Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Создание замещенных линий пшеницы с помощью чужеродного гена-маркера Нр ржи

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Создание замещенных линий пшеницы с помощью чужеродного гена-маркера Нр ржи"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ■ ИНСТИТУТ ЦИТ010ШИ И ГЕНЕТИКИ

СОЗДАНИЕ ЗАМЕЩЕННЫХ ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ С ПОМОЩЫ) ЧУЖЕРОДНОГО ГЕНА-МАРКЕРА Нр НЕЙ

Генетика - 03.00.15

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

УДК 575.113.1:633.14:633.11

•' ЕФРЕМОВА Татьяна.Тимофеевна

Новосибирск - 1992

Работа выполнена в Институте цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник О.И.Майстренко

доктор биологических наук, старший научный сотрудник А.И.Щапова Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск.

кандидат биологических наук, доцент И.А.Рыжова -

Новосибирский аграрный университет

Ведущее учреждение:

Институт генетики и цитологии Беларуси, г.Минск. г

АН

на

Защита состоится "Л", заседании специализированного совет^ по защите диссб$тацй на соискание ученой степени доктора наук при Институте цитологии и генетики СО РАН (Д-002.П.01) в конференц-зале Института по адресу: 630090, г.Новосибирск-90, проспект академика Лаврентьева, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

- о- 199г£с»

Автореферат разослан

Ученый секретарь /

специализированного совета, а——-

доктор биологических наук А.Д.Груздев

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Создание линий с межсортовым замещением хромосом мягкой пшеницы проводится при наличии по сорту-реципиенту моносомных или монотелосомных линий пшеницы (Sears, 1953;Unrau et ai., 1956; Майстренко.1971). Линии с межсортовым замещением являются материалом для изучения эффектов функционирования генов определенной пары хромосом сорта-донора в генетической среде сорта-реципиента и взаимодействия генов в пределах хромосомы,гомеологичес-кой группы и генома этого сложного полиплоида (Law, 1966;Майстрен-ко,1971). Проблемами, ограничивающими создание линий с замещением определенных хромосом, являются: большой объем цитологических работ, необходимых для выделения нужных родительских форм в процес-. се многократных беккроссов и переключение хромосомы донора на гомолога реципиента (switch). Использование для этих целей генов- • маркеров пшеницы позволяет свести к минимуму цитологический анализ и избежать утери каждой пятой-седьмой замещенной линии в результате switch (Law, Worland, 1972;' Майстренко и др.,1985).Ограниченное число генетических маркеров пшеницы сдерживает дальнейшее развитие исследований в этом направлении.

Наличие моносомных линий у ряда сортов мягкой пшеницы,а также создание пшенично-рааных дополненных линий позволили проводить целенаправленное замещение определенных хромосом пшеницы гомеологич-ныш хромосомами ржи (unrau, 1956; Riley,I960,1965). Исследования показали, что у некоторых высокопродуктивных и устойчивых к болезням сортов мягкой пшеницы присутствует хромосома ржи (Zeller,I973; Mettin et ai., 1973). В связи с этим большое значение для практической селекции приобретает создание новых шенично-рзаных форм. Однако существенным ограничением в создании чужеродных замещенных линий является трудоемкость этого метода.

Учитывая вышеизложенное становится ясной необходимость поиска новых, более эффективных методов создания замещенных линий. С этой точки зрения, менее изучена возможность использования эффектов чужеродных генов-маркеров для замещения определенных хромосом мягкой пшеницы,что может существенно сократить цитологические анализы.Известно, что многочисленные виды,принадлежащие той же трибе Triti-сеае, к которой относятся культурные виды пшеницы, обладают запасом таких генов-маркеров. К их числу относится ген Hp (hairy peduncle), контролирующий опушение колосоножки, локализованный в длинном плече хромосомы 5R ржи Secale cereale L. (Chang, 1975).

Целф и задачи исследований. Целью настоящей работы является создание и изучение линий с межсортовым и чужеродным замещением определенных хромосом мягкой пшеницы на основе чужеродного гена-маркера Нр ржи. Для ее решения были поставлены следующие задачи: I.Разработать метод создания линий с межсортовым замещением хромосом 5А и 51) пшеницы Саратовская 29 на основе использования чужеродных моносомных замещенных линий с хромосомой 5й ржи, маркированной геном Нр. 2, Оценить возможность использования чужеродных моносомных линий пшеница/рожь в качестве реципиента при межсортовом замещении хромосом 5А и 5Ь. 3. Выявить возможность отбора по фенотипу моносомных отцовских растений в ходе выполнения программы последовательных многократных беккроссов. 4. Провести цитологическое изучение' и выявить характер возможных аномалий при использовании чужеродных замещенных линий., 5. Изучить возможность создания у сортов мягкой шеницы линий с чужеродным замещением хромосом 5А и 5Б гомеояогом хромосомой 5й ржи с помощью гена-маркера Нр. 6. Изучить замещенные линии по хромосоме 5А от различных сортов-доноров для анализа аллелизма в локусе Угп1 типа развития мягкой пшеницы.

Научная новизна. Впервые установлена возможность целенаправленного и ускоренного межсортового замещения определенных хромосом мягкой шеницы без цитологического контроля по экспрессии чужеродного гена-маркера Нр ржи. Показано, что в ходе создания линий с межсортовым замещением отдельных хромосом 5А и 5в в качестве реципиента можно использовать чужеродные мояосомные линии пшеницы Саратовская 29 с унивалентной хромосомой 5й ржи.

Экспериментально разработана эффективная схема получения пшенич-но-ржаных замещенных линий с хромосомой 5й ржи у сортов мягкой пшеницы на основе проявления гена-маркера Нр, с минимальным цитологическим анализом.

Практическая ценность работы. Разработанные на основе эффекта чужеродного гена-маркера Нр ржи методы создания замещенных линий, позволяют существенно снизить трудоемкие цитологические анализы, исключить замену хромосомы донора на гомолога реципиента и ускорить процесс получения новых форм с межсортовым и чужеродным замещением хромосом 5-ой гомеологичной группы.

Создано 20 линий с межсортовым замещением отдельных хромосом 5А и 5Ь у реципиента Саратовская 29. Получено 8 моносомных и дисом-ных пшенично-ржаных линий с замещением хромосом 5Ш5А), одна линия с замещением 5Н(50) и 8 дополненных линий с хромосомой 5й ржи по различным сортам шеницы. Новые линии могут быть использо -ваны для генетических исследований и в селекции.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены автором на конференции молодых ученых ЩиГ СО РАН (Новосибирск, 1988, 1989 г.г.), на Всесоюзной конференции "Онтогенетика высших растений" (Кишинев,1989), на конференции "Экологическая генетика растений, животных, человека" (Кишинев,1991), на конференции "Частная генетика растений" (Киев,1989), на III Всесоюзной конференции по генетике и цитологии мейоза (Новосибирск,1990), на отчетной сессии ЩиГ СО РАН (Новосибирск,1989,1992).

Публикации. Основные результаты данных исследований опубликованы в 6 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка литературы (177 ссылок). Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, иллюстрирована 18 рисунками и содержит 33 таблицы.

МАТЕРИАЛ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕМШТОВ

Исходными материнскими формами для создания линий с межсортовым замещением хромосом 5А и 5D впервые послужили две чужеродные мо-носомные замещенные линии пшеницы сорта Саратовская 29 (С29), в которых пара хромосом 5А или 5 D замещена унивалентной хромосомой 5R ржи сорта Онохойская (Майстренко и др., 1985).

В качестве доноров хромосомы 5А использовали следующие сорта мягкой пшеницы: Новосибирская 67 (Н67), Грекум 114 (ГрП4), Скала(Ск), Безенчукская 98 (Б98), Бурятская 34 (Б34), Комета (Ком), Кзыл Бас (КБ), Кзыл Шарк (КШ), Янецкис Пробат (ЯП), Sonora 64 (S64), Siete Cerros 66 (SC66). Эти сорта обладают доминантным геном vrnl (Стельмах,1987; Сотник,1988), локализованным в хромосоме 5А ( Майстренко, 1973; Law et al., 1976), контролирующим яровой тип развития и время колошения растений. Донорами хромосомы эп послужили 10 сортов мягкой пшеницы, отличающихся по продуктивности и содержанию белка в зерне от сорта-реципиента (с-р) С29, а именно: Гибрид 21 (Г21), Диамант (Дм), Ульяновка, Мироновская 808, Скороспелка 35 (Ск35), Чайниз Спринг, Атлас 66, ЯП, Н67, ГрП4.

Для получения форм с чужеродным замещением хромосом 5R (5А) и 5R(5D) использовали 15 современных сортов мягкой пшеницы, различающихся по многим биологическим и хозяйственным признакам: Шарба-ти Сонора, Омская 9, Симбирка, Ранг, Лиротрикс 23, Мироновская крупнозерная, Иртышанка 10, ДМ, Г21, Ск, ГрП4, Н67, ЯП, AHK-I8, Ск35. Одновременно проводили две программы многократных насыщающих скрещиваний, в которых пара хромосом 5А и 5D у желаемого с-р за- 1 мещается гомеологичной хромосомой 5R ржи. Введение хромосомы 5R

ч

3

осуществляли путем однократного скрещивания с-р с соответствующей дисодаой чужеродной линией С29 511" (5А) и С29 511" (5П).

Выделение родительских форм в ходе многократных беккроссов при создании линий с межсортовым и чужеродным замещением хромоссм вели с помощью гена-маркера Нр, с дополнительным цитологическим анализом ограниченного числа растений, для подтверждения правильности отбора по фенотипу. Цитологическое изучение растений проводили на основе подсчета хромосом и изучения их конфигурации в Ж мейоза материнских клеток пыльцы (МКП) по общепринятой методике,на временных давленных препаратах, окрашенных ацетокармином.

Линии с межсортовым замещением хромосомы 5А пшеницы С29, родительские формы и гибриды Р1 от скрещивания между собой замещенных линий и от скрещивания с-р С29 с замещенными линиями высевали весной 1991 г. на опытном поле СибНИИРСа для изучения признака "продолжительность периода всходы-колошение". Посев проводили вручную в двух повторностях на маркированных делянках. Дату ■ колошения отмечали при полном выходе первого побега из влагалища верхнего листа. Всего было изучено более 2000 растений.

Использованные в работе методы статистической обработки данных сводились к вычислению средних арифметических значений и ошибки среднего. Значимость различий между средними значениями оценивали критерием Стьвдента (Урбах, 1961; Рокицкий, 1974).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

■ч

Изучение стабильности чужеродных моносомных линий гппеншы Саратовская 29 с унивалентной хромосомой 5И таи Онохойская

В ходе создания линий с межсортовым замещением хромосом 5А и 5В пшеницы С29, предстояло убедиться в стабильности впервые созданных замещенных чужеродных моносомных линий и возможности отбора моносомных растений с унивалентной хромосомой 5К по фенотипу.

При самоопылении моносомных растений в линиях С29 51*' (5А) и С29 5Л'(50) формируются моно-, нулли- и дисомные растения(табл. I). Многолетние наблюдения за фенотипической выраженностью чужеродного гена-маркера Нр показали четкие различия моносомных растений от дисомных и нуллисомных. Моносомные растения (2п= 40+5Ю имели слабое опушение колосоножки дозовый эффект гена Нр, дисомные растения (2п= 40+25Ю - сильное опушение, а нуллисомные (2п=40) не имели опущения.

Изучение М1 мейоза потомства чужеродных моносомных линий показало совпадение цитологического анализа с фенотипическими оценка-I 4

ми. Все изученные растения со слабым опушением колосоножки имели конфигурацию хромосом 20"+11 или 20"+^, а с сильным опушением - 21", 20"+^' или 20"+1 (табл.1). Унивалентная хромосома 5В имеет третичную перетяжку в длинном плече, что позволяет идентифицировать ее в М1 мейоза (ге11ег, нааи, 1983). Выявлено, что формирование телоцентрической (t) хромосомы по длинному плечу ив мешало их использованию и не оказало влияния на выраженность маркерного признака - опушение колосоножки, поскольку ген Нр локализован именно в длинном плече хромосомы 5й ряш (табл. I).

Таблица I

Распределение растений в потомстве чужеродных моносомных линий пшеницы Саратовская 29 с замещением хромосом 5й'(5А) и 5Н*(5Х>>

Доза гена Нр Число хромосом 2п 'Конфигурации хромосом в М1 мейоза Изучено растений

Моно 5Е'(5А) ' Моно 5Е'(5Р)

абс. % абс. %

1 41 20"+1• 29 65,91 43 76,79

20^ 1 8 18,18 - -

21» 5 11,37 13 23,21

2 42 20"+1 1 •1 2,28 2,28 _

0 40 20" - - - -

Длительное самоопыление чужеродных моносомных линий позволило установить меньшую стабильность линии с замещением хромосом 5Н'(5И) по сравнению с 5й*(5А). В первой линии около 10$ от всех изученных растений не имели опушения колосоножки и не являлись нуллисомиками. Последние отличались пониженной жизнеспособностью, поэтому их нетрудно было отличить по фенотипу. Можно думать, что растения без опушения колосоножки могли появиться в результате перестроек уни-валентной хромосомы 5Е и образования транслоцированной шенично-ржаной хромосомы, включающей короткое плечо хромосомы 5Н. Однако такое предположение требует специальной экспериментальной проверки.

В результате длительного самоопыления в течение 14 поколений,обнаружено различие в жизнеспособности и фертильности изученных чужеродных моносомных линий. Замещенная моносомная линия 511'(51>) существенно менее фертильна, чем 511'(5А): в первой в среднем на колос завязывается 8,3 зерен, а во второй - 14,5 зерен. Кроме того, в моносомной линии 5Я'(5В) 12% растений не всходит, а 20$

гибнет на стадии 1-2 листа. В то время как в линии 5й'(5А)не всходит только 2,2%, а гибнет менее 6$ от взошедших растений.

Таким образом, согласно нашим результатам моносомные линии пшеницы С29 с чужеродным замещением хромосом 5к'(5а) и (50) можно испольвовать в качестве реципиентных форм при межсортовом замещении хромосом 5А и 51), и вести отбор моносомных растений с унивалентной хромосомой 5Е ржи по экспрессии чужеродного гена-маркера.

линий с межсортовым замещением паш хромосомы 5А и 5Р с помощью гена-матоеоа Нр тага

Особенностью изучаемого метода получения линий с межсортовым замещением определенных хромосом является использование в качестве реципиента двух чужеродных моносомных линий пшеницы с хромосомой 5И ржи, маркированной геном Нр. Провели две программы создания замещенных линий раздельно по хромосомам 5А и 5Б по следующей схеме:

1-й этап. В каждой линии реципиента в качестве материнских 'форм отбирали по фенотипу моносомные растения с унивалентной хромосомой 5Е(20"+1•) по более слабому опушению колосоножки и опыляли донорским сортом.

2-й этап. В потомстве Р1 выделяли моносомные растения с донорскими хромосомами 5А или 5О(20"+1•) без опушения колосоножки и скрещивали как отцовский компонент с отбираемым по фенотипу мо-носомным растением (20"+5Н*) соответствующей чужеродной моносом-ной линии.

3-й этап. В последующих беккроссах (вс1-вс8) по признаку опушение колосоножки исключали растения с хромосомой 5Щ20"+5Н', 20"+1'+5Е'). В каждом поколении беккроссов в качестве отцовских форм по фенотипу отбирали моносомные растения с донорскими хромосомами 5А или 51) (без опушения колосоножки) и вновь скрещивали с ионосомныж растениями исходной чужеродной моносомной линии (со слабым проявлением гена Нр).

4-й этап. После проведения восьмого беккросса проводили самоопыление моносомиков по хромосомам 5А и 50 и цитологически выделяли дисомные растения - родоначальные для вновь созданных замещенных линий пшеницы С29.

В изучаемой схеме наиболее важный момент - отбор моносомных родительских форм по фенотипу на основе эффектов чужеродного гена Нр ржи. Как показано выше, отбор материнских моносомных растений с унивалентной хромосомой ржи можно проводить по дозовому эффекту маркерного гена ржи (табл. I).

Результатами многолетних исследований установлено, что на протяжении восьми поколений беккроссов отбор моносомннх отцовских форм с унивалентными хромосомами 5А или 51) сортов-доноров, можно проводить по отсутствию маркерного признака - опушение ко-лосоножки. Цитологическое изучение моносомннх растений К^-ВСд, отобранных по фенотипу в качестве отцовских форм при создании замещенных линий, подтвердило правильность их фенотипической идентификации. Во всех поколениях беккроссов большинство растений без опушения колосонояки в М1 ывйоза МКП имели конфигурацию хромосом 20"+1их относительная частота составила 84% в линиях с замещением хромосомы 5А и 92% в линиях с замещением хромосомы 50 (табл. 2). В разных поколениях беккроссов наблюдали клетки с продуктами пп.аа.1ухз1оп унивалентных хромосом 5А и 51) сортов-доноров, соответственно около 14$ и 2% от изученных растений (табл.2). Продукты нерасховдения хромосом наблюдали только в линии 51) (1,6756).

Таблица 2

Распределение растений ВСз-ВСд без опушения колосонояки при создании замещенных линий пшеницы Саратовская 29 по хромосомам 5А и 5г по конфигурации хромосом в М1 мейоза

Линии Изучено % растений с конфигурацией хромосом

кле- расте-ток ний 20"+1• 20"+г' 20"+1 19"+2' 20"+1'+фрагмент

5А 51) 435 71 1015 120 84,51 92,50 11,26 2,82 - 1,41 1,67 0,83 1,67 3,33

В ходе выполнения программы беккроссов наряду с растениями без опушения стебля под колосом образовались растения с опушением,которые не были вовлечены в гибридизацию. Цитологический анализ показал, что у всех этих растений с опушением колосонояки в М1 мейоза наблюдали унивалентную, телоцентрическую или изохромосому 5Н (табл.3).

В потомстве двух программ беккроссов (Ж^-ВСд) преобладали (66%) ожидаемые типы растений: 20"-и '+5Н' и 20"+5Н' (табл. 3). Отмечено появление растений, у которых в МКП наблюдали продукты т1зб.1т1з1оп унивалентных хромосом пшеницы и ржи.

В результате проведенных исследований, показана возможность целенаправленного и ускоренного замещения хромосом 5А и 5Б пшеницы С29 без цитологического анализа, на основании выраженности чу-

Таблица 3

Распределение растений ВС2-ВС8 с опушением колосоножки при создании ваивщенных линий пшеницы Саратовская 29 по хромосомам 5А и 51) по конфигурации хромосом в Ш мейоза

Изучено ' % растений с конфигурацией хромосом

Линии : : ~ 1 : Щ :I 1 ~ ~

^ « - tt in m

"S in +> Ш тЧ -н

ММ'- Ь -

О Ф 1П +»+>т-

+ + + + + +

ф

о о о о о о

СМ СМ СУ СУ см су

5А 109 15 60,0 6,67 13,33 13,33 6,67

5D 95 12 58,33 8,33 16,67 - - 16,67

жеродного гена-маркера Hp. Ускорение обусловлено возможностью проведения последовательных беккроссов, без чередования их с самоопылением для предотвращения возврата к генотипу реципиента. Разрабо-тайная схема создания замещенных линий исключает возможность switch - переключения хромосомы донора на гомолога реципиента в ходе многократных беккроссов, поскольку моносомные растения с донорской хромосомой пшеницы можно легко отличить от моносомных растений с хромосомой 5R ржи по опушению колосоножки.

Однако исключить смену унивалента у моносомных растений с донорскими хромосомами 5а и 5d нельзя, поэтому после выполнения программы беккроссов провели проверку идентичности нумерации донорских хромосом. Цитологический анализ конфигурации хромосом у гибридов Р1 от скрещивания моносомных и дителосомных растений показал отсутствие смены унивалента у всех 20 линий.

Для создания замещенных линий пшеницы по другим хромосомам на основе изученной схемы, необходимо получить соответствующие чужеродные моносомные линии по этим хромосомам.

Mjadivision унивалентных хромосом 5а и чп пшеницы и 5r таи при создании линий с межсортовым замещением хромосом

Особенностью метода создания линий с межсортовым замещением хромосом является функционирование хромосомы сорта-реципиента в унивалентном состоянии в течении восьми поколений (Майстренко, 1971). При этом может произойти кроме смены и переключения унивалента, misdivision одиночных донорских хромосом (Sears, 1952; Morris et al., 1977; Makino et al.,I977; Майстренко, 1977, 1991).

- Результаты проведенных нами цитологических исследований MI мейоза показали, что продукты misdivision - растения с телоцен-

8

трическими (t) и изо (i) хромосомами сортов-доноров чаде встречаются в линиях, где замещается хромосома 5А. В поколениях последовательных беккроссов (BCg-BCg) в среднем у 14$ растений были обнаружены t и i -хромосомы в линиях с замещением хромосомы 5А, в то время как при создании замещенных линий по хромосоме 5D их было только 2$ (табл. 2).

После заключительного восьмого беккросса в каждой линии провели самоопыление моносомных растений с унивалентными донорскими хромосомами 5А и 5D для выделения дисомных растений - родона-чальных для вновь созданных замещенных линий. Известно, что при самоопылении моносомных растений образуются моносомики (73$), ди-сомики (24$) ж нуллиоомики (3$) (Sears, 1954).

По нашим данным (табл. 4), при самоопылении моносомных растений в поколении вс8Р2 по хромосомам 5А и 5D число потомков с конфигурацией хромосом 21" составило соответственно 17$ и 18$. Число моносомных растений с унивалентными двуплечими хромосомами (5А) и (5D) варьировало от 67$ (5А) до 78$ (5D).

Таблица 4

Изучение Ml мейоза самоопыленного потомства моносомных растений вс8Р2 при создании замещенных линий по хромосомам 5А и 5D

Линии Изучено $ растений с конфигурацией хромосом -

кле- рас теток ний " 21" 20"+11 20»+t» 20"+t" 20"+i 20»+1 '♦фрагмент

5А 5D 657 108 815 126 17,56 67,57 8,35 2,79 2,79 18,26 78,57 0,79 0,94 2,38

При анализе самоопыленного потомства моносомных растений ВСдР2 ясно прослеживается отмеченная выше закономерность - продукты misdiviaion главным образом, присутствуют в линиях с замещением хромосомы 5А от разных сортов-доноров (табл. 4). Растения с t и i -хромосомами были идентифицированы у 14$ потомков в линиях с замещением хромосомы 5А. В тех же условиях одиночная хромосома 5D сортов-доноров претерпела misdivision и сохранилась в потомстве только у 0,8$ растений (табл. 4). Эти факты кажутся убедительными для утверждения вывода о том,что унивалентная хромосома 5А существенно чаще претерпевает в мейозе неправильное поперечное деление в зоне центромеры, чем хромосома 5D.

С помощью цитологического анализа установлено,что унивалент -ная хромосома 5R ржи имеет высокую частоту misdivision. Так,при . создании замещенных линий по хромосоме 5А в разных поколениях беккроссов обнаружено 20$ растений с t и i -хромосомами 5R, а в линии,где замещается хромосома 5D - 33$ растений (табл. 3).

Таким образом, сравнительный цитологический анализ потомков беккроссов при создании линий с межсортовым замещением отдельных . хромосом 5А и 51) позволил установить особенности поведения отдельных унивалентных хромосом пшеницы и ржи в мёйозе. Показана высокая частота формирования продуктов пиа<Ит1а:.оп унивалентной хромосомы 5А в генотипической среде с-р С29 и хромосомы 5И ржи Онохойская, находящейся в геноме пшеницы. Напротив, унивалентная хромосома 5Ь десяти сортов-доноров редко подвергалась иаас1±у1-в1оп.

Изучение аллелизма гена Угп1 мягкой пшеницы

В созданных нами замещенных линиях хромосома 5А от сортов-доноров, существенно различающихся между собой по скороспелости,функционирует в равной генотипической среде с-р С29. Ранее показано,что яровой сорт С29 несет доминантные гены: Угп1 в хромосоме 5А(Май-стренко,1973) и Угпг в хромосоме 5В (Майстренко,1987),а также ген РрйЗ, определяющий слабую фотопериодическую реакцию (АНеу, Мауа-Ьгепко, 1986). Все доноры хромосомы 5А созданных замещенных линий являются носителями гена Угп1 (Стельмах,1987).

В условиях естественного длинного, дня (17-19 час.) отмечено достоверное ускорение колошения на 2-6 дней относительно контроля С29 у сортов-доноров б64 и йс66 (рис.1). Напротив, сорта Б98, Б34, КБ, ГрИ4, ЯП в среднем на 3-5 дней колосились позже С29. Согласно литературным данным эб4 имеет три доминантных гена РрсИ-з и два гена Угп1 и Угп2, что обеспечивает скороспелость сорта (Пшеницы мира,1987). Сорт БС66 также несет доминантные гены 1рй. Установлено,что сорт Комета имеет два доминантных гена Рра.2 и РрйЗ, а сорт Скала - Рр<п и Рра.2 (Алиев и др. ,1987). Ускорение колошения сортов с доминантными генами рра в условиях длинного дня отмечалось и другими авторами (Крупнев я др.,1988).

Показано,что в тех же условиях выращивания замещенные линии, в которых хромосома 5А от сортов-доноров носителей Угп1 функционирует в равной генотипической среде реципиента С29,не различались по времени колошения (рис.2). Не обнаружено также существенных различий по времени колошения и у гибридов от скрещивания разных замещенных линий между собой и сортом С29 (табл.5).

Из подученных данных следует,что замещение пары хромосом 5А С29 от сортов-носителей доминантного гена Уга1, различающихся по скороспелости, не оказало заметного влияния на время колошения у замещенных линий и гибридов Е^ (рис.2 и табл.5), исходя из этого, можно заключить,что хромосома 5А изученных сортов-доноров и С29 несет один и тот же аллель гена Тгп1, что обуславливает одинако-

«* -I ■1

5.05

М?

2,0« й

тг

л

гг

1Л

г«

1

Н67 С* 638 Б» КБ кш Кен ЯП

к«*

5.5

и

+ коитрол»

"Сакп-омка» 23

г.»

«66 ГрШ

ем

СР < 0,05;

хх

Р < 0,01;

XXX

Р< 0,01

Еис.1. Отклонение среднего значения числа дней от всходов до колошения у сортов-доноров от реципиента Саратовская 29.

П т 021 ««.и'-ечи

_ | I I)_^ » имггкл %

иии^' иии" и - Сьптоши 29

0.7$ 0,78 в.№ 1.06 ^ 0.55

«7 С« Ы& КБ кл Коп ял $ЕЦ 3(и Гр1|<|

Рис.2. Отклонение среднего значения числа дней от всходов до колошения у замещенных линий Саратовская 29 я8/ сорта-доноры хромосомы 5А от сорта-реципиента Саратовская 29.

Таблица 5

Средние значения числа дней от всходов до колошения у гибридов между линиями с межсортовым

замещением хромосомы 5А и между реципиентом Саратовская 29 и замещенными линиями

С29 С29 С29 С29 С29 С29 С29 _(364 5А) (ЗСбб 5А) (Ск 5А) (ГрН4 5А) (КБ 5А) (Б34 5А) (КШ 5А)

Саратовская 29

(С29)-рецшшент 44,0+0,38 44,40+0,25 45,25+0,25 44,58+0,25 45,16+0,35 45,52+0,41 46,79+0,35

С29 (Эб4 5А) 43,97^3,30 43,95+0,31 44,93+0,25 44,48+0,28 43,48^3,23 44,43+0,27

С29 (ЭС66 5А) " 44,53^0,28 45,58^3,37 46,06^3,26 46,94+0,36 46,27+0,26

С29 (Ск 5А) 44,25+0,24 45,38+0,27 45,60+0,27 44,83+43,26

С29 (ГрП4 5А) 44,61+0,23 46,34^0,27 46,41^3,24

С29 (КБ 5А) 45,62+0,27 46,93$),24

С29 (Б34 5А) 45,25+0,24

вое время колошения замещенных линий в условиях длинного дня. По-видимому, различия по времени колошения самих донорских сортов -носителей доминантного гена Угп1 (рис.1), связаны в значитель -ной степени с их фотопериодической реакцией. . - .

Создание чужеродных замещенных и дополненных линий о хромосомой 5Н ши по различным сортам пшеницы

В основе разработанной схемы лежит использование гена Нр ржи в качестве фенотипического маркера для выделения 42-хромосошшх гибридных растений, у которых отдельные хромосомы 5А или® замещаются хромосомой 5И ржи. Такой отбор проводили в каждом поколении беккроссов, одновременно в двух программах создания 5И(5А) и 5Ш51>) замещенных форм по различным сортам пшеницы.

Для выбора эффективной схемы проведения программы беккроссов необходимо было выяснить частоту передачи мужских и женских гамет у 42-хромосомных гибридов с конфигурацией хромосом в Щ мейоза го'чт+Зй1, для оценки вклада каждой гаметы в формирование всех возможных генотипов. Изученный нами метод создания тпенично-ржа -ных замещенных линий дает возможность количественно оценить этот показатель при создании 5Н(5А) замещенных форм. Такая возможность обусловлена тем, что у гибридных растений р с генотипом 20П+5А»+5Н' две хромосомы 5А и 5й генетически маркированы: Нр(5Ю - опушение колосоножки и <5 (5А) - спельтоидность колоса. Таким образом, о частоте функционирования гамет с 20, 21, 20+5И, 21+5Л хромосомами можно судить по результатам реципрокных скрещиваний с сортом-реципиентом.

В результате изучения частоты передачи гамет у гибридов 20"+ 5А'+5К' показано, что по материнской линии наиболее конкурентно-способными являются 20-хромосомные гаметы - 52,1$, а по отцовской линии 21-хромосошше гаметы - 49,5% (табл.6).

Таблица 6

Частота передачи гамет у реципрокных гибридов В^ при создании чужеродных замещенных линий с 5й(5А) замещением хромосом

Частота функционирования гамет (%)

Гаметы -

Женские Мужские

. 20+511 17,8 37,6

21+5н 7,7 8,4

20 52,1 4,5

21 22,4 49,5

Гаметы 20+5Е имеют высокую частоту передачи, по сравнению с гаметами 21+511. Известно, что дополненные гаметы значительно менее конкурентоспособны по сравнению с замещенными и тем более с нормальными пшеничными 21-хромосомными гаметами. Конкурентная способность мужских гамет 20+511 оказалась намного выше, чем 20-хромосомных гамет пшеницы - 37,6$ и 4,5$, соответственно.Из двух 21-хромосомных гамет большей жизнеспособностью обладают нормальные гаметы пшеницы, чем гаметы с хромосомной 5й ржи (20+5Ю.

Дополненные гаметы (21+5Ю оказались более конкурентного -собными, чем гаметы с нехваткой хромосомы (20) - 8,4$ и 4,5$ соответственно. Частота передачи мужских и женских гамет 21+5Н оставалась одинаковой 7,7$ и 8,4$. По нашим данным частота передачи мужских гамет 20+511 выше, чем женских - 37,6$ и 17,8$,соответственно. Для изучаемой схемы замещения это важно, поскольку в качестве одного из родительских компонентов постоянно отбираются растения с генотипом 20"+1'+5Е'.

Полученные наш результаты (табл. 6) позволяют рекомендовать наиболее эффективную схему создания пшенично-ржаных линий, когда гибридные растения с хромосомой 5Н ржи используются в качестве отцовских форм, а в качестве материнских - сорта пшеницы.Создание чужеродных линий с замещением хромосом 5Е(5А) и 5Н(5И) проводили с помощью гена-маркера Нр по следующей схеме:

1-й этап. Чужеродные замещенные линии пшеницы С29 с замещением хромосом 5й" (5А) и 5Н"(511) .скрещивали в качества отцовской формы с с-р мягкой пшеницы (¡¡>). Все гибридное потомство Р1 имело слабое опушение колосоножки (дозовый эффект гена Нр).

2-й этап. Растения Р.,(20»+1 >+5^.') со слабым опушением колосоножки использовали в качестве отцовского компонента и вновь скрещивали с исходным с-р ((¡>). Потомство В^ состояло из растений без опушения колосоножки - 20"+1«, 21" и с опушением- 21"+5й 20"+1'+5й', Растения со слабым опушением 20"+т+5Н', отобранные в качестве отцовских форм в каждом поколении беккроссов скрещивали с исходным сортом ((¡>) не менее 6-8 раз до воссоздания генотипа с-р по хромосомам пшеницы. Хромосома 5И ржи оставалась неизменной из-за отсутствия рекомбинации с гомеологами пшеницы.

3-й этап. После заключительного беккросса цитологически выделяли дисомные чужеродные формы 20"+5й" из самоопыленного потомства 20"+1'+5Е*.

В представленной схеме прежде всего необходимо надежно отличить замещенные и дополненные формы по фенотипу.Многолетние наблю дения и цитологический контроль убедительно показали, что растения со слабым опушением колосоножки в разных поколениях беккрос-

сов двух программ замещения имели в М1 мейоза конфигурации хромосом 20"+1,+5Н' ИЛИ 21"+5Н'.

Показано, что при создании чужеродных замещенных форм 5й(5А) удается отличить по фенотипу замещенные и дополненные форш.по до-зовому эффекту маркерных генов ч и Нр. Растения с генотипом 20"+ 5А'+5К' всегда отличались спелътоидной формой колоса и слабым опушением колосоножки, а дополненные формы 21"+5111 имели не-спельтоидный колос и опушение стебля под колосом. При создании замещенных линий 5Н(5В) не удается разделить по фенотипу замещенные и дополненные формы, вследствие отсутствия гена-маркера хромосомы 51). Поэтому необходим цитологический анализ ограниченного числа растений с опушением колосоножки для выделения лужного генотипа.

Таким образом, на большом экспериментальном материале проверена возможность использования фенотилического эффекта чужеродного гена - маркера Нр для ускоренного получения чужеродных замещенных линий по избранным сортам мягкой пшеницы и дополненных форм. с хромосомой 5й ржи.

ВЫВОДЫ

1. Впервые экспериментально установлена возможность целенаправленного и ускоренного межсортового замещения хромосом мягкой пшеницы без цитологического контроля по проявлении чужеродного гена-маркера Нр ржи. Создано 20 линий с межсортовым замещением отдельных хромосом 5А и 5В у реципиента С29.

2. Показано, что в ходе создания линий с межсортовым замещением определенных хромосом можно успешно использовать в качестве реципиента чужеродные моносомные линии пшеницы,маркированные хромосомой 5й ржи. Установлена возможность поддержания моносомных чужеродных линий с хромосомой 5и. ржи при их длительном репродуцировании.

3. Выявлена возможность отбора по фенотипу материнских, моносомных форм с унивалентной хромосомой 5й ржи на основе экспрес -сии чужеродного гена Нр ржи, а отцовских моносомных растений, несущих определенную хромосому сорта-донора,по отсутствию чужеродного гена-маркера в ходе многократных последовательных беккроссов.

4. Установлено,что частота передачи гамет 20+5И по отцовской линии более чем в два раза выше,чем по материнской. Эти данные позволяют рекомендовать наиболее эффективную схему создания пшенично-; ржаных замещенных линий, когда гибридные растения с хромосомой 5Н ржи используют в качестве отцовских форм, а в качестве материнских - сорта пшеницы.

5. Экспериментально разработанный метод создания пшенично-ржа-ных замещенных и дополненных линий с хромосомой 5К ржи у сортов мягкой пшеницы на основе проявления маркерного гена Нр требует минимального цитологического анализа. На его основе создано 8 шпе~ нично-ржаных линий с замещением хромосом 5И(5А), одна линий с замещением 5Ш513) и 8 дополненных линий с унивалентной хромосомой 5В ржи.

6. Установлена высокая частота т1а<Ш1а1оп унивалентной хромосомы 5А (14$) разных сортов пшеницы и 5Н ржи (21$) по сравнению с хромосомой 51) (2$) в поколениях беккроссов при создании линий с межсортовым замещением хромосом.

7. Не выявлено существенных различий по времени колошений у II линий с замещением хромосомы 5А от контрастных сортов-доноров, носителей доминантного гена Угп1 и гибридов Р1 между ними и с-р, что свидетельствует об отсутствии аллелизма гена Уш1 мягкой пшеницы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ефремова Т.Т. Влияние хромосомы 5К ржи на формирование призна -ков продуктивности пшеницы// Онтогенетика высших растений.-Гез.

' докл.Всес.конф,- Кишинев,- Штиинца.- 1989. - С.41-42.

2. Ефремова Г.Т. Цитологическое изучение замещенных линий пшеницы Саратовская 29, полученных на основе чужеродного гена-маркера Нр // Частная генетика растений. - Тез.докл.Всес.кояф.-Киев. -1989. - Т.1. - С.74-75.

3. Ефремова Т.Т. Использование чужеродного гена-маркера ржи для создания замещенных линий пшеницы // Цитогенетика сельскохозяйственных растений. - Новосибирск: ИЦиГ,- 1989. - С.54-65.

4. Ефремова Т.Т. Мейоз у растений первого беккросса при создании чужеродных замещенных линий // Тез.докл. III Всес.конф. по генетике и цитологии мейоза, 1990. - Новосибирск,- Изв.СО АН СССР. - 1990. - Сер.биол.наук. - Вып.2. - С.22.

5. Ефремова Т.Т. Изучение аллелизма в локусе Угп1 типа развития мягкой шеницы с помощью замещенных линий // Экологическая генетика растений, животных, человека. - Тез.докл.Всес.конф,- Кишинев.- Штиинца. - 1991. - С.112.

6. Ефремова Т.Т., Майстренко О.й. Создание чужеродных замещенных линий пшеницы с хромосомой 5Н ржи // Цитогеретические аспекты генетики и селекции растений, - Новосибирск: ИЦиГ,- 1991,- С.48-57.