Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Жарков Н.А. 1

---

1 РАН ФГБНУ «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

Проведен цитологический анализ состава популяции растений в самоопыленном потомстве серии моносомных линий сорта яровой мягкой пшеницы Мильтурум 553 по уровню плоидности их генотипов. По результатам исследований в ее состав входили дисомики (2n = 42), моносомики (2n = 41), нуллисомики (2n = 40), растения с телоцентрической хромосомой (2n = 40 + t), гипо- и гиперанеуплоиды. Процентное соотношение растений с различным уровнем плоидности их генотипов существенно варьировало по линиям. Наибольшее количество моносомиков наблюдалось в потомстве растений, моносомных по хромосомам 3D, 4D и 6D, а наименьшее - 2А, 3А и 4В. Процентное содержание дисомиков (2n = 42) в популяции, как правило, находилось в обратно-пропорциональной зависимости от выхода моносомиков. Линии моносомной серии сорта Мильтурум 553 в значительной степени различались между собой по выходу нуллисомиков (2n = 40). Необычайно высокая их частота (21,33 %) наблюдалась в потомстве моносомиков по 4В хромосоме. В общем итоге частота появления моносомиков, дисомиков и нуллисомиков у данного сорта, при включении в состав моносомиков растений с изо- и телоцентрической хромосомой а в состав дисомиков - с гетероморфным бивалентом (2n = 41+t), оказалась близка к расчетным величинам Э. Сирса и составила в среднем по серии 73,25; 22,08; 2,40 процентов соответственно.

Статья в формате PDF

1363 KB

пшеница

моносомная серия

популяция

моносомик

дисомик

нуллисомик

хромосома.

1. Бессараб К.С. Цитогенетика моносомных серий мягкой пшеницы: автореф. дис… канд. биол. наук: 03.00.15. – Л., 1984. – 16 с.

2. Новая серия моносомных линий мягкой пшеницы Мильтурум 553 / Р.А. Цильке, И.А. Цильке, Н.А. Жарков, Л.П. Присяжная // Доклады Всесоюзной академии с/х. наук им. В.И. Ленина. – 1980. – № 7. – С. 5-7.

3. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений /З.П. Паушева. – М.: Колос, 1974. – 288 с.

4. Яцевич А.П. Создание серии моносомных линий яровой пшеницы Опал, ее изучение и использование в генетико-селекционных исследованиях: автореф. дис… канд. биол. наук: 03.00.15. – Минск, 1987. – 19 с.

5. Sears E.R. The aneuploids of common wheat / E.R. Sears // Missouri Agr. Exp. Stat. Res. Bull. – 1954. – No. 572. – P. 1-58.

6. Sears E.R. Nullisomic analysis in common wheat / E.R. Sears // Am/ Nat. – 1953. – Vol. 87. – P. 245-252.

7. Tsunewaki K. The transmission of the monosomic condition in a wheat variety Cheines Spring. II. Critical analysis of nine year records / R. Tsunewaki // Jap. J. Genet. – 1964. – Vol. 38, No.4. – P. 270-281.

8. Worland A.J. Catalogue of monosomic series / A.J. Worland // Proceed. 7th Intern. Wheat Genet. Symp. – Cambridge, 1988. – Vol.2. – P. 1399-1403.

Мягкая яровая пшеница является аллогексаплоидом и включает в себя три генома: А, В и D. В состав каждого генома входит по семь пар хромосом. Общее же количество хромосом в генотипе мягкой пшеницы равно 42, или 2n = 6x =42.

Первоначально хромосомы мягкой пшеницы обозначались римскими цифрами от I до XXI. Позднее их было предложено обозначать арабскими цифрами с указанием принадлежности к геному. Общая нумерация хромосом генома Triticumaestivum L. выглядит следующим образом:

Хромосомы, принадлежащие к разным геномам, но входящие в одну гомеологичную группу, обладают сходным генетическим материалом. В случае утраты одной дозы хромосомы гомеологи способны частично генетически компенсировать ее отсутствие. В результате такое моносомное растение сохраняет свою жизнеспособность и фертильность. Это свойство было использовано Э. Сирсом, который на базе сорта яровой мягкой пшеницы Чайниз Спринг создал серию моносомных линий [5]. Позднее аналогичные серии были получены и по другим коммерческим сортам пшеницы [8]. В частности такой набор линий создан и по сорту яровой мягкой пшеницы Мильтурум 553 [2].

При самоопылении моносомных растений формируется два типа мужских и женских гамет: с 21 и 20 хромосомами. Их различное сочетание приводит к формированию смешенного потомства, состоящего из дисомиков (2n = 42), моносомиков (2n-1) и нуллисомиков (2n-2). Э. Сирс [6], анализируя функциональную активность нормальных и 20-хромосомных гамет, вычислил частоту появления данных форм, которая составила 24, 73 и 3 процента соответственно. Создание серий анеуплоидных линий по другим сортам позволило изучить роль генотипа в формировании жизнеспособных гамет с различным числом хромосом. Среди данных литературы отмечается как отсутствие влияния сорта на средний процент выхода 41-хромосомных растений [1], так и наличие факта существенного отклонения частоты нули-, моно- и дисомных растений от принятого стандарта [4]. Наличие подобного рода разногласий послужило основанием для проведения изучения состава популяции вновь созданной серии моносомных линий пшеницы.

Материал и методы исследования

В качестве объекта исследования использовали созданную серию цитологически идентифицированных моносомных линий по сорту яровой мягкой пшеницы Мильтурум 553. Закладка и проведение опыта осуществлялась в строго контролируемых условиях (теплица) в зимне-весенний период. Посев семенного материала проводился в сосуды. Повторность четырехкратная. По каждому варианту в повторности высевали 20 зерен (по 5 зерен в сосуд). Сосуды в пределах линии располагались в один ряд (по 4 сосуда). Ряды по стеллажу размещались рендомизированно. Растения выращивали при 17 часовом освещении. Дополнительное досвечивание осуществляли лампами ДРЛФ-400. В процессе вегетации освещенность увеличивали с 8–10 тысяч люкс (посев – всходы) до 12–18 тысяч люкс (цветение – восковая спелость). Температурный цикл поддерживался в начальный период 18/16 ⁰С, на более поздних этапах развития – 22/18 ⁰С. Полив осуществлялся через день, до полного насыщения почвы. Влажность воздуха поддерживалась в пределах 50–70 %.

В межфазный период выход в трубку – колошение проводили фиксацию микроспороцитов. Для этого с каждого растения брали по одному колосу. В качестве фиксаторов использовали смеси Ньюкомера [3]. Идентификацию растений проводили путем цитологические анализа метафазы I на временных давленых ацетокарминовых препаратах с помощью микроскопа МБИ-3.

Результаты исследований и обсуждение

Изучение потомства самоопыленных моносомных линий Мильтурум 553 показало, что частота появления моносомиков, дисомиков и нуллисомиков у данного сорта при включении в состав моносомиков растений с изо- и телоцентрической хромосомой, а в состав дисомиков – с гетероморфным бивалентом (2n = 41+t) оказалась близка к расчетным величинам Э. Сирса [6] и составила в среднем по серии 73,25; 22,08; 2,40 процентов соответственно. Кроме трех вышеуказанных форм, в состав популяции моносомных линий входили и растения, которые по хромосомному составу можно отнести к гипо- и гиперанеуплоидам. На их долю приходится 2,27 % общей совокупности популяции моносомных линий.

Моносомные растения по своим морфологическим признакам, как правило, не отличались от сестринских дисомиков и рекуррентного родителя Мильтурум 553. Исключение составили линии пятой гомеологичной группы и линия 2А. Отсутствие одной дозы хромосомы 5А вызывало спельтоидность, а хромосом 5В и 5D – увеличение плотности колоса до уровня, улавливаемого визуально. Растения, моносомные по 2А хромосоме, имели более светлую окраску зерна.

Нуллисомные растения по сравнению с моносомиками и дисомиками обладали определенной депрессией выраженности фенотипических признаков (рис.). Отсутствие одной пары хромосом, в подавляющем большинстве случаев, приводило к уменьшению толщины стебля и площади листовой пластинки, деформации колоса. Растения, нуллисомные по хромосоме 5А, имели спельтоидную форму колоса с хорошо развитыми остями, что указывает на наличие в ней генов Q и ингибитора образования остей (В1). Выделенные 40-хромосомные формы в основном были стерильны.

Гипо- и гиперанеуплоиды по своим фенотипическим признакам существенно различались между собой. В зависимости от хромосомного состава они обладали сходством либо с нуллисомными растениями, либо с моносомиками и сестринскими дисомиками. В состав данной группы вошли трисомики (2n=43), двойные моносомики (19” + 2’), нули-моносомики (19” + 1’), растения, имеющие на фоне генотипа с 17 и 18 бивалентами тройной набор одной хромосомы при гемизиготном состоянии двух других (17” + 1”’ + 2’ и 18” + 1”’ + 2‘). Кроме того, сюда же вошли два гаплоида, выделенные из моносомной популяции по хромосомам 7А и 5В. У одного из них (7А) 2n = 20.

Нуллисомные растения, выделенные цитологическим путем из популяции моносомных линий сорта Мильтурум 553

По результатам проведенных исследований в состав популяции моносомных линий входили дисомики (2n= 42), моносомики (2n= 41), нуллисомик (2n= 40), растения с телоцентрической хромосомой (2n= 40 + t), гипо- и гиперанеуплоиды. Процентное соотношение растений с различным уровнем плоидности их генотипов существенно варьировало по линиям (таблица).

Как видно из таблицы, наибольшее количество моносомиков наблюдалось в потомстве растений, моносомных по хромосомам 3D, 4D и 6D, а наименьшее – 2А, 3А и 4В. Спутничные хромосомы 1В и 6В, имевшие «критическое» положение у сорта Чайниз Спринг [7], в данном случае занимали промежуточное положение. В целом же сорт Мильтурум 553 имел более высокий процент выхода моносомиков, чем Чайниз Спринг. Так, если по данным К. Цуневаки [7] серия Чайниз Спринг включала в себя 70,1 % анеуплоидов данного типа, то у анализируемого сорта этот показатель составил 77,1 %.

Частота и типы анеуплоидных форм в потомстве самоопыленных моносомных линий сорта Мильтурум 553

Процентное содержание дисомиков (2n = 42) в популяции, как правило, находилось в обратно-пропорциональной зависимости от выхода моносомиков. Касаясь характеристики двух этих групп анеуплоидов, следует отметить, что как среди моносомиков, так и сестринских дисомиков встречались генотипы, которые в метафазе I мейоза имели гетероморфный бивалент. Причем, если для моносомной части популяции такие растения были единичными, то среди дисомиков они встречались довольно часто.

Линии моносомной серии сорта Мильтурум 553 в значительной степени различались между собой по выходу нуллисомиков (2n = 40). Необычайно высокая их частота (21,33 %) наблюдалась в потомстве моносомиков по 4В хромосоме. Фактически полученные данные в этом случае очень близки к теоретически ожидаемым расчетам, согласно которым при различном сочетании гамет 25 % должно быть 40-хромосомных растений. Исходя из этого, можно сделать вывод, что практически все мужские гаметы с недостающей одной хромосомой (4В) обладали функциональной активностью. Высокая частота их передачи через пыльцу свидетельствует о низком вкладе 4В в постмейотические процессы, а снижение выхода аналогичных женских гамет говорит об особой ее роли в процессах, предшествующих оплодотворению. Очевидно, эти два явления каким-то образом связаны между собой.

Кроме как по 4В хромосоме, значительное количество анеуплоидов данного типа наблюдалось в самоопыленном потомстве моно-7А (6,85 %), моно-7В (5,40 %) и моно-3В (7,79 %). Согласно таблице нуллисомные растения присутствовали во всех линиях генома А (кроме 4А). Подобные генотипы не были выделены по трем хромосомам генома В (2В, 5В, 6В) и ни по одной из хромосом генома D. Однако отсутствие нуллисомиков в данном материале вовсе не исключает возможность их появления в других случаях. Так из урожая полевого опыта дополнительно было выделено 40-хромосомные растения по линиям 6В, 4D и 6D.

Группа анеуплоидов, представленная в таблице под общим заголовком: «Растения с телоцентрической хромосомой», включает в себя монотелосомики (20" + t'), моноизосомик (20" + 1 изохромосома) и дителлосомики (20" + t"). Их появление связано с поперечным делением центромеры унивалентных хромосом, возникающем при макро- и микроспорогенезе. Чаще всего растения с телоцентриками наблюдались в случае гемизиготного состояния хромосом 5А (7,14 %) и 1В (5,63 %). Высокую частоту выщепления аналогичных форм имела имоносомная линия 4В. Причем 26,92 % растений ее дисомной части популяции обладали гетероморфным бивалентом. Генотипы с телоцентрическими хромосомами были выделены по 4 линиям генома А (1А, 2А, 4А, 5А), 5 линиям генома В (1В, 2В, 4В, 5В. 6В) и 2 линиям генома D (5D, 7D). Все представители пятой гомеологичной группы имели данный тип анеуплоидов.

Моносомики, дисомики, нуллисомики и растения с телоцентриками можно отнести к одной совокупности форм, происхождение которых связано с поведением унивалентной хромосомы. Совсем иную ассоциацию представляют гипо- и гиперанеуплоиды. Их возникновение являлось не только прямым следствием моносомного состояния исходного родителя, но и было вызвано нарушениями правильного расхождения парных хромосом. Более часто анеуплоиды второго типа встречались у линий генома А (табл.). Особое место в этом плане занимает 5А. Более 5% самоопыленного потомства данной линии составляли двойные моносомики. В их число входили и растения, у которых наряду с нормальным унивалентом, находилась в гемизиготном состоянии и телоцентрическая хромосома. Более значительную часть популяции (10 %) занимали генотипы, имеющие 19 хромосом в двойном наборе, 1 хромосому – в тройном наборе и один унивалент (19" + 1"' + 1'). Линии 5А принадлежат и формы со столь необычным набором хромосом как 18" + 1"' + 2' и 17" + 1"' + 1'. Их доля в общей совокупности растений моно-5А оказалась также высока и составила 4,29 %. По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что из всего проанализированного набора моносомная линия по хромосоме 5А обладала самым широким спектром анеуплоидных форм, что указывает на ее особое место в организации процесса деления клеток.

Таким образом, серия моносомных линий Мильтурум 553 наряду с общими закономерностями формирования различных анеуплоидных форм в самоопыленном потомстве имеет и свои особенности, которые должны учитываться при ее практическом использовании.

Библиографическая ссылка