать маркерную коллекцию, позво-яицую .решать теоретические и практические вадачи - расширения пекгра генетической изменчивости, разработки методов гаметного от-эра на устойчивость к экстремальным факторам среды, введения в се-экционныэ линии генов, контролирующих хозяйственно ценные признаки

И т.д.

3. Мэтодом межвидовой гибридизации получены 41 новых линии томата, которые рекомендованы для использования в селекции в качеств« источников - холодоустойчивости для беврассадной культуры (лини 73 - вр. 12986)¡скороспелости и высокой вавязываемости плодов (лини 1-12 - вр. 12984, 21 - вр. 12987 и "Майя"- вр. 12985).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Жученко А. А., Бочарникова Н.И., Козлова ЕМ. Интегрировали« генофонда рода Ьусорвгеюоп в единную синтетическую популяцию. Рес-публ. конф. "Генетические основы селекции с/х растений и животных. Кишинев, 1984. с. 32-33.

2. Жученко А. А., Бочарникова Е И., Грати Е Г., Король А. Б. Ограничение рекомбинации при скрещиваниях в пределах рода ЬусорегеЮо! Тоигп. Конф. "Экологическая . генетика растений и животных". Кишинев, 1984. с. 105-108.

3. Бочарникова Е И. . Кибенко Т.Е . Козлова Е и. Генетическая изменчивость в многовидовой синтетической популяции томата Матер, конф. "Ре комбиногенев его значение в эволюции и селекции", 1985. с. 191-194. . >

4. Кибенко Т. Я , Бочарникова Е И., Прейте ль И. А. Связь между изменчивостью белкового спектра и адаптивными признаками в попу ля цю

томата Матер, конф. "Рекомбиногенез его значение в эволюции и селекции". 1985. с. 251-254., -. .

5. Бочарникова Е И. Особенности рекомбинации у межвидовых гибридов томата Третья Всесоюзная конф. "Экологическая генетика растений и животных". 1987. с. 54-55. -

6. Бочарникова Е И., Король А. Е Оценка совместного действиг

V - 24 -

митомицина С и температурного стресс^ 'н'а рекомбинадию. V съезд генетиков и селекционеров Мэдавии. Кишинев. 1987. с. 'г4.

. 7. Жученко А. А., Король А.*Е', Визир И. Ю., Бочарникова а И.. Замор-заева И. А. Половые различия по частоте кроссинговера у томата и арабидопсиса. // Генетика. 1988. N9. с.1593-1602.

8.Грати ЕГ..Бочарникова Н.И. Цитогенетика томата.// Эколо-го-генетические основы селекции томатов. Кишинев. 1988. с. 67-213.

9. Король А. Е .Бочарникова ЕИ. РекомЗинация и межвидовой перенос. генов. Interspecific hybridization in plant.Sofia 1988. p. 14-28.

10. Бочарникова ЕИ. .Ущаяовский И.Е Некоторые подходы в использовании маркерной коллекции томата в генетика-селекционных работах. Вэнф. "Генетика и селекция растений".Ташкент. 1990. с. 33-34.

И. Бочарникова Е И. .Ущаповский И. Е, Казанцев 3. Ф. Влияние ге-нотипической среды на частоту кроссинговера у растений томата. //Генетика. 1991. N2. о. 361-363.

12. Бочарникова Е И., Козлова В. U. К/тантныэ формы томатов. Кишинев. 1992. 62 с.

13.Бочарникова ЕИ., Ковлова EU. Подходы использования маркерной коллекции томата в генетика-селекционных работах. Genetica si ameliorarea plantelor si anlmalelorj in Moldova. 1992. o. 257-259.

' 14. Бочарникова Е И. Маркерная1 коллекция томата. II Совещание "Ивогеннью линии и генетические коллекции". Новосибирск. 199а с. 137139./ I