Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Принципы использования генетического разнообразия мягкой пшеницы по системе генов VRN

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Принципы использования генетического разнообразия мягкой пшеницы по системе генов VRN"

РГ6 од

г ^ г ч « **

- < ; •' ! /сёшщионно - генетический институт

На правах рукописи

АВСЕНИН Вячеслав Иванович

ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ПО СИСТЕМЕ ГЕНОВ УНИ

03.00.15. - генетика

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Одесса - 1993

Работа выполнена в 1980 - 1990 гг. в отделе генетики и цитологии растений Селекционно-генетического института.

Научный руководитель - доктор биологических наук А.Ф.Стельыах.

Официальные оппоненты:

- доктор сельскохозяйственных наук, профессор Пыльнев З.М.; • кандидат биологических наук Рыбалка А.И.

Ведущее учреждение ~ Одесский государственный университет им. И.И.Мечникова.

Защита диссертации состоится ^¿¿¿¿¿) 1993 г. в 14.00 часов на заседании специализированного совета Д 020.08.01 в селекционно-генетическом институте.

Адрес: 270036» Одесса. 36, Овидиопольская дорога 3.

С диссертацией иохно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан т/09 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

А.А.Станкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В генетическом контроле различий по скорости развития мягкой пшеницы превалирующую роль играет система гонов Угп, наиболее очевидным эффектом которой является определение конкретного типа развития или различий по реакции на яровизацию. Изучение и знание селекционной ценности тех или иных генов ярового типа развития в конкретной эколого-гвографической зоне и генетического разнообразия сортов по скорости развития позволит существенно повысить эффективность целенаправленного манипулирования указанной системой генов путем селекции, что должно способствовать созданию более оптимальных по скорости развития генотипов и получению стабильных гарантированных урожаев.

Цель и задачи исследовании. Цель исследований закличрлась в идентификации Угп генотипов в наборах сортов из различаешься по условиям стран, сопоставлении частот генов и генотипов у сортов этих стран для выявления наличия или отсутствия преимуществен" ного распространения того шш иного гена или же определенного угп ' генотипа, а также предложения некоторых путей целенаправленного селекционно-генетического манипулирования изучаемой системой генов» в частности, получения озимых форы при скредавании только ярозда. сортов и возможности расширения генетического разЬобразия мягкой пшеькцн по смете?/® генов Угп путем интрогрессии, В связи с указанными целями были поставлены следуюсие задачи:

-идентифицировать генотипы по системе генов Угп набора яровых сортов мягкой пшеницы из Австралии и Мексики;

-сопостзаитъ частоты Угп генов (их аллелей) и генотипов для выявления их возможных селекционных преимуществ в указанных странах;

-провести идентификацию генотипов с редко упоминаемыми генеми Тгп 4 И Угп 5;

-обосновать возможность н совершенствовать способы целенаправленного получения озимых форм при скрещивании только яровых сортов;

-определить возможность интрогрессии ч геном мягкой пшеницы доминантных генов ярового типа развития от других вида л и родов ТгЛ-Псеае без использования генетической системы 5В хромоеэмк;

-идентифицировать генотипы созданных линий мягкой псеюп-ы, яровость которых определяется интрогрессированныки генами ярового типа развития.

Научная новизна и практическая ценность исследований; -показаны существенные различия мэаду частотой доминантных генов Via у изученных сортов яровой мягкой пшеницу Австралии и Мексики;

-у мексиканских сортов установлена повышенная частота доминантного аллзля гена Vrn 3j

-разработаны метода получения озимых: форм мягкой пшеницы при скрещивании только яровых сортов специально подобранных Vrn генотипов, позволяющие использовать в селекции озимой пшеницы разнообразие яровых сортов и селехциокных линий;

-доказана возмоггность ингрогрессии доминантных генов ярового типа развития различных образцов тв^дой и других видов пшениц, различных сортов тритикале, а также ржи путем отдаленной гибридизации без использования генетической системы 5В хромосомы и методов культуры in vitro

-в генотипе сорта Норе установлено отсутствие доминантного гена Vrn 5 и присутствие неаллельного Vrn 1-3 доминантного гена у линии Triple Birk (№ интродукции ВИР 49ГЧ7);

-идентифицированы новые доминантные гены Vrn, интрогрессирован-ные от Т. sphaeroooccum и S.oereale, являющиеся неалледькьши описанным в настоящее время у мягкой пшеницы.

Апробация работы. Результаты работы доловьны та: Х1У заседании научно-методического совета селекцентра ВСГИ (Одесса, 13-17 февраля 1984 г.), II в III Всесоюзной научной конференции по экологической генетике растений и животных (Кшенев, 1984 и 1987г.), Всесоюзной научной конференции "Частная генетика растений" (Киев, 1989 год) » Всесоюзной научной конференции "Онтогенетика высших растений" (Кишинев, 1989 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 18 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав« выводов и предложений по использованию результатов исследований. В работе содержится 68 таблиц, из них 16 и приложениях.Список использованной литературы включает 250 источников, из них 91 на иностранном языке.

СОДЕРИАШЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

При идентификации Vra генотипов избраны случайные наборы сор-

тов яровой мягкой пшеницы из Австралии (105 сортов) и Мексики (53 сорта) имевшиеся в коллекциях отделов и лабораторий ЕСГИ, а такг.е полученные из коллекции УкрНИПРСиГ им. В.Й.Юрьева от доктора с.-х. наук Рабинович C.B. В дальнейшем эти случайные наборы пополнялись, в основном, из коллекции ВШИ растениеводства им. Вавилова Н.И.

В качестве тестеров при гибридологическом анализа Угп генотипа яровых сортов использовали полученные из Австралии от профессора д. Т.Pugíiiey моногенно доминантные и рецессиЕнуо по Vm 1-3 локусам линии из набора почти изогенных по ним линий сорта Triple DirJc.

В качестве исходного материала для получения озимых форм из яровых использовали сорта, сведения о которых приведены в опубликованных квталогах сортов яровой мягкой пшеницн по генотипам системы локусов Vrn (Стельмах А.Ф. и др. 1987).

При интрогрессии доминантных генов ярового типа развития других видов и родов в геном мягкой пшеницы в качестве источника чужеродного гена Vrn использовали яровые формы Т.durum (сорта: Ар-наутка, Бвлотурка, Гарно в ка, Полтавка), T. diooccua, T. tiacpheevi, T. aethiopicum, T. sphaerocoocum, Т. соираоиш, Т. иопосоосит, трит«~ кале (сорта: Beagle, Drira, Armadillo PFV--I3, Irone, Bruin 3), ржи (сорт Ленинградская яровая), а также Aegilops vavilovii. Все выше указанные источники были в разное время получены нами из ВИРа, лаборатории генетики я цитологии ВСГИ л отдела сэлекции пшениц ЕСГЛ. Реципиентами использовали озимые сорта мягкой пшеницы: Мироновская 0С8, Прибой, Скороспелка 36, Безостая I, Triple Dirk линия С. Они ке использовались и в качестве рекуррентного родителя для вое-' становления гено<*юна (пяткой пшеницы путем насыпающих скрещиваний.

При идентификации Vm генотипов изучаемый сорт скрегциазлн с четкрьма тестерами: Triple Dirk О (ТД С)-рецгссив, Triple Dirk в (ТД Д)-носитель доминантного гена Vrn 1, îripio Dirk в (ТД В)-носитель доминантного гена ïrs г и Triple Dirk 2 (ТД Е)-носитель доминантного гена Ухп 3-

Тестерные скрэщивания проводили в полевых условиях. Растения Fj четырех тесткроссов по каждому сорту выращивали в оранжерее фитотрона в осенне-зимний период для получения семян Pg» которые высевали весной на поливном участке по семьям в сроки, исключающие воздействие пониженных яровизациошшх температур.

Анализ расщепления Fg по типу развития осуществляли путем учета яровых (выколосившихся или же находящихся "в трубке" растений

обычно через 85 суток после появления всходов) и озимых (не выколосившихся за 100 и более суток после всходов) выщепенцев. Возможные ожидаемые отношения расщепления при трехгенном контроле ярово-сти использовали при определении генотипа анализируемого сорта путем сопоставления фактически наблюдаемого с теоретически ожидаемым расщеплением по критериг "х? (Рокицкий П.Ф. 1973).

Частоту конкретных генотипов и аллелей выражали в процентах или в долях от единицы. Ошибки вычисленных частот, их достоверность , а также различия и их достоверность определяли по общепринятым формулам статистической обработки данных альтернативной изменчивости (Рокицкий П.Ф, 1973). Расчет теоретически ожидаемых частот конкретных генотипов по локусам Ута -!-з проводили на основании экспериментально определенных частот соответствующих аллелей путем умножения их вероятностей.

Интрогрессия чужеродных доминантных локусов Тгп проводилась без использования системы 5В хромосомы путем отдаленной гибридизации. При скрещивании во всех случаях мягкую пшеницу использовали в качестве материнской формы. Полученные ргстеиия Рр оказавшиеся яровыми вследствие присутствия доминантных локусов Угп от других видов и практически полностью стерильными при самоопылении, без предварительной кастрации были опылены пыльцой соответствующих сортов озимой мягкой ппеницы. Среди вира пенных лотоыств ВС^ и тд; диг. проведения очередного насыщающего скрещивания отбирали носителей доминантных генов яровости, которые также использовались в качестве материнской формы с использованием искусственной кастрации. Гомозиготные потомства ^2-3 со 100% завязываемостыо семян вовлекали в гибридологический анализ для идентификации иятрогрес-сировакного гена.

Соэдаше новых озимых форм осуществляли путем скрещивания яровых сортов, ранее идентифицированных по генам Уто по специально обоснованным схемам, которые детально рассмотрены в экспериментальной части работы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЕЕДОВАНИЙ

Идентификация генотипов по локусам системы генов Уга -1-г в наборах яров1вс сортов мягкой пиекииы Австралии и Ызксики. Анализируя данные результатов, приведенных в таблице 1 обнаруживается преимущественное распространила в Австралии дигенно доминантных сортов по первому и второму локусам и практически полное отсутст-

вие сортов с доминантным геном "^гп 3. В' то же время в мексиканском наборе все разнообразие генотипов представлено практически близким количеством сортов (за исключением тройкой доминантной гомозиготы).

Таблица I

Количество сортов принадлежащих к определенным . генотипам системы генов Угп 1-3

Страна!

всего

Австралия

Мексика

Гомозиготный генотип | ■('—............T....................... I всего j rf jсортовj

Тя)1 vrn? vrn 3 125 25,9+2,00 14 13,3+3,31 12 22,6-5,74

vrn1 Vrn2 vrn3 35 7,3+1,18 12 11,4+3,10 4 7,5+3,62

vrn1 vrn2 Vrn3 18 3,7+0,86 - 0,0+0,93 5 9,4+4,01

Vrn1 Vrn2 vrn3 251 52,1+2,28 77 73,3+4,32 10 18,9+5,38

Vrn1 vrn 2 Vrn3 29 6,0+1,08 2 1,9+1,33 10 18,9+5,38

vm1 Vrn 2 Vm3 22 4,6+0,95 - 0,0+0,93 II 20,0+5,58

Vrn1 Vrn2 Vrn3 2 0,4+0,09 - 0,0+0,93 I 1,9+1,88

Всего 482 105 53

Наличие значительного количества сортов, изученных по генотипа ы системы локусоэ Vrn 1-з (Австралия - 105 и Мексика - 53), позволяет провести сопоставление частот соответствующих генотипов и генов в наборах указанных стран. Здзсь в качестве стандарта использованы соответствующие данккз по набору сортов мировой селекции (табл.1), аключеиные но второе издание шкего каталога (Стельнах А.Ф. и Авсепин В.И. 1985).

У яровых сортов Австралии с высокой и практически одинаковой частотой встречаются доминантные аллели локусов Vrn 1 и Vrn 2 при киской частоте Vrn 3 (табл.2). Эта тенденция сохраняется и у среднемирового набора. В то же время яроность сортов Мексики определяется доминантными аллелями любого из локусов системы генов Vrn 1-3. Их частоты высоко достоверш и показывают, что каждый из тсс встречается почта или бс.тыге чем у 50$ сортов изученного набора.

Сопоставление частот доминантных аллелей различных локусов по каждому из изученных наборов показывает, что частоты 1 и Vm 2 среди сортов Австралии (d =3,8%) достоверно отличаются от частот Vrn 3 (86,7 и 82,9% соответственно). В наборе же мексиканских сортов различия частот доминантных аллелей различных локусов, xotjí и

Таблица 2

Частота доминантных аллелей генов Угп 1-3 у наборов сортов яровой мягкой пшеницы Австралии и (Лексики (%)

Страна —т- — t ¡сортов i г—.....—...... 1 локус

Угп 1 I ! Угп 2 l ! Угп 3

Всего (по каталогу) Австралия Мексика 482 105 53 84,4+1,65^ > 88,6+ЗДО**^ 62,3+6,66 } б4,з+2,18*в*) * * » *»»\ 84,8+3,50 t/ 49,2+6,87 14,7+1,61 I,9ilt33 53,8^6,85**"

**♦) г больше 3,29 для Р=0,001

наблюдаются, но в силу высоких ошибок, являются недостоверными. Сопоставляя полученные данкте в обоих наборах с различиями частот по набору сортов мировой селекции, можно заключить, что яровость большинства сортов определяется присутствием у них гена Ут 1, а также Тгп 1 и Ти 2 одновременно. Таким образом, различия частот доминантных аллелей локусов Ут 1-3 в наборах сортов Австралии и Мексики неодинаковы и отличаются от среднемировых тенденций. Эти тенденции еще более видны при сравнивании частот конкретных аллелей между изученными наборами (табл.3). Среда сортов Австралии до-

Таблица 3

Различия частот определенных аллелей Ухи 1-3 генов между изученными наборами сортов Австралии и. Мексики

-г Сравниваемые наборы i сравниваемые аллели

сортов | Угп 1 11 ! ! Ytn 2 ! Vm ?

Всего-Австралия Всего-Мексика Австралия-Мексика 22,146,86 ; 26,3*7,35*" -20,544,12"^ 12,8±г,09*** I5,2t7,2Ie) -39,Ii7,04*** } 35,7£?,7I -51,9+6,98

t больше 1,96 для Р=0»05 **) t больше 2,58 для Р=0,01 ♦**) t болыае 3,29 для Р=0«001

стоверно чаще встречается доминантные аллели локусов Уга 1 и Угп 2. Зато в Мексике достоверно выше частота Vm 3. Сорта Австралии не отличаются по частоте Угп 1 от среднемировых тенденций. Однако среди них достоверно выаэ частота Угп г и гораздо реже распространен Цексиканскне сорта по частоте Ут 1 и Ут 2 уступают общему набору и с высокой степенью достоверности превосходят по частоте Vm 3. Таким образом, на основании проведенного а на ли-

за частот доминантных аллелей локусов Угп 1-3 у изученных наборов сортов Австралии и Мексики можно сделать вывод о достоверности различий этих частот.

Выявленные различия частот доминантных аллелей локусов Угп 1_з могут свидетельствовать о случайном подборе пар для скрещивания у которых встречаются те или иные аллели локусов Ум 1-3 либо наблюдается преимущество одних генов над другими. С определенной уверенностью можно утверждать, что селекционеры конкретной зоны располагает определенным генным пулом по данным локусам, в которых частота аллелей случайна, т.е. без всякого предпочтения одного генотипа другому, равно как и из гибридной комбинации Угп 1-3 генотипы отбираются случайно.

На вопрос, какое же из двух предположений наиболее соответствует истине, в некоторой степени может ответить сопоставление фактических частот конкретных генотипов системы генов Уг-п 1-3 в изученных наборах с теоретически ожидаемыми при предположении равноценности генов и случайности комбинирования соответствующих аллелей.

В наборе сортов Австралии (табл.4) теоретические величины час-

Таблица 4

Частота генотипов по локусам Угп 1-3 у изученных наборов яровых сортов (50

Страны ! всего | Австралия | Мексика

!фэкти~| теорет-'факти- ¡теорети~{фэкги-|теоретн-Генотипы !чески ( ически ¡чески | чески ¡чески \ чески

Угп1 угп2, УГПЗ 25,9 26,98 13,3 13,44 22,6 16,08

■утп1 Угп2 утпЗ 7,3 8,98 II,4 9,63 7,5 9,38

УМ1 угп2 УгпЗ 3,7 0,85 0,0 0,03 9,4 11,33

Угп1 Угп2 угпЗ 52,1 48,60 73,3 74,98 18,9 15,51

7гп1 угп2 УгпЗ' . б,С 4,65 1,9 0,26 18,9 18,72

7ТП1 Угп2 УгпЗ 4,6 1,55 0,0 0,20 20,8 10,93

Угп1 Угп2 УгпЗ 0,4 8,38 0,0 1,51 1,9 18,06

X и 114,09 Х2=2,45 X. ■ «14,37

"^0,05 * 12,59 при ЙГ°6

тот различных генотипов оказались близкими к фактически наблюдае-СХ?*2,45, меньше табличного 12,69 для Р«0,05 при ¿г-б). Правда, сопоставление фактических частот гэнотжгов данного набора с фэкти-

ческиии величинами для сортов из различных стран мира не достоверны (Х?«=30,00 при df-1). Все это может свидетельствовать о том, что используемый в Австралии генный пуд отличается от среднего мирового. Однако ни один из возможных генотипов не получил явного преимущества, т.е. практически все аллели локусов Vrn 1 и Vrn 2 на фоне рецессивности Vrn 3 и их комбинации с точки зрения их селекционного преимущества в наборе сортов Австралии равноценны.

В наборе сортов Мексики выявляются несколько иные закономерности. Во-первых, фактическое распределение генотипов высоко и достоверно отличается от среднемирового набора (X? * 69,72 при df -1). Во-вторых, фактическое распределение генотипов статистически достоверно отличается от ожидаемого при их одинаковой селекционной ценности и прежде всего за счет фактического снижения доли тройкой доминантной гомозиготы и воз;астания гомозиготного генотипа Vrn2-Yrnj 0Х?»И,37 при df-6). Первое из указанных отличий может свидетельствовать в пользу предположения, что селекционеры Мексики при подборе пар дал скрещивания отдают предпочтение определенным генотипам по Vm 1-3 лонусам по сравнению с имеющимися в мировом наборе. Второе же отличие может указывать на предпочтительный отбор из гибридных комбинаций определенных по Vrn 1-з генотипов. Поскольку вследствие незнания генотипов по локусам Vrn 1-3 вовлекаемых в скрещивание сортов отбор осуществляло;, по комплексу различу ных гоаяйственно ценных признаков» то такое предпочтение одних генотипов другим может свидетельствовать о неодинаковой рол« различных аллелей локусов Vm -1-3 в контроле не только различий по скоч-рости развития но и по степени развития тех иди иных хозяйственно ценных признаков.

При сравнивании конкретных частот генотипов Австралии и Мексики можно с уверенностью утверждать, что в австралийском наборе достоверно больше встречается сортов гомозиготного генотипа Vrn1-Vrn2. Зато в последнем явное преимущество получили монотонно доминантные генотипы с Vm 1 и Vrn 3 генами, а также дигенно доминантные с локусом .Vrn з. Та ..км образом, здесь выявляется очевидное селекционное преимущество яровых сортов у которых присутствует доминантный аллель локуса Vra 3.

Другие редко встречающиеся гены ярового типа развития. Помимо наиболее распространенных у мягкой пшеницы генов Vra 1-3 в литературе имеются сообщения о существовании иных генов Vrn неаллель-ных названым. В ряде работ утверждается о присутствии доминантного гена Vrn а (iiigsley А. Т. 1971,1972; Gotob т. 1983) и гена Vrn5

у замешенной линии Chinese Spring 6/7 Норе (Гончаров К.П., Ригян Б.В. 1989). Единственным источником последнего считали сорт Норе, ябляошийся прямым потомком гибрида мягкой пшеницы с T.diooooum. Нами предпринята попытка определения Yrn генотипа линии Triple Dirk (№ интродукции 49I3I7) предоставленной в каше распоряжение докторм биологических наук Мережко А.Ф. (ВИР).

Анализ растепления Fg по типу развития от скрещивания линии Triple Dirk с тестерами показал незллельность его доминантного гена ярового типа развития и аналогичных генов у использова»даых тестеров. Так, расщепление по типу развития Pg тесткроссов от скрещивания указанной линии с полными рецессивами (озими? сорта: Скороспелка 36, Безостая I и линия ТД С) достоверно соответствовало отношение 3:1. Расщепление же по типу развития от скрещивания изучаемой линии с источниками доминантных генов Vrr. 1, Vrn 2 и Vrn 3 достоверно соответствовало отношению 15:1. Поэтому вполне обоснованным может быть утверждение о присутствии у данной линии доминантного аллеля локуса Vrn 4, хотя у ранее полученной от а. Т.Pugs-ley аналогичной линии выявлено присутствие двух доминантных генов Vm 1 и Vrn 2 (Стельмах А.Ф. и Авсенин В.И. IS83).

Анализ расщепления Рг, по типу развития от скрещивания ярозого сорта Норе с тестерами-носителями определенных генов Vrn позволил заключить, что яровой тип его развития определяется присутствием двух доминантных генов Vrn 1 и Vm 2 одновременно. Расщепление от скрещивания сорта Лоре с реиессивами показало отношение 15:1, указывающее на дагенный контроль его ярового типа развития. Расщепление Р5 по типу развития от скрещивания сорта Коре с тестерами-носктеляш доминантных генов Vrn 3 и Vrn 4 достоверно соответствовало 63:1. В то время как у тесткроссов сорта Норе с носителями доминантных генов Vrn 1 и Yrn 2 расщепление по типу развития вообще отсутствовало.

Вывод о том, что яровой тип развития сорта Норе огтределяется присутствием двух доминантных генов Vrn 1 и Vrn 2 одновременно, подтверждается' гибридологическим анализом 62 яроЕых дикий полученных на осноае гибридной комбинации (ibpe х ТД CK Из них 34 и 22 линии оказались моногенко доминантными только по Vrn 1 или Yrn 2 (соответственно) и шесть линий, как и сам сорт Норе илел два указанных вше гена .одновременно.

Создание озимых фору мягтой паенкцы при гибридизации яровых сортов. Возможность получения озимых растений пшеницы после скрещиза-

«

ния двух яровых сортов давно отмечалась в научной литературе. Так, Н.Н.НИвоп ЕК1е еще в двадцатые годы (Ходьков Л.Б. 1941) в ?£, пс лученного от скрещивания двух яровых сортов, обнаружил озимые выще пенцы. Т.Я.Зарубайло (1958,1963), М.П.Аладова (1960), Р.М,Карамше (1967), В.И. Свинаре в (1958) в своп очередь обнаруживают в ори скрещивании яровых сортов озимые растения. Однако, несмотря на у кг занныб факты вопрос о генетической природа.- данного явления остава; ся открытый. По мне ни» Н.И.Вавилова и Е. С „Кузнецовой (Дегшн Т.К. 1960), а также Т.К.Депива (1960), выявленкз озимых генотипов при с> рещивании двух яровых форм объясняется тем, что озимый тип развит» определяется несколькими парами рецвссив!^ факторов, присутствующих и у яровых пшениц, но не проявляющихс я вследствие наличия у пс следных доминантных факторов. И только выщепление в Р^ гоцозиготш по всем рецессивным факторам генотипов приводит их к озимому фенотипу.

Иного взгляда на указанное явление придерживались некоторые другие исследователи, получавшие озимые формы из яровых путем тра1 сфоршции (переделки) ярового типа развития а озимый. Лоложителыв эффект достигался подзимним посевом яровой мягкой пшеницы, при эт< "осенние условия воспитания расшатывали консерватизм наеледствеюн сти" и позволяли ухе на второй год формировать новый тип развития, свойственный озимым (Енчев Я. 1957; Лысенко Т.Д. 1958» ХитринскиЯ В.«. 1958} Райки Ш. 1963; Ремесло В.Н. 1962,1963 и др.), В свое в] мя была дана всесторонняя «ритичесиая оценка этих исследований (Л< беде в Д. Б. 1956; Скрипчинский В. В. 1957; Свинарев В.И. 1958; Вере; кин ¿.И. 1967,1968; Агаев М.Г. 1969; Синневич А.И. и Сулида Ю.Г. 1980 и др.) выражающаяся в том, что "превращение яровых форм в оз! мые", является результатом естественной гибридизации и появления мутаций, вызванных несвойственными условиями произрастания, при п следующем отборе, а не результатом адекватных юс изменений.

Создание озимьсс форм путем скрещивания яровых сортов, обладав' тих неадледьными доминантными генами Угп 1 -ъ. йакты выизепления некоторых комбинациях при гибридологическом анализе озимых расте: позволил сделать предположение о возможности целенаправленного по лучения рецессивных (озимых) генотипов при скрещивании специально подобранных по Ута генотипу яровых сортов. Это предположение осн вако на известных из учебников генетики фактах вшцешшкия рецесси ьов при скрещивании тша ААвв х ааВВ. А также появлении трансгрес сившх форм (озимых) при скрещивании яровых сортов (Свинарев В .И.

1958), яровость которых определяется нескольким доминантными полимерными гэнами (Гуляев Г.В. 19В4).

Так, при скрещивании двух яровых сортов, яровость которых контролируется доминантными аллелями различных (неаллельных) генов, в 1?2 возможно выщепление рецессязных форм. Причем, численное их соотношение будет зависеть от количества доминантных генов, по которым различались скрещиваемые родительские формы. В обобщенном виде приведенные рассуждения представлены в таблица 5, где отмечены все во-

Таблица 5

Вероятность выщепдения озишх растений е 9? лри скрещивания яровых сортов с различными по Ут 1-з ^генотипами

Генотип ! II ! ! 11 1 22 | 33 ] 1122 | 1133 I 2233 ¡112233

II 0 1/16 1/16 0 0 1/64 0

22 1/16 0 1/16 0 1/64 0 0

33 1/16 1/16 0 1/64 0 0 0

И22 0 0 1/64 0 0 0 0

1133 0 1/64 0 0 0 0 0

2233 1/64 0 0 0 0 0 0

112233 0 0 0 0 0 0 0

зможные комбинации простых парных скрещиваний яровых гомозиготных генотипов, у которых в не ожидается выщеплення озимых форм (0), а такае комбинации с расчетной вероятность» их выщеплення (от 1/16 и до 1/64) > при условии трехгенного генетического контроля различий по яровому типу развития.

Для подтверждения изложенных предпосылок, нами на основании результатов гибридологического анализа ряда сортов яровой мягкой пшеницы отобраны для скрещивания шесть образцов различиях теоретически возможных Тгп генотипов (крокв тройной доминантной гомозиготы). Полутени» данные анализа расщепления по *ИПУ развития полностью подтвердили ваша приведенное предположение (табл.6). Абсолютно во всех гибридных комбинациях выявлено расщэпление по типу развития; для комбинаций с участком двух моноганно доминантных сортов в отно-шэгнп! 15:1, для комбинаций в которых скрещивались дигенно доминантные сорта с моногонно доминантными - 53:1. Выявлении« озимые растения были выкопаны, высажены в вегетационные сосуды и после 45 суток яровизации при температуре +3, +4°С выращивали в оранжерее фитотрона. Принадлежность полученного материала к озимому генотипу осуществля-

Таблица 6

Расшепленне по типу развития в Р? от скрещивания яровых сортов мягкой пшеницы с неаллельннми Уга 1-з генотипами

-- , , ..... ,

номера до-| растений Р? |

¡ыинантных ,- 'отношение

¡аллелей у ;яровых:озимых, тношение (родителей | |

Название гибридной комбинации

Protor x Goudveid II X 22 227:19 15:1

Фонтан x Mexique 120 И - 104: 8 - - -

Goudveid x Saitana 27 22 x II 206:20 ^ N

Nor in 29 x Бэаенчукская 128 - 357:27 П mm

Ariane 8 x Norin 61 II X 33 232:21 <_ И Mt

Saitana 27 x Jupateco73 ^ И 65: 5 - " -

Jupatpco 73 x Protor 33 x II 22: 3 e и e

Bonea 55 x Protor n - 65: 5

Goudveid x Norin 61 22 x 33 138:15

Tama x Norin 29 33 x 22 289:19 _ и M

Quadrat x Santa Catalina 1122 x 33 283: 6 63:1

Эритроспермум 841 ж Timgalen 1133 x 22 177: 5

Kentann. 46 х Фонтан 2233 x II 311: 8 — * —

лась путем весеннего посева части их семенного потомства. Все полученные потомства без яровизации не выколосились, тем самым подтвердив их озимую природу.

На выше приведенный способ автору данной работы, совместно со Стельмахом А.Ф. в 1986 г. выдано авторское свидетельство № 1340676.

Создание озимых форм путем скрещивания яровых сортов, обладавших аллельнымк доминантными генами Угп 1-3. Из ранее приведенной таблицы 5 видно, что в большинстве случаев возможных гибридных комбинаций между двумя яровыми генотипам* в р£ невозможно получение озимых растений. Так, из 49 теоретически возможных реципрокных комбинаций простых гибридов между яровыми сортами в 37 (75,5 %) не будет наблюдаться в Р2 расщепление по типу развития. Таким образом, для получения озимых растений теряется значительная часть гибридов, яровых сортов и селекционных линий, возможно обладающих уникальными хозяйственно-биологическими свойствами. В связи с этими причинами нами усовершенствован выше описанный способ, позголяжший полностью использовать имеющийся генофонд яровых форм. При этом есть возможность получения озимых потомков при скрещивании яровых генотипов об-

ладающих одним или несколькими общими (аллельныш) доминантными генами Yrn.

Суть способа заключается в необходимости дополнительного этапа скрещивания полученных гибридов Pj с яровыми сортами, если яровость их определяется доминантными локусами, которые у Pj были в рецессивном и/или гетерозиготном состоянии. При соблюдении указанного требования к Vrn генотип;, избираемого для второго этапа скрещивания ярового родителя все или же часть (1/2 или 1/4) потомков такого Pj j (условно обозначенного) поколения окажется носителями рецессивных аллелей (хотя бы в гетерозиготном состоянм) по всем Vm локусам. В результате при самоопылении в Pj g поколения таких растений с соответствующей вероятностью ожидается выщепление озимых генотипов.

Для подтверждения выше сказанного по каталогу (Стельмах А.Ф. и Авсенин В.И. 1985) отобраны семь яровых сортов, принадлежащих к семи возможным яровым генотипам по локусам системы генов Yrn 1-3: Фонтан - Vrn 1, BXeclsol - Yrn 2, Santa Catalina - Vrn 3, Quadrat -Vrn 12, Эритроспермум 841 - Vrn 13, Ken tana HQ - Vrn 23 И линия Triple Dirk - Vrn 123- При скрещивании для получения Fj использовали только сорта, в генотипе которых присутствовали один или дез аллеяьных доминантных гена Vrn. В результате было получено Pj 15 теоретически возможных гибридных комбинаций (без трех обратных) б генотипе которых присутствовали один или два дошлантнкх гена ь гомозиготном состоянии или se один или два доминантных гена Vrn в гетерозиготном состоянии (112, II223» 1123). Для получения в последующих поколениях озимых вьпцепенцев такие Pj скрестили на втором этапе с сортами, яровость которых определялась доминантными локуса-wf которые у Pj были в рецессивном и/илк гетерозиготном сосиянии. Генотип Pj - 112 скрестили с сортом Biedaol (Vrn 2), генотип Pj ~ II223 Скрестили С сортом Santa Catalina (Vrn 3) и генотип Pj -1123 скрестили с сортом Kentana 43 (Vrn 23). В результате у полу-тнного Pj j » как минимум, половина потомств (два генотипических класса да и тригетерозигот) i следующем самоопыляющемся поколении (Pj^2.) с определенной частотой выщепится определенная часть озимых растений.

Анализ расщепления Рт о по типу развития у 30 гибридных комбинаций, последовательно скрещенных трех яровых сортов определенного Vm генотипа, полностью подтвердил теоретически ожидаемые расчеты. Во всех гибридных комбинациях выявленное фактическое отнесение рас-

щвпл:яия. достоверно соответствовало теоретически ожидаемому. Кроме того, соотношение семей по двум генотипическим классам гетерозигот также соответствовало теоретически ожидаемому.

Обобщая результате исследований по получению озимых растений при скрещивании яровых сортов предложена универсальная схема скрещиваний всех теоретически возможных по локусам Vm 1-3 генотипов при помощи которой можно прогнозировать:

1) Генотипы яровых сортов, избираемых для второго этапа скрещиваний с Pj поколением, в результате которого в Pj g у указанной части генотипов с определенной частотой вышепляются озимые растения.

2) Генотипы исходно скрещиваемых родительских форм, которые в Pg выщепляют озимые растения и их частоту.

3) Генотипы яровых сортов для заключительного скрещивания с Pj.j. (полученным при скрещивании 112233 х 112233 с любым яровым сортом кроме II2233 генотипа), в результате которого у указанной доли генотипов с определенной частотой выщепляются озимые растения.

На вше приведенное усовершенствование способа получения озимых форм автору данной работы совместно со Стельмахом А.5. выдано авторское свидетельство 1* I58I24Q.

Интрогрессия доминантных генов Угп в мягкую пшеницу. Существующее разнообразие мягких шениц по генетической системе контроля ярового типа развития определяется, в основном, комбинациями двух аллелей по трем генам Vrn 1, Vro 2 и vrn. 3. Проведенный к настоящему времени гибридологический анализ около 1000 сортов не обнаружил генотипов с неаллельными существующим Vrn генами (Ригин Б.В. и др. 1965; Стельмах А.Ф. и др. 1987). Выявленные иные неаллельные им гены: Vrn 4 (линия Triple Dirk F) и vrn 5 (линия с межсортовым . замещением Chinese Spring/Hope) присутствовали только у единичных источников. Биологическая и хозяйственная важность указанных локу-сов Vm не ограничивается их прямыми эффектами на скорость развития вследствие различий по уровню яровизационной отзывчивости. Установленные факты различий их генетических эффектов по адаптивным реакциям (Стельмах А.Ф. 1980$ Воронин А.Н. и Стельмах А.Ф. 1985) и по уровня развития элементов структуры урожая и конечной продуктивности (Воронин А.Н, и Стельмах А.Ф. 1985) выдвигают задачу необходимости расширения генетического разнообразия по указанной системе с целью поиска генов, обладающих уникальной ценностью по конкретным признакам хотя бы для отдельных зон. И одним из путей такого расширения генетического разнообразия может быть интрогрессия в геном мя-

гкой пшеницы аналогичных локусов родственных видов и родов путем отдаленной гибридизации.

В качестве доноров генов контролирующих яровой тил развития, использовали яровые образцы тритикале, некоторых других видов пшениц и рожь. В результате насыщавших скрещиваний и отбора яровых потомков со ДО05& завязываемостыо при самоопылении, удалось создать яровые линии типичной мягкой пшеницы являющиеся носителями чужеродных доминантных генов ярового образа жизни. Гибридологический анализ генотипа по генам Та показал, в основном, моногенно доминантную природу контроля их ярового типа развития (табл.7) преимущественно с

Таблица 7

Количество линий мягкой пшеницы у которых интрогрессиро-ванный ген ярового типа развития аллелен/неаллелен имеющимся

~ !„„,„„„„ 1 линий с геном аллельным

источник гена vm !линий ! ! I Vrn 1 | Vm 2 { Vm 3 J Vm X

Тритикале 79 63 10 6 • —

T.durtra 67 67 2 3 -

T. sphaeroooooum 8 2 - - 6

T. coopaotiim 4 4 - - -

T»dioooowm 8 7 - I -

S. cereale 153 90 3 22 38

Всего

319

233

13

29

44

Vm X - Vra 6So, Vrn 7So, Vrn 8Ts

дозяппктши геном аллельным Vm 1. Кроме линий с аллельныш Vm 2 'л Vrn 3 генами выявлены линии яровость которых определялась иными доминантными генами, неаллеяьныыи имеющимся з настоящее время у мягкой пшеницы (источники гена Тгп рожь и T.ephaeroooocum). Генетический анализ генотипа линий с неидентифяцированными генами Vrn позволил выявить три группы линий гены Vm которых были также не-аллельш и друг другу. Учитывая сведения о возможном существовании Vrn 5, они наш обозначены Vrn 6So, Vrn 7Sa (источник генов Secale céréale) и Vrn 8Тэ (источник гена T.sphaerococoum).

Таким образом, доказана возможность расширения генетического разнообразия по системе генов Vrn путем кктрогрессия генов ярового типа развития близких родов и видов Triticeae в геном мягкой пшеницы при отдаленной гибридизации.

выводы

1. Среди сортов яровой мягкой пшеницы из Австралии и Мексики обнаружены достоверные различия по частотам доминантных аллелей и конкретных генотипов системы генов Vrn, что может иметь важное значение для селекционных целей. Яровость сортов Австралии определяется преимущественно доминантными vm 1 и Тш 2 аллелями» главным образом в дигенно гомозиготном состоянии. В мексиканском наборе сортов существенно выше частота доминантного аллеля ч ж 3 и среди них встречаются практически все возможные комбинации Vrn 1-3 генотипов.

2. В генотипе ярового сорта Норе отсутствует доминантный аллель Vrn 5 и его генотип соответствует гомозиготе по генам Vm1 Vrn2-vrn3 vrn4.

3. Яровость линии Triplo Dirk (№ интродукции ВИР 49I3I7) контролируется доминантной гомозиготой по локусу Vrn д.

4. Разработаны и усовершенствованы способы получения озимых форм мягкой пшеницы;

- при гибридизации яровых генотипов с неаллельным контролем яровости в выщеплястся с вероятностью 6,25 или 1,56 % типично озимые генотипы (Авторское свидетельство № 1340676);

- для получения озимых форм из комбинаций скрещиваний с одним или двумя общими генами яровости, необходим дополнительный этап скрещиваний с рецессивной гомозиготой или гетерозиготой по этим генам (Авторское свидетельство № 1581240).

5. Путем отдаленной гибридизации, без использования системы генов 5В хромосомы и методов культуры in vitro проведена иитрогрес-сия в геном озимой мягкой пшеницы доминантных генов ярового типа развития твердой и других видов пшениц, тритикале и ржи, а также получены гомозиготные интрогрессивнае линии;

- у 44 линий выявлены гены яровости, которые оказались неаллель-ными по отношению к известным локусам Vrn-,

- новые выявленные гены ярового типа развития распределились в трех неаллельных друг другу группах и обозначены символами Vrn 6w0 И Vm 7So (от ржи S.oereale) И Vrn 8Тз (от Т.sphaerococcum).

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Расширить использование в селекционных программах по яровой мягкой пшенице доноров доминантного гена Vrn 3, как имеющего специфическую ценность для зон с высокой температурой, складывающейся

в период налива зерна.

2. Для создания принципиально нового исходного материала по озимой пшенице использовать разработанные и модифицированные способы получения озимых форм путем скрещивания специально подобранных по системе генов Vrn генотипов яровых сортов или перспективных селекционных линий.

3. С целью расширения генетического разнообразия мягкой пшеницы по локусам Vrn и другим генетическим системам, влияющих на скорость развития, использовать методы интрогрессяи аналогичных генов родственных видов и родов.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЯВДУВДЕ РАБОТЫ

1. Стельмах А.®., Авсенин В,И. Существует ли ген Vrn 4? //Научно-технический бюллетень ВСГИ.- Одесса. - 1983. - М(47).- С.43-48.

2. Стельмах A.S., Авсенин В.И.» Кучеров В.А., Воронин А.Н. Адаптивная роль генетических различий по скорости развития мягких пшениц// Тезисы докладов II Всесоюзной конференции: "Экологическая генетика растений и животных". - Кишинев: Штиинца* - 1984. - С.58.

3. Стельмах А.Ф., Авсенин В.И. Распространение аллелей и генотипов по локусам Vrn 1-3 мягкой пшеницы// Научно-технический билле-тень ВСГИ. - Одесса. - 19£1„ - №4(54). - C.I6-2I.

4. Стельмах А»®.„ Авсанкн В.И. Каталог сортов яровой пшзницы г--> генотипам системы ло/.усов Vrn (чувствительность н яровизация). Издание второе» дополненное» - Одесса. - 1985. - 72с.

5. Стельмах А.З., Авсенин В.И. Закономерности распространения алл-злей а генотипов по локусам Vrn 1-3 мягкой пшеницы// Тезисы док ладов У съезда УОГИС. - Умань. - 1986. •» 3. - C.S8-39.

6. Стельмах А.Ф. , Авсенин В.И. Способ получения озимых форм мягкой пшеница из яровых// Авторское свидетельство № 1340676. - 1966.

7» Стельках ААвсенин В.И. Способ получения озимых форм мягкой пшеницы при гибридизации только яровых// Сборник: Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов. - Рига. -1987.

- С Л39-140.

8. Авсенин В.И.» Стельшх А.®. Интрогресснч доминантных аллелей чужеродных локусов Vra в мягкую Пшеницу/'/ Тезисы докладов III Всесоюзной конференции:"Экологическая генетика растений и животных".

- КиЕшнев: Штиинца. - 1987. - С.232.

9. Авсенин В.И. Интрогрессия в мягкую пшеницу доминантных аллелей ггп от родственных видов и родов// Тезисы докладов У съезда ВОГИС им. Н.И.Вавилова. - 1987. Ы. - 4. - часть I. - С.7-8.

10. Стельмах А.Ф., Авсенин В.И., Кучеров В.А., Воронин А.Н. Изучение роли генетических систем Vrn и Ppd у мягкой пшеницы// Сборник: "Вопросы генетики и селекции зерновых культур". - КОД СЭВ. Одесса СССР. - Н»1ИР Прага-Руэине (Чсср).- 1907.- вып.З. - С. 125-132.

11. Стельмах А.Ф., Авсенин В.И., Воронин А.Н. Каталог сортов яровой мягкой пшеницы по генотипам системы локусов Vrn (чувствительность к яровизации).Издание III дополненное,- вСГМ,- Одесса,-1987.110с

12. Авсенин В.И. Методика получения озимых форм мягкой пшеницы путем скрещивания только яровых сортов// Прикладные аспекты генетики, цитологии и биотехнологии с.-х. растений. - Сборник научных трудов, - Одесса. - 1988. - С.21-30.

13. Авсенин В.И., Воронин А.Н., Стельмах А.Ф., Файт В.И. Выявление неаллельного Vrn 1-3 доминантного гена ингибитора отзывчивости на яровизаци// Нау^ло-технический бюллетень ВСГМ. - Одесса. - 1988.

- №3 (69). - С.17-20.

. 14. Авсзнин В.И., Стельмах А.Ф. Генетический контроль типа развития ярового сорта Норе // Тезисы докладов конференции: "Частная генетика растений". - Киев. - I9S9. - I. - С.З.

15. Авсенин В.И., Стельмах А.Ф. Генотипы чужеродно интрогрессиро-вандах по Vrn локусам линий мягкой пшеницы// Тезисы докладов Всесоюзной конференции: "Онтогенетика высших растений". Кишинев: Штиинца.

- 1989. - С.5-6.

16. Стельмах А.Ф., Авсенин В.И. Способ получения озимых форм мягкой пшеницы из яровых// Авторское свидетельство № I58I240. - 1990,

17. Стельмах А.Ф., Авсенин В.И. Генотипы чужеродно интрогрессиро-ванных линий мягкой пшеницы по системе генов Vrn // Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции: "Экологическая генетика растений, животных, человека". - Кишинев: Штиинца. - 1991. - С.185-186.

18. Stelmakh A.F., Avsyenin V.l. Introgression of alien Vm looi into bread wheat// EWAC Newsletters Prco. EWAO eonf. 1987- r b'arton-

vasar. - 1937. - C.5f-59.