Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реконструкция кариотина гексаплоидных тритикале путем межгеномных замещений хромосом

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Реконструкция кариотина гексаплоидных тритикале путем межгеномных замещений хромосом"

ГЯ ОЛ

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

На правах рукописи

УЖ. 533.11+633.14]:631.527.5

ДШКОВА Галина Клздгзировна

РЕКОНСТРУКЦИЯ КАРКОТИНА ГЕКСАШЮВДЯЫХ ТРИТИКАЛЕ

ПУТЕЙ ЫЕЖГЕНОЯШХ ЗАНЕЩЕИй ХРОНОСК1

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учз::ой степени кандидата биологических наук

Минск - 1996

Работа выполнена в Институте генетики и цитологии Академии Наук Беларуси

Научный руководитель: кандидат биологических наук

Н. И. Дубовец

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Л. Н. Каминская

кандидат биологических наук В. С. Анохина

Оппонирующая организация:

Всероссийский научно-исследовательский институт

растениеводства им. Н.И. Вавилова

ч

О/Ч*

Защита состоится 1

марта 1996 г. в 14 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискшше ученой степени' доктора биологических наук Д.01.31.01 б Институте генетики и цитологии Академии наук Беларуси по адресу: 220 072, г. Минск, ул. Ско-рины, 27.

С диссертацией можно ознакошться. в Центральной научной библиотеке им. Я. Коласа Академии наук Беларуси

Автореферат разослан '26" февраля 1996 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций кандидат биологических наук

Лобанок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из важных проблем современной цитогенетики растений является выяснение закономерностей эволюционных и экспериментальных преобразований геномов полиплоидных видов высших растений. В последнем случае речь идет о разработке методов программного манипулирования геномами или отдельными хромосомами с целью передачи генетической информации от одного вида или даже рода к другому, то есть методов хромосомной инженерии. Одним из наиболее перспективных способов реконструкции генетической основы зерновых культур является метод межгеномного замещения хромосом. Относительно гексаплоидных тритикале наиболее обещающими представляются попытки йнтрогрессии в их кариотип хромосом D-генома пшеницы, способствующего улучшению хлебопекарных качеств зерна. Однако, использование для этой цели 'традиционных методов (получение D(R)-замещений) ведет к уменьшению доли генома рам. что нежелательно по ряду причин, особенно в случае озимых типов. Преодолеть этот отрицательный момент можно вовлекая в процесс замещения хромосомы А- и В-геномов пшеницы. Сведения о таких замещениях весьма ограничены, что объясняется отсутствием достаточно надежного способа их получения. Между тем существует вполне реальная возможность получения таких замещений с помощью тетрапло-идных тритикале. Этот метод был предложен Krolow еще в 1973 году [Krolow, 1973], однако до недавнего времени не находил широкого применения вследствие очень узкого круга исследователей, располагающих линиями тетраплоидных тритикале, а также проблем, связанных с хромосомным анализом получаемых замещенных форм.

Созданный в лаборатории цитогенетики растений ИГиЦ АНБ разнообразный- в генетическом отношении материал тетраплоидных тритикале. а также освоенный вариант С-метода дифференциальной окраски хромосом, обладающий высокой разрешающей способностью и универсальностью, позволил начать работу по реконструкции пшеничной части гексаплоидных тритикале путем создания замещений отдельных хромосом А- и В-геномов хромосомами &-генома с сохранением полного набора хромосом ржи.

Связь работы с крупными, научными программам а т&ш. Диссертационная работа выполнялась в рамках Республтайясйой научно-исследовательской программы " Прощжташность растений * ( I госрегистрации. 01910012547).

- 2 - .

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы было исследование возможностей реконструкции кариотипа бх-тритикале путем межгеномных замещений хромосом, цитогенетическое изучение замещенных форм и оценка некоторых технологических качеств их зерна.

В соответствии с поставленной целью выполнялись следующие задачи:

- Путем гибридизации октоплоидных тритикале с тетрашшдными осуществить интрогрессию хромосом D- генома в гексаплоидные формы при условии сохранения полного генома ржи. Оценить эффективность использованного, метода реконструкции кариотипа бх - тритикале.

- Исследовать процесс фиксации различных типов замещений хромосом и выявить возможные его закономерности.

- Оценить функциональную активность отдельных хромосом D-re-нома в новой для них генотипической среде.

- Изучить морфобиологические особенности замещенных форм гексаплоидных тритикале.

- Провести анализ некоторых технологических качеств зерна замещенных Форм для выявления возможных положительных эффектов интрогрессии хромосом D-генома на хлебопекарные свойства культуры и выявления, их селекционного потенциала.

Научная новизна полученных результатов. Впервые в рамках отечественных научно- исследовательских программ осуществлена реконструкция кариотипа гексаплоидных тритикале и получены формы с широким спектром D(A)- и D(B)- замещений хромосом.

В ходе исследований впервые использованы родительские компоненты (тетраплоидные тритикале) с предварительно изученным хромосомным составом, что дало возможность прогнозировать появление различных типов замещений и сравнить полученные результаты с теоретически ожидаемыми. В итоге установлено, что процесс фиксации замещений носит неслучайный характер и выявлены факторы, оказывающие на него влияние.

Практическая и теоретическая значимость полученных результатов. Полученные данные являются существенным вкладом в разработку практических и теоретических аспектов проблемы экспериментального преобразования генетического аппарата растений методами хромосомной инженерии.

В ходе изучения полученных замещенных линий . гексаплоидных тритикале по биохимическим и хлебопекарным показателям выделены ценные з этом отношении генотипы, которые представляют большой

интерес при создании новых сортов и форм с комплексом хозяйственно-полезных признаков.

Экономическая ценность полученных результатов. Работа относится к фундаментальным исследованиям, что не позволяет на данном этапе оценить экономическую значимость полученных результатов. Однако, учитывая значимость разрабатываемой проблемы, ее новизну и оригинальность полученных результатов, можно ожидать, что они будут с успехом использованы в ряде генетико - селекционных программ.

Основные пояснения дяссерта!™н, внноснччч на защиту.

- Гибридизация октоплоидных пшенично-ржаных амфидиплоидов с тетраплоидными является эффективным методом реконструкции карио-типа гексаплоидных тритикале.' позволяющим осуществлять интрогрес-сию в эти формы хромосом Б-генома пшеницы сохраняя интактным геном ржи. •

- В ходе создания 0{А)- и В (В)- замещений частота их встречаемости в кариотипе гексаплоидных форм существенным образом отличается от ожидаемой, что свидетельствует о неслучайном характере этого процесса.

- На процесс фиксации различных типов замещений хромосом существенное влияние оказывает генотипическая' среда растений, то есть характер генных взаимодействий, складывающийся в гибридном организме.

- В различной генотипической среде и в разных экологических условиях отбор благоприятствует интрогрессии разных хромосом Б -генома, а интрогрессия одних и тех же хромосом может иметь различные фенотипические и генетические эффекты.

- Интрогрессия хромосом Б-генома в гексаплоидные тритикале способствует улучшении отдельных технологических качеств зерна этой культуры.

Личный вклад соискателя. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены непосредственно автором работа в лаборатории цитогенетики растений Института генетики и цитологии АНБ в группе " Хромосомная инженерия растений". В проведении полевых экспериментов и учете основных показателей элементов продуктивности растений принимали участие м.н.с. Л.А. Соловей и м. н. с. Т. И. Штык. Выражаю искреннюю признательность и благодарность бывшему заведующему лабораторией цитогенетики растений, член-корр. АНБ В. Е. Борцотову за эффективное содейста© в выполнении работы.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах лаборатории цитогенетики растений Института генетики и цитологии АНБ ( Минск. 1989 - 1995). на У1-ом съезде БелО-ГиС (Горки, 1992). 1У-ом съезде общества генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова (Минск, 1992), Ш-ем Международном симпозиуме по тритикале (Португалия, Лиссабон. 1994). 1-ом съезде В0-ГиС (Саратов. 1994) и Республиканской конференции "Современные проблемы генетики и селекции" (Минск, 1995).

Опубликованность результатов. Результаты диссертации опубликованы в 4 статьях, 6 тезисах международных, всесоюзных и республиканских научных форумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы (1 глава), описания методов исследования (2 глава), результатов исследования и их обсуждения (3 глава), выводов, списка использованной литературы. включающего 186 источников, их которых 121 на иностранных языках. В работе имеется 30 рисунков и 8 таблиц. Диссертация изложена на 112 листах машинописного текста.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом для исследования послужили замещенные формы гек-саплоидных тритикале, полученные путем гибридизации яровых октоп-лоидов 25АД20, ПРАД 20 и ПРАО 1 и четырех популяций тетраплоидных тритикале: ПРАТ12. ПРАТ.16. ПРАТ69, ПРАТ72. Последние были созданы в нашей лаборатории в результате гибридизации гексаплоидных тритикале с диплоидной аллоплазматической рожью [Бормотов и др., 1985]. Помимо тетраплоидных тритикале нашей селекции к участию в скрещиваниях была привлечена также 4х-форма ПРАТ 21 селекции Дагестанской опытной станции ВИР, любезно предоставленная нам Кур-киевым У.К.

Хромосомный анализ проводился путем дифференциального окрашивания хромосом по методике, разработанной в Институте молекулярной биологии РАН [Бадаев и др., 1983].

Электрофоретический анализ белков спирторастворимой фракции зерна гексаплоидных тритикале выполнен в ВИР им. Н. И. Вавилова по методу, разработанному в отделе молекулярной биологии [Идентификация сортов пшеницы и ячменя методом электрофореза. 1985]. Общее содержание белка определяли методом Кьельдаля [Паушева. 1988], а количество и качество клейковины - методом седиментации

(набухаемости ) муки в уксусной кислоте [Методические рекомендации по оценке качества зерна, 1977].

Статистическая обработка экспериментальных данных была выполнена на компьютере IBM PC/AT - 386 DX с использованием статистического пакета программ RISH0N для обработки селекционно - генетической информации, разработанного в Институте генетики и цитологии АН Беларуси.

основное содержание

Хромосомный анализ роздтельскш: кежонентоз скрекртеаняя

Октоплоидные тритикале. Анализ кариотипов октоплоидннх тритикале 25АД20, ПРАД 20 и ПРАО 1 показал, что все хромосомы этих форм имеют четкий воспроизводимый рисунок С-исчерченности, позволяющий относительно легко их идентифицировать. Случаев яркого полиморфизма по рисунку дифференциальной окраски и структурных изменений хромосом обнаружено не было.

Тетраплоидные тритикале. У тетраформ пшеничный компонент кариотипа составлен различными сочетаниями хромосом А- и В- гено-' мов. Всего в исследованном материале обнаружено 36 вариантов таких сочетаний. Наибольшее количество вариантов кариотипа - 17 -отмечено в популяции формы ПРАТ 72. У ПРАТ 12 выявлено 16, а у ПРАТ 16 и ПРАТ 69-12 вариантов. Различия в хромосомном составе между вариантами обусловлены, таким образом, разными сочетаниями хромосом в 1. 2. 3 и 7-й гомеологичных группах, в то время как 4-я и 5-я группы содержат хромосомы только А-генома. В 6-й группе хромосомы В-генома отмечены лишь в пяти вариантах, причем в четырех случаях - в моносомном состоянии. Геном ржи у всех проанализированных, форм представлен полностью. Случаев замещений или перестроек между хромосомами ржи и пшеницы не выявлено.

Из 36 вариантов кариотипа лишь 11 являются сбалансированными, т.е. во всех гомеологичных группах содержат пары гомологов. В остальных вариантах от 1 до 3-х гомеологичных групп пшеничного компонента представлены гомеологами А- и В- геномов.

Наиболее несбалансированной по составу является 7-я гомеоло-гичная группа (в 10-ти вариантах кариотипа). затем в порядке убывания 2-я (9 вариантов). 1-я (7 вариантов). 3-я (5 вариантов) и 6-я (4 варианта).

. Таким образом, проведенный хромосомный анализ тетраялоидных

тритикале выявил в их кариотипах достаточно большое разнообразие сочетаний хромосом А- и B-геномов пшеницы, что, в свою очередь, позволило получить довольно широкий спектр межгеномных замещений в гибридном материале.

Гибридизация октоплоидных и тетраплоидных форм тритикале с целью создания замещений хромосом

Для создания D(A)- и D(B)- замещений хромосом у гексаплоидных тритикале проводились скрещивания октоплоидных тритикале, являющихся донорами хромосом D-генома, с тритикале тетраплоидного уровня.

Гибридные зерновки получены в 1990 г. по 14 комбинациям скрещивания, в 1991 г. - по 11-, в 1992 г. - по 10 и в 1993 г. также по 10 комбинациям (табл. 1).

Как видно из данных таблицы, завязываемость гибридных зерновок в различных комбинациях скрещивания колебалась в значительных пределах ( от минимальной - 1,1%, до максимальной 29.3%). Сравнение результатов гибридизации, полученных в различные годы, показало влияние на скрещиваемость как генетических компонентов гибридизации, так и условий выращивания. При этом следует отметить, что различные комбинации скрещивания характеризовались разной реакцией на изменение внешних условий.

Подсчет хромосомных чисел в гибридном материале F, обнаружил широкий спектр изменчивости по этому показателю.

Из 719 проанализированных растений 419 были 42-хромосомными (54,5%), в то время как у остальных отмечено от 28 до 56 хромосом. Подобная вариация хромосомных чисел может быть объяснена ци-тогенетической нестабильностью родительских форм, в особенности, материнского компонента.

Для целёй нашей работы интерес представляют лишь 42-х хромосомные растения, поскольку только они могут содержать полные гаплоидные наборы хромосом как октоплоидных. так и тетраплоидных родителей. Поэтому дальнейшая работа велась только с этим типом растений.

Анализ частоты и типов замещений хромосом в гибридах от скрещивания 8х х 4х тритикале

В этом разделе представлены результаты исследования хромосомного состава гибридных растений в пределах шести комбинаций

Таблица 1

Результаты гибридизации 8х- и 4х- тритйкалв (1990 - 1993 гг.)'

Комбинация скрещивания Количество опыленных цветков Количество эавяэаввихся зерен Завяэываекость %

1990 1991 1992 1993 1990 1991 1992 1993 1990 1991 1992 1993

25АД20 X ПРАТ12 542 718 908 65 50 98 12,0 7.0 10,8

25АД20 X ПРАТ16 74 76 396 2 3 10 2,7 з;э 2,5

25АД20 х ПРАТ21 1328 1046 366 1627 288 74 89 352 17,1 7,1 24,3 21,0

25АД20 х ПРАТ69 974 154 15,7

25АД20 X ПРАТ72 612 1248 312 432 92 99 47 89 15,0 7,9 15,0 20,6

ПРАД20 х ПРАТ12 252 572 628 312 15 26 97 34 5,9 4,5 15,4 10,9

ПРАД20 х ПРАТ16 736 456 17 125 2,3 27,4

ПРАЛ20 х ПРАТ21 622 1076 386 808 134 78 83 177 21,5 7.3 21,5 21.9

ПРАД20 х ПРАТ69 411 55 13,3

ПРАД20 х ПРАТ72 522 270 724 664 116 25 183 60 22,2 9,3 25,3 9,0

ПРА01 X ПРАТ12 400 290 942 1004 33 34 215 246 8,2 11,7 22,9 24,5

ПРА01 х ПРАТ16 206 92 516 16 1 102 7,7 1.1 19,7

ПРА01 х ПРАТ21 546 . 264 460 80 36 51 14,6 13,6 11,0

ПРА01 х ПРАТ69 705 64 « 9,0

ПРАО! х ПРАТ72 872 792 690 1624 89 83 202 269 10,2 10,5 29,3 16,6

средняя эавяэываекость 12,5 7,6 16,9 18,3

- 8 - ■

скрещивания, оказавшихся наиболее результативными в ходе гибридизации.

Из 45 проанализированных линий 9 оказались "чистыми" гексап-лоидами, у остальных отмечено включение от 1 до 5 хромосом Б-ге-нома на растение преимущественно в дисомном состоянии. При этом наибольшее количество замещений наблюдалось в комбинациях скрещивания, где в качестве опылителя использовалась тетраплоидная форма ПРАТ 72. Во всех линиях, представляющих собой потомства растений , отмечена гетерогенность хромосомного состава, то есть разные растения- содержали различные типы замещений хромосом. В то же время большинство линий комбинации 25АД20 х ПРАТ 21 (12 из 16-ти) характеризовались одновариантным стабильным кариотипом.

Из 165 42-хромосомных растений лишь 2 содержали неполный набор хромосом ржи: одно растение было нуллисомным по Ш-хромосоме и тетрасомным по 1В-хромосоме; другое содержало 50(5Ю-замещение. Кроме того в линиях 3065, 2836 и 2848 отмечено появление растений с телоцентрической 5ИЬ-хромосомой. присутствовавшей как в моно-сомном, так и в дисомном состоянии.

В группе анеуплоидов (кариотипировано 13 растений) преобладали растения с 40 и 41-ой хромосомой, причем у последних три были моносомными по хромосомам В-генома, а одно - по хромосоме И-генома.

Всего в проанализированном материале выявлено 12 из 14-ти возможных типов замещений хромосом. С наибольшей частотой встречались Ю(1А)- и 30(ЗА)-замещения (табл. 2). ЗБ(ЗВ)- и 40(4А)-замещения обнаружить.не удалось.

Использованный нами метод интрогрессии хромосом П-генома в гексаплоидные тритикале в принципе дает возможность получить замещения по всем семи гомеологичным группам, однако тип этих замещений в пределах каждой группы ( по А- или по В-геному) находится в прямой зависимости от хромосомного состава исходных тетраформ. Хромосомы Б-генома могут замещать лишь те хромосомы А- или В-ге-номов. которые отсутствуют в мужских гаметах тетраплоидных тритикале.

Таким образом, зная хромосомный состав исходных тетраформ. можно прогнозировать появление в гибридном материале тех или иных замещений хромосом. С этой точки зрения наибольший интерес представляют комбинации скрещивания, где в качестве опылителя использовалась форма ПРАТ 21, имеющая стабильный состав пшеничного компонента: ВАВВВАА.

В потомстве от скрещивания этой формы с октоплоидными тритикале следовало ожидать появления Ю(1А)-, 20(2В)-, ЗО(ЗА)-, 40(4А)50(5А)-, 6Р(6В)- и 70(7В)-замещений хромосом. Нам удалось выделить лишь 5. 40(4А)- и 70(7В)-замещения не обнаружены.

Следует отметить, что частота встречаемости выявленных типов замещений в гибридах от скрещивания формы ПРАТ 21. различна. С наибольшей частотой встречаются ЗО(ЗА)- (14 линий) и 6Б(6А)-заме-щения (13 линий). В 10 линиях отмечено 20(2В)-замещение, а в 9-ти -Ю( 1А). 50(5А)-замещение выявлено в гибридах лишь трех линий, причем как в дисомнон. так и в мсносомном состоянии (у 2-х линий).

Таблица 2

Частота Б-геномных замещений хромосом у гексаплоидных тритикале, наделенных из гибридов 8х- X 4х- тритикале

1 ..... —------ - 1 -д - замещения ----------------- Количество ■ "■ ■....... ""1 I Количество 1

1 ' линий I растений 1 |с замещениями 1

1 Ю( 1А) 18 1 57 |

1 Ю(1В) 2 1*5 I

1 ' 20(2А) 8 1 И !

1 2Б(2В) 13 1 49 I

1 . ЗО(ЗА) 18 1 64 I

I 30(ЗВ) - 1 - 1

I 4Б(4А) - 1 - 1

1 40(4В) 1 1 1 1

I 5д(5А) 3 1 5 I

I • 50(5В) 3 ! з |

I 50(5Е) 1 1 1 1

1 60(6А) 3 1 з 1

1 60(6В) 13 1 53 I

1 70(7А) 4 1 7 1

I 7й(7В) 1 1 1 1 1 1 1 ...... 1

В материале, полученном от скрещивания октоплоидов с популяциями тетраплоидных тритикале ожидалось появление 12-ти из 14-ти возможных типов замещений. Тем не менее нами не обнаружено ни* од-

- 10 - .

ного случая появления ЗВ(ЗВ)-замещения. 41)(4В)-замещение отмечено лишь у одного растения линии 3065, а 70 (7В)-замещение в моносом-ном состоянии у одного растения линии 1034. В то же время вызывает удивление факт появления в ряде линий 60{6А)-замещения, поскольку в популяциях 4х-тритикале растения с отсутствием бА-хромо-сомы встречаются крайне редко.

Таким образом, частота появления в гибридном материале отдельных типов Б(А)- и 0(В)- замещений хромосом существенным образом отличается от ожидаемой. Существуют различные точки зрения, объясняющие такую избирательность процесса фиксации отдельных типов замещений хромосом.

По мнению А. Шкаэгеиэк! [1987]., частота появления индивидуальных хромосом О-генома в гибридах 8х- х 4х-тритикале зависит от их компенсаторных способностей (чем они меньше, тем ниже частота встречаемости хромосом и наоборот). Нельзя не согласиться с данным утверждением, однако, по-видимому помимо компенсаторных способностей существуют иные факторы, накладывающие отпечаток на процесс фиксации замещений. В противном случае не поддается объяснению тот факт, что в материале нашей селекции в комбинации скрещивания 25АД20 х ПРАТ 21 отсутствует ожидаемое 5Б(5А)-замещение, в то время как замена материнского компонента скрещиваний на ПРАД 20 приводит к его появлению. Кроме того, в первой из этих двух комбинаций 60(6В)-замещение встречается с высокой частотой. а во второй оно отсутствует. Аналогичные наблюдения по другим комбинациям навели нас на мысль, что на процесс интрогрессии хромосом Б-генома в. гексаплоидные тритикале значительное влияние оказывает генотипическая среда растений, то есть характер генных взаимодействий, складывающийся в гибридном организме.

Этим можно объяснить также тот факт, что в материале ЬиКаэ-геизк1 е1 а1. [1987] интрогрессия ЗБ-хромосомы в гексаплоидные тритикале существенно снижала фертильность растений (на 1/3 от контроля), в то время как в нашем материале этого не наблюдалось. Вполне вероятно, что генотипическая среда оказывает влияние не только на частоту появления тех или иных замещений, но и на экспрессию генов О-хромосом.

В то же время генотипическую среду нельзя рассматривать в отрыве от внешних условий. По мнению Н.И. Дубовец [1987] при формировании кариотипа тетраплоидных тритикале в разных климатических зонах отбираются различные сочетания хромосом А- и В-геномов

- Ii -

пшеницы. Аналогичную ситуацию следует ожидать и при создании замещенных гексаплоидных форм, с той лишь разницей, что здесь мы 5удем получать различные сочетания хромосом трех геномов (А. В и

Э).

Из всего вышеизложенного следует, что в различной генотипа-веской среде и в разных экологических условиях, во-первых, отбор 5удет благоприятствовать кнтрогрессии разных хромосом D-генома, зо-вторых, интрогрессия одних и тех же хромосом может иметь раг-тичные Фенотипические и генетические эффекты.

Сравнительный электрофоретический анализ глиадиноа замещенных гексаплоидных тритикале и исходных родительских форм

В нашем материале вследствие присущего сортам пшеницы поли-юрфизма хромосом по рисунку дифференциальной окраски у некоторых шний 1D - хромосома имеет слабо выраженные интеркалярные блоки 'етерохроматина, что в значительной степени затрудняет ее идентификацию. Учитывая тот факт, что биосинтез отдеЗшных компонентов 'лиадина находится под контролем этой хромосомы, мы решили пролети электрофоретический анализ глиадина. При этом мы преследс-¡али следующие цели: убедиться в правильности проведенной наш >анее идентификации 1D - хромосомы и оценить функциональную ак~ явность хромосом D - генома при интрогрессии их в новую геноти-шческую среду.

Электрофоретический анализ глиадина замещенных гексаплоидных •ритикале проводился в пределах комбинации скрещивания 25АД20 х [РАТ 21. которые прошли более длительный путь селекционной прора-ютки.

Структура электрофоретаческого спектра глиадина различных •ексаплоидных тритикале в целом была близка к октоплоидной форме '.5АД20. незначительно варьируя по отдельным компонентам асех четырех зон. Общим для спектра глиадина всех тритикале является на-¡ичие триплета гл234 , контролируемого хромосомой 1R. Образцы сличались друг от друга лишь по степени выраженности отдельных по-¡ос в данном триплете.' что может быть связано с различной актив-:остью хромосомы 1R в геноме гибридов.

В двух линиях замещенных гексаплоидных тритикале (М 11(2) и [ III(2)) на электрофоретических.спектрах не удалось выявить дуп-[ет компонентов глиадина м89. в то время как методом дифферента-

альной окраски установлено присутствие ИЬхромосомы. Несмотря I то, что электрофоретические компоненты в большинстве случаев ода каково отчетливо маркируют хромосомы и локусы независимо от сос тояния их генома в генотипе амфидиплоида, возможно следующее об? яскенке ванной ситуации: новая генотипическая среда вызвала ш давление экспрессии генов синтеза этих компонентов, это предполс жение согласуется С литературными данными, когда неполнота преде тавленносТи генома сопровождается ослаблением или Даже исчезнове нием отдельных компонентой в спектре.

У ряда замещенйьй форм: М 1{2). МШ{ 1), МШ1) методе С-бэндинга не удалось обнаружить хромосомы 10. однако в спектрг глиадина отчетливо выявляются компоненты ш89. что является несоь ненным доказательством наличия в их геноме этой хромосомы, а тог нее тех локусов на коротком плече, которые контролируют сшш данных компонентов. Это противоречие объясняется возможной рециг рокной транслокацией между гомеолоГами. Возникшей в первых покс леииях формирования генома гибрида и не выявляемой методом диффе ренциальной окраски хромосом.

Морфобиодогические особенности замещенных линий гексайяоидш« тритикале

Полученные нами гибриды характеризуются следующими морфолс гйческймк особенностями: у растений первого поколения эффект ге терозйба проявляется практически по всем морфологическим призне кам. Гйбрйды отличаются мощным вегетативным ростом: они, как прг вило, более Высокорослы, чем оба родителя, характеризуются хоре шей кустистостью, имеют крупные листья; очень крупный, длинны! широкий и многоцветковый колос. Несмотря на выраженную гетерозис ность б отношении общей мощности развития растений, фертильност гибридов первого поколения низкая.

Среди растений второго поколения отмечается .большая степе* изменчивости, которая является следствием перекомбинирования нас ледственного материала родительских форм. Завязываемость гибриде второго поколения, так же как и невысокая и лишь в третьем пс колении фертильность растений заметно увеличивается.

В главе представлена характеристика признаков продуктивное? линий замещенных гексаплоидных тритикале, выделенных из конбяна Щ1Й скрещивания 25АД20 X ПРАТ21, 25АД20 X ПРАТ69 И ПРАД20 ПРАТ21, находящихся на различных этапах селекционной проработки.

В целом замещенные "линии имели более низкие значения этих оказателей по сравнению с линиями без замещений, но превышающие ти показатели у исходных родительских форм. Зависимости челку ромосомным составом замещенных линий и элементами их продуктив-ости выявить на удалось.

Биохимическая и хлебопекарная характеристика

замещенных линий гексаплоидных тритикале (содержание белка и показатель седиментации)

Для оценки эффектов ннтрогрессии хромосом Б-генома был проеден анализ содержания общего белка и качества клейковины у за ' ещенных линий гексаплоидных тритикале комбинации скрещивания 5АД20 х ПРАТ21. прошедших более длительную селекционную прора-

и'гку.

Содержание белка является одним из важнейших показателей ка-ества зерна, поскольку все остальные свойства муки в той или ной мере представляют собой функцию количества белка. Глиадин оставляет более трети белка зерновки и вследствие особенностей труктуры и свойств молекул обладает высокой способностью к агре-ации и комплексообразованию, и наряду с глютенином играет веду-;ую роль в формировании клейковины. По этой причине попытки уея-ать спектры глиадинов с показателями качества предпринимали мно-ие исследователи. В нашей работе связи между содержанием белка з ерне с конкретным типом спектра глиадина или определенным соче-анием компонеатов в нем не обнаружено. Так у линий М IV{1> и м V(3) в белковых формулах спектров глиадина выявлены различия по рем зонам, однако это никак не отражается на общем содержании елка, количество которого составляет 17,5 % и 17,6 % соответс-венно. У линий же М Ш1.(2) и М VIII(3) отмечено различное сс-;ерзание белка несмотря на идентичность в спектральной структуре ■лиадина. Это указывает на полигенный характер наследования расс-¡атриваемого признака и его сложную генетическую структуру.

Содержание белка в исследованном материале колеблется от 7,2 до 20.7 %. что значительно превышает значение этого покзза-'еля у мягкой пшеницы Белорусская 80, используемой нами в качест-\е контроля. Следует отметить, что между линиями без замещений и ¡иниями с 1-2 парами хромосом И-генома существенных различий зы-влено не было. В то же время линии с тремя парами хромосом О-ге-:ома характеризовались высоким значением этого показателя.

Исходя из этого для наиболее объективной оценки зерна по малым пробам наш был использован метод седиментации, который основан на способности белков набухать в слабых растворах кислот.

Значение Показателя седиментации у наших Форм варьирует о: 14 до 29 мл., причем минимальное количество отмечено у линии 1 VII (1), • не содержащей хромосом 0 -генома. У второй незамещенно! линии М У(3) показатель также был ниже, чем у замещенных форм . Следует отметить тот факт, что у линий, содержащих Ю-хромосому, значение этого параметра, как правило, было выше и в некоторьс случаях коррелйробало с высоким содержанием белка. Такие гибрид! могут быть использованы в качестве перспективного исходного материала в генепйсо - селекционных исследованиях.

В целок. Показатель седиментации для изучаемых тритикале бы! несколько ни*е, чем. у пшеницы Белорусская 80. что согласуется < литературными данными, но существенно выше, чем у районированное трйтйкале Дар Беларуси.

Поскольку Использованный показатель является интегральнш признаком и помимо качества клейковины тесно сопряжен с многочисленными характеристиками Зёрна, на основании полученных данны; можно сделать вывод.' что штрогрессия хромосом О - генома в гексаплоидные трйтйкале путем создания 0(А)- и О (В) - замещений хромосом, как это и ожидалось, может существенным образом улучшил хлебопекарные качества. этой культуры. . .

ВЫВОДЫ

1. Исследована возможность реконструкции кариотипа пшенич-но-ржаных гибридов (гексаплоидных тритикале) путем создания 0(А)-и Б (В)-замещений хромосом. Показано, что использованный мето; (гибридизация окто- и тетраллоидных тритикале) позволяет получит! широкий спектр межгеномных замещений: б гибридном материале выявлены 12 из 14 возможных ТйПо& замещений с включением от 1 до ! хромосом 1>-геномА на растение преимущественно в дисомном состоянии.

2. Впервые использование для реконструкции кариотипа 6х-три-тикале тетраллоидных форм с предварительно изученным хромосомны* составом дало возможность прогнозировать появление тех или иньо замещений и сравнить полученные данные с теоретически ожидаемыми. В результате установлено, что частота встречаемости отдельных типов замещений существенным образом отличается от ожидаемой.

3. Показано, что на процесс фиксации межгеномных замещений помимо компенсаторных способностей хромосом существенное влияние оказывает генотипическая среда гибридных растений. Высказано предположение, что в различной генотипической среде и в разных экологических условиях отбор будет благоприятствовать интрогрес-:ии разных хромосом D-генома, а интрогрессия одних и тех же хромосом может иметь различные фенотипические и генетические эффекты.

4. В ходе исследования замещенных линий гексаплоидных тритикале методом белковых маркеров на примере ID-хромосомы показано. îto хромосомы D-генома в новой генотипической среде , как правило. сохраняют свою функциональную активность.

5. Получены данные, свидетельствующие о перспективности инт-эогрессии хромосом D-генома в гексаплоидные тритикале в плане улучшения технологических качеств зерна этой культуры (результаты шализов общего содержания белка и показателя седиментации).

СПИСОК РАБОТ. ОПУНЛ!ШОаАНК1!Х ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

1. Дубовец Н. И., Дымкова Г. В., Соловей Л. А.. Штык Т. И.. >ормотов В. Е. Создание D(A>- и 0(B)- замещений хромосом у psk-;аплоиднь;х тритикале : Тез. докл. VI съезда БелоГиС. - Горки. .39,-.. •• С. 36

2. Дубовец Н. И.. Дымкова Г. В., Бормотов В. Е.. Бадаев Н. 'етраллоидные тритикале как объект для хромосомой инженерии злз-'.ов /7 Новые методы биотехнологии растений: Тез. докл. II Рос-!Ийск. симп. - Пущино. 1992.. - С. 188.

3. Дубовец Н. И.. Дымкова Г. В.. Бормотов В. Е. реконструкция кариотипа гексаплоидных. тритикале путем меагеномных замещении ромосом // Молекулярно - генетические маркеры растений: Тез. юкл. международн, конф. - Киев. 1994. .- С. 117.

4. Dubo'vet3 N. I.. Dymkova G. V., Bormotov V. E. Reconstruc-lon of hexaplold trltlcale karyotype by lntergenomlc chromosome institutions /У Ргос. III Int. Trltlcale Symp. - Lisbon. 1994. -. 12.

5. Дубовец H. И., Дымкова Г. В.. Бормотов В. Е. Создание (А)- и D(В)— замещений хромосом у гексаплоидных тритикале // Ге-етика. 1994. - Т. 30. Приложение. - С. 44.

6. Бормотов В. Е.. Дубовец Н. И., Дымкова Г. В.. Соловей Л А., Штык Т. И. Реконструкция полигенома гексаплоидных тригикал путем создания замещений хромосом А- и В- геномов хромосомам; D-генома // Генетические основы селекции сельскохозяйственны: растений - И., 1995. - С. 55-68.

7. -Дубовец Н. И:, Дымкова Г. В.. Соловей Л. А., Штык Т. И. Бормотов В. Е. Реконструкция кариотипа гексаплоидных тритикале путем межгеномных замещений хромосом // Генетика. - 1995.- Т. 3t N 10. ~ С. 1394-1399.

8. Duöovets N. I.. Dymkova G. V.. Bormotov V. E. Reconstruction of hexaplöiä triticale Karyotype by lntergenomic chromosoiw substitution // EWAC,' Newsletter. - 1995. - P. 26.

9. Дымкова Г. В.. Дубовец Н. И., Соловей Л. А., Штык Т. И. Сравнительное изучение замещенных форм гексаплоидных тритикат методами электрофореза белков и дифференциального окрашивани; хромосом // Вест АН РБ. Сер. бШи навук. - 1995. - N 4. - С 57-62.

Ю. Дубовец Н. И.. Дымкова Г. В.. Соловей Л. А.. Штык Т. И, Бормотов В. Е. Тетраплоидные тритикале - теоретический и прикладной аспекты исследований//Весц1 АН РБ. Сер. б1ял. навук. - 1996. - ' 1. - С. 62-66. '

- 17 -

РЭЗЮМЭ

Дымкова Гал1на Уладз1м1ра^на

Рэканструкцыя карыятыпу гексалло1дных трыц1кале шляхам м:ж-'еномных замяшчэнняу храмасом.

Кпючавыя словы: храмасомная 1нжынерыя. гексапло1дныя трыт-;але, м1жгеномныя замяшчэнн1 храмасом, карьштып. гомеалаг!чныя грамасомы, генатыповае асяроддзе. дыферанцыяльнае афарбо^ванне.

3 мэтай 1нтрагрэс11 $ карыятып гексапло1дных трыц1кале хра-:асом О- генома праведзена г!брыдызацыя актапло1дных Зорм трыЩ-:але з тэтрапло1дным1, што дазвол1ла атрымаць Пбрыды з ¿¡крок1м ¡пектрам м1жгеномных замяшчэнняу. як!я 1 з- я^лял1ся аб- ектам1 1аследавання. Прымянял1 метады дыферанцыяльнай афарбо^к! храма-:ом, электрафарэтычнага анал1зу запасных бялкоу, а таксама металы щэнк1 тэхналаг1чных якасцяу зерня 1 статыстычнай ацэнк! вын1кау.

Упершыню выкарыстанне для рэканструкцы1 карыятыпу гексапло-.дных трыц1кале 4х- форм з папярэдне вывучаным храмасомным саста-¡ам дало магчымасць прагназ1раваць з- яуленне розных замяшчзккя? 1 гараунаць атркманьн даныя з тэарэтычна магчымым1. У зьшку уста-юулена, што працэс Ф1ксаш1 замяшчэнняу носШь кевыпадкоЕЫ ха-)актар 1 выявлены фактары, як1я аказваюць на яго уздзеянне. Наказа, што 1нтрагрэс1я некаторых храмасом Б- генома у гексапло1д-!ыя трыц1кале моаа спрыяць паляпшэнню хлебапякарных якасцяу зерня 'этай культуры. Вын1к1 працы магоць фундаментальнае 1 прыкладное ¡начэнне для геаетык! 1 селекцы!.

- 18 -РЕЗЮМЕ

Дымкова Галина Владимировна.

Реконструкция кариотипа гексаплоидных тритикале путем

межгеномных замещений хромосом.

Ключевые слова: хромосомная инженерия, гексагоюидные тритикале, межгеномные замещения хромосом, кариотип, гомеологичныс хромосомы, генотипическая среда, дифференциальное окрашивание.

С целью интрогрессии в кариотип гексаплоидных тритикале хромосом О-генома проведена гибридизация октоплоидных форм тритикале с тетраплоидными, что позволило получить гибриды с широким спектром мекгеномных замещений, которые и являлись объектами исследования. Применяли методы дифференциальной окраски хромосом, элект-рофоретического анализа запасных белков, а также метода оценки технологических качеств зерна и статистической оценки результатов.

Впервые использование для реконструкции кариотипа гексаплоидных тритикале 4х-форм с предварительно изученным хромосомны» составом дало возможность прогнозировать появление различных замещений и сравнить полученные данные с теоретически ожидаемыми. Е итоге установлено, что процесс фиксации замещений носит неслучайный характер и выявлены факторы, оказывающие на него влияние. Показано, что интрогрессия некоторых хромосом И- генома в гексапло-идкые тритикале может способствовать улучшению хлебопекарных качеств зерна этой культуры. Результаты работы имеют фундаментальное и прикладное значение для генетики и селекции.

- 19 -' SUMMARY

Dyïïîkova Gallna Vladlmlrovna

Key words: chromosome engineering, hexaplold trltlcaie. :n-îrgenomlc chromosome substitutions. Karyotype. homoeoioijica. iromosomes, genotlplc background, differential staining.

For introgresslon of D - genome chromosomes to hexapicic •ltlcale karyotype hybridization of octoplold trltlcaie :orrr.2 th tetraplold one was carried out that made it possible to proice hybrids tflth a broad spectrum of intergencmic substitution? ilch were objects of investigations. Methods for chromosome dif-¡rentlal staining, electrophoretic analysis of reserve proteins > well as methods for estimating technological properties of ■alns and for statistical estimation of results.

For the first time utilization of hexaplold trltlcaie of 4x-irms with preliminary studied chromosome composition for Karyo-pe reconstruction made it possible to predict appearance of fferent substitutions and to compare the data obtained witn .eoretlcally expected ones. In the end it was revealed that tr.e '.bstltutlon fixation process was of non-random character, tne .ctors affecting it being detected. Introgresslon of some cnrc-somes of D-genome to hexaplold trltlcaie was shown tc improve ead- making quality of grains in this crop. The result of resech are of fundamental and applied importance for genetics and eedlng.