Генетично модифіковані толерантні до фосфінотрицину цукрові буряки як нова форма вихідного матеріалу для селекції

Встановлення особливостей використання генетично модифікованих фосфінотрицин-толерантних рослин цукрових буряків як вихідного матеріалу для селекційних програм. Оцінка фосфінотрицин-толерантних матеріалів. Ідентифікація трансгену методом ДНК-аналізу.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 22.04.2014
Размер файла 81,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут цукрових буряків

Українська академія аграрних наук

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

06.01.05. - селекція та насінництво

Генетично модифіковані толерантні до фосфінотрицину цукрові буряки як нова форма вихідного матеріалу для селекції

Сливченко Олег Андрійович

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі селекції Інституту цукрових буряків УААН та його Філіалi. Деякi експерименти зроблено у Plant Research International (м. Вагенiнген, Нiдерланди).

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, академік УААН, Роїк Микола Володимирович, Інститут цукрових буряків УААН, директор

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, академік НАН України і УААН, Созінов Олексій Олексійович, завідувач відділу агробіотехнології (Інститут агроекології та біотехнології УААН)

кандидат сільськогосподарських наук, Чемерис Ліна Миколаївна, завідувач відділу селекції поліплоїдних буряків (Білоцерківська ДСС, ІЦБ, УААН).

Провідна установа: Інститут картоплярства УААН, смт. Немішаєве.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Кірсанова Ю.В.

Анотація

цукровий буряк селекційний трансген

Сливченко О.А. Генетично модифіковані толерантні до фосфінотрицину цукрові буряки як нова форма вихідного матеріалу для селекції. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05. - селекція та насінництво. Інститут цукрових буряків УААН, Київ, 2001.

Фосфінотрицин-толерантні цукрові буряки являються цінним і перспективним вихідним матеріалом для селекційних досліджень. В процесі роботи автором ідентифіковано bar-трансген, який відповідає за стійкість фенотипу рослин до гербіциду, а також встановлено, що він успішно передається шляхом гібридизації і успадковується як домінантний, відповідно до генетичних закономірностей. Інтеграція даної конструкції в геномі стабільна, не позначується впливом на експресію функціональних та структурних генів і має додатковий характер.

Інтродукція bar-гену в гомозиготному стані у батьківському компоненті позначується повною фосфінотрицин-толерантністю одержуваних гібридів. Продуктивність та господарські ознаки трансгенних матеріалів залежать від їх генетичної цінності і не залежать від присутності трансгену у геномі рослин. Метод насичуючих схрещувань, постійний відбір за комплексом господарських властивостей і толерантністю фенотипу є ефективними заходами покращення відповідних показників.

Ключові слова: цукрові буряки, вихідний матеріал, гібрид, толерантність, генетична модифікація, трансген, фосфінотрицин, Баста.

Аннотация

Сливченко О.А. Генетически модифицированная фосфинотрицин-толетантная сахарная свекла как новая форма исходного материала для селекции. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.05. - селекция и семеноводство. - Институт сахарной свеклы УААН, Киев, 2001.

В диссертации представлены результаты исследований генетически модифицированной фосфинотрицин-толерантной сахарной свеклы с целью определения особенностей ее использования в качестве исходного материала в селекционном процессе.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что генетически модифицированная устойчивость к фосфинотрицину у исследуемых материалов сахарной свеклы обуславливается только ядерными факторами, а не цитоплазматическими. Подтверждено, что трансген наследуется как доминантный, в соответствии с генетическими закономерностями.

Методом ДНК-анализа подтверждено, что устойчивость данных растений к гербициду сплошного действия глюфосинат аммония (фосфинотрицин) обусловлена наличием в их геноме искусственно внедренной конструкции bar из гриба Streptomyces hygroscopicus, присутствие которой можно успешно идентифицировать, используя специфические праймеры РАТ-1 и PAT-2.

Уровень трансгенной экспрессии высокий и обеспечивает полную устойчивость растений к рекомендованной норме внесения препарата. Условия выращивания и количество проведенных скрещиваний не приводят к ее снижению.

Введенная в геном растений конструкция bar не влияет на экспрессию функциональных и структурных генов и имеет придаточный характер. Ею можно индуцировать как диплоидные многосемянные материалы, так и односемянные закрепители стерильности и МС форму. Установлено, что наличие bar-трансгена в гомозиготном состоянии у отцовского компонента обеспечивает полную устойчивость к гербициду получаемых гибридов.

В целом, использование трансгенных материалов сахарной свеклы требует разработки специальных селекционных схем. Относительно данного исходного материала, учитывая показатели его семянности, самой простой является схема поддержания трансгена в 2хММ компоненте, когда для переведения его в гомозиготное состояние необходимо получить F2 с последующим проведением анализирующих скрещиваний.

Для введения признака в материнский компонент гибрида, необходимо получить устойчивые материалы О-типа с последующим насыщением МС-линии. Однако, данная методика несколько усложняется необходимостью одновременного соединения как трансгенного признака, так и односемянности и закрепительной способности О-типа.

В процессе работы установлено, что продуктивность и хозяйственные признаки трансгенных материалов зависят от их генетической ценности и не зависят от наличия трансгена в геноме растений. Метод возвратных скрещиваний, постоянный отбор по комплексу хозяйственных свойств и толерантностью фенотипа являются эффективными приемами улучшения соответствующих показателей трансгенных исходных материалов.

Изучение bar-трансгена и продуктов его активности свидетельствует о безопасности биологического, экологического и токсикологического аспектов его использования. Существует возможность неконтролированного перехода трансгена в экологическую систему путем гибридизации с генетически совместимыми дикорастущими формами. Однако, толерантность к гербициду фосфинотрицин не дает преимущества трансгенным растениям в природных условиях. Существование в экологической системе bar-трансгена не является опасным, так как уровень конкурентной способности растений при этом не изменяется.

Ключевые слова: сахарная свекла, трансген, генетическая модификация, исходный материал, гибрид, толерантность, фосфинотрицин, Баста.

Summary

Slyvchenko O.A. Genetically modified phosphinotrycin-tolerant sugar beet as new kind of parental materials for breeding. Manuscript.

Dissertation for Candidate of Sciences degree on the specialised field 06.01.05 - breeding and seed growing. The Institute for Sugar Beet of the UAAS, Kiev, 2001.

Genetically modified phosphinotrycin-tolerant sugar beet is a valuable kind of parental material for breeding. Author identified bar-transgene, which is responsible for herbicide resistance of plants and observed it successful transmission by hybridisation. Transgene is stable and inherits as dominant gene, according to Mendelian law. It has not influents on expression of structural and functional genes and has only additional affect.

Using of homozygous pollinator will cause 100% tolerance in F1. Productivity and technological properties of transgenic materials depends from their genetic value. B-crosses and selection for high technological properties are sufficient methods of their improvement.

Key words: sugar beet, breeding, hybrid, tolerance, genetic modification, phosphinotrycin, Basta.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Традиційними методами досягнуто значних успіхів у селекції цукрових буряків. Проте, сучасне виробництво потребує гібриди з невластивими для рослин ознаками, які можливо індукувати лише штучно. Використання генетично модифікованих рослин у якості нового виду вихідного матеріалу для селекційних програм є надзвичайно перспективним напрямом досліджень. Забур'яненість посівів - один із основних факторів трудомісткості, втрат продуктивності та значного пестицидного пресингу на довкілля. А тому, проведення комплексного дослідження вихідних матеріалів з генетично модифікованою стійкістю до гербіциду суцільної дії фосфінотрицин є досить актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в 1998-2000 рр. в Інституті цукрових буряків (ІЦБ) УААН та у Філіалі інституту цукрових буряків (ФІЦБ), згідно завдання 01 “Розробити генетичні, біотехнологічні та фізіолого-біохімічні технології створення нових вихідних матеріалів цукрових буряків для селекції на гетерозис, стійких до комплексу несприятливих факторів”, складового Науково-технічної програми УААН “Цукрові буряки” на 1996-2000рр (реєстраційний номер 03.04-МВ/1196).

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження полягала у встановленні особливостей використання генетично модифікованих фосфінотрицин-толерантних рослин цукрових буряків як вихідного матеріалу для селекційних програм.

Для досягнення мети потрібно вирішити такі задачі:

- провести комплексну оцінку фосфінотрицин-толерантних матеріалів;

- встановити закономірності передачі і успадкування стійкості цукрових буряків до фосфінотрицину;

- ідентифікувати трансген методом ДНК-аналізу;

- адаптувати існуючі селекційні методики для роботи із трансгенними матеріалами;

- вивчити екологічні аспекти використання фосфінотрицин-толерантних цукрових буряків. Об'єкт дослідження. Генетично модифіковані рослини цукрових буряків.

Предмет дослідження. Толерантні до фосфінотрицину трансгенні матеріали цукрових буряків.

Методи дослідження. Для визначення основних напрямків досліджень і встановлення деяких екологічних аспектів використання фосфінотрицин-толерантних цукрових буряків провели ретельне вивчення і аналіз сучасної наукової літератури. Методом реципрокних та аналізуючи схрещувань досліджували закономірності передачі і успадкування стійкості трансгенних цукрових буряків до фосфінотрицину. Методом ДНК-аналізу ідентифікували трансген. Оцінку фенотипу та господарських характеристик матеріалів провели шляхом спостережень і безпосередніх вимірювань із послідуючим аналізом одержаних показників. Достовірність одержаних результатів перевірили методами статистичного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в Україні проведено глибоке комплексне дослідження генетично модифікованих рослин цукрових буряків. Теоретично обґрунтовані і практично доведені особливості передачі і успадкування фосфінотрицин-толерантності трансгенних цукрових буряків, встановлено додатковий характер даної властивості, розроблено рекомендації щодо використання матеріалів у селекційних програмах.

Вперше в Україні впроваджено ДНК-аналіз, як складову селекційної програми з цукровими буряками, удосконалено метод ізоляції ДНК культури і успішно ідентифіковано трансген.

Встановлена можливість неконтрольованого виходу трансгену в природне середовище шляхом вільного перезапилення із генетично сумісними дикими видами на насіннєвих посівах культури.

Практичне значення одержаних результатів. Створено вихідні селекційні матеріали толерантних до фосфінотрицину цукрових буряків на основі вітчизняних лiнiй. Серед них відібрано 5 ліній диплоїдних багатонасінних запилювачів, які передані відділу селекції ФIЦБ для подальшої селекційної роботи.

Особистий внесок здобувача. Дослідження по темі дисертації виконані здобувачем особисто.

За темою дисертації вивчено і систематизовано вітчизняну та зарубіжну літературу. На основі опанування сучасних методик селекційних досліджень ним особисто виконані польові та лабораторні експерименти, зроблено генетико-статистичний аналіз та висновки з отриманих даних.

Автор висловлює вдячність працівникам Інституту цукрових буряків та його Філіалу за допомогу у проведенні дослідів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації автор доповів на науково-виробничих нарадах лабораторії селекції (1998-2000рр.), на вченій раді Інституту цукрових буряків УААН (2001 р.) та на Міжнародній конференції “Селекція, насінництво і технологія вирощування цукрових буряків та інших культур бурякової сівозміни” (Київ, 2001 р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 5-ти наукових статтях у фахових виданнях, затверджених ВАК Українию.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 129 сторінках машинописного тексту, що містить 24 таблиці і 18 ілюстрацій. Текстова частина складається із вступу, 7 розділів, висновків, пропозицій для селекційної практики, 4 додатків. Список використаних джерел літератури містить 203 найменування, в тому числі 197 іноземних

2. Зміст роботи

Розділ 1. Генетична модифікація цукрових буряків (огляд літератури)

Проведено аналіз наукових праць з питань генетичної модифікації цукрових буряків. Узагальнення свідчать про те, що сучасні можливості щодо штучних змін у геномi рослин шляхом молекулярних маніпуляцій є кардинально новим напрямком наукових досліджень. Вчені пов'язують з ним великі надії щодо забезпечення постійно зростаючих вимог людства.

Встановлено особливості i розроблено дієві системи створення генетично модифікованих цукрових буряків. Одержано певні результати щодо екологічних аспектів їх впровадження. Проте, в літературі майже відсутня інформація щодо шляхів і результатів використання трансгенних матеріалів цукрових буряків у селекції.

Розділ 2. Умови, матеріали та методика досліджень

Дослідна робота проводилась безпосередньо у відділі селекції Інституту цукрових буряків УААН та на експериментальній базі його Філіалу протягом 1998 - 2000 років. Деякі лабораторні експерименти зроблено у Plant Research International (м. Вагенiнген, Нiдерланди).

ФІЦБ розташований на Правобережжі Дніпра, у зоні центрального Лісостепу України. Рельєф поверхні ґрунту, де розміщені поля сівозмін, переважно рівнинний та слабкохвилястий. Ґрунти - темно-сірі лісові, опідзолені, вилуговані, середньо-суглинисті, середньо-гумусні чорноземи із вмістом гумусу 2,7-3,5% і належать до високородючих.

Метеорологічні умови вегетаційного періоду за роки проведення досліджень були задовільними для вирощування цукрових буряків.

У якості вихідного матеріалу для виконання науково-дослідних робіт використали трансгенні, стійкі до гербіциду суцільної дії глюфосинат амонію (синтетичний аналог фосфінотрицину, відомий під марками Баста, Фінал, Радикал) рослини цукрових буряків. Також використано 4 багатонасінні диплоїдні номери, добрані за комбінаційною здатністю і продуктивністю, лінії ЧС та О-типу, генетично-сумісні дикоростучі види. Значне місце у роботі посідали одержані гібриди і індивідуальні добори з них. У якості нетрансгенного контролю використали гібрид Український ЧС 70.

Контрольовані парні схрещування здійснювали під плівковими ізоляторами у теплиці та бязевими у полі.

Визначення стерильності ЧС-матеріалів проводили за класифікацією Ф.Оуена (1945). Збирання насіння проводили індивідуально з кожного насінника. Ступінь роздільноплідності матеріалів, визначали на кожному насіннику шляхом безпосереднього підрахунку однонасінних клубочків та розділення насіння по фракціям за кількістю плодів у клубочку.

Визначення енергії проростання та схожості насіння проводили на фільтрувальному папері та у піску по методиці контрольно-насіннєвих лабораторій. Маса 1000 плодів визначалась шляхом зважування та підрахунку їх кількості у середніх пробах у триразовій повторності.

Відбір за фенотипом фосфінотріцин-толерантних особин проведено шляхом обприскування рослин розчином препарату Баста у фазу розвитку 2-3 пар справжніх листків, відповідно до D'Halluin et al. (1992) та R.D.Hall et al. (1996).

Дослідження ефективності використання рослинами сонячної енергії проводили за допомогою фотосинтез-метра EARS-PPM, а вмісту хлорофілу у листках - за допомогою хлорофіл-метра SPAD-502. ДНК-аналіз рослин проведено відповідно до R.D.Hall et al. (1996) з використанням специфічних праймерів. Перераховані дослідження виконувались на експериментальній базі Plant Research International (Нідерланди).

Випробування буряків першого року життя на продуктивність проводились по методиці сортовипробування, яка прийнята на всіх дослідно-селекційних станціях ІЦБ. Повторність - чотирикратна, ділянки трирядкові, залікова площа - 13,5м2, а розміщення рендомізоване.

Урожайність визначали шляхом зважування коренеплодів із усієї ділянки. Вміст цукру, калію і натрію визначали у 40-кореневих пробах методом "холодної дигестії" у поляризаційній лабораторії ФІЦБ на автоматичній лінії "Венема".

Визначення життєздатності пилку провели за методикою Г. Козубова (1965), фертильності та розміру пилкових зерен - за методикою Г. Ярмолюк та Е. Ширяєвої (1982).

Вивчення деяких біологічних особливостей рослин проведено шляхом фенологічних спостережень, аналізу і описування. Одержані експериментальні дані оброблені відповідно до Б.А. Доспєхова (1963).

Детальніший опис деяких інших методик, що використали при проведеннi досліджень, наведено у відповідних розділах роботи.

Розділ 3. Закономірності успадкування і передачі ознаки толерантності до фосфінотрицину трансгенних цукрових буряків

З метою вивчення закономірностей успадкування генетично модифікованої ознаки ми одержали перше покоління (F1) у результаті парних схрещувань вихідних трансгенних матеріалів із лініями багатонасінних цукрових буряків (2хММ), що є добрими за загальною комбінаційною здатністю запилювачами.

Проведені дослідження свідчать, що стійкість до дії гербіциду Баста обумовлюють не цитоплазматичні, а ядерні фактори, підтвердженням чого є можливість її передачі шляхом звичайних схрещувань (табл. 1).

Таблиця 1. Успадкування фосфінотрицин-толерантності нащадками першого покоління, вирощених із насіння вітчизняних матеріалів 2хММ цукрових буряків (пряма комбінація) (1998рік)

Комбінації схрещування

Число рослин

реципієнт:

2хММ гібридів

донор ознаки

до обробітку

загинуло

толерантних

поле

теплиця

поле

теплиця

поле

теплиця

шт.

%

шт.

%

шт.

%

шт.

%

шт.

%

шт.

%

Уманський ЧС 76:

1354

1328

18

100

42

100

14

77,8

34

81,0

4

22,2

8

19,1

1390

1407

65

100

16

100

36

55,4

8

50,0

29

44,6

8

50,0

Разом

-

83

100

58

100

50

60,2

42

72,4

33

39,8

16

27,6

Ювілейний:

1367

1372

72

100

35

100

64

88,9

32

91,4

8

11,1

3

8,6

1374

1391

31

100

9

100

25

80,7

9

100,0

6

19,4

0

0,0

Разом

-

103

100

44

100

89

86,4

41

93,2

14

13,6

3

6.8

Український ЧС70:

1376

1392

47

100

36

100

32

68,1

26

72,2

15

31,9

10

27,8

1380

1403

69

100

52

100

62

89,9

47

90,4

7

10,1

5

9,6

Разом

-

116

100

88

100

94

81,0

73

82,3

22

19,0

15

17,1

Верхняцький 038:

1359

1327

75

100

46

100

67

89,3

40

87,0

8

10.7

6

13,0

1371

1387

64

100

60

100

35

54,7

32

53,3

29

45,3

28

46,7

Разом

-

139

100

106

100

102

73,4

72

67,8

37

26,6

34

32,1

ВСЬОГО

-

441

100

296

100

335

76,0

228

77,0

106

24,0

68

23,0

Разом у полі і у теплиці: шт.

%

-

-

737

100

563

76,4

174

23,6

Контроль

108

100

71

100

108

100

71

100,0

0

0,0

0

0,0

Виявлена взаємна невідповідність співвідношення кількості нестійких і фосфінотрицин-толерантних рослин між окремими комбінаціями. Так, найбільша частка стійких особин, як у польових випробуваннях, так і у теплиці, спостерігалась по комбінаціях 2 (відповідно 44,6% та 50,0%) і 8 (відповідно 45,3% та 46,7%), а найменша - по комбінаціях: 3 (відповідно 11,1% та 8,6%); 4 (відповідно 19,4% та 0,0%); 6 (відповідно 10,7% та 13,0%); 7 (відповідно 10,7% та 13,0%).

Деталізуючи аналіз у межах комбінацій із генетично однорідними рослинами реципієнта, можна відмітити вплив генотипу вихідних трансгенних матеріалів. Спостерігається значна різниця частки стійких особин між комбінаціями: 5 (у польових випробуваннях - 31,9% і у теплиці - 27,8%) та 6 (відповідно 10,1% та 9,6%); 7 (у польових випробуваннях - 10,7% і у теплиці - 13,0%) та 8 (відповідно 45,3% та 46,7%). Також існує вплив генотипу реципієнта на результати елімінації трансгенної властивості. У межах комбінацій, де в якості реципієнта використані матеріали запилювача гібриду Уманський ЧС 76, частка стійких особин у дослідженнях у польових умовах і в теплиці відповідно становила разом 39,8% та 27,6%; запилювача гібриду Верхняцький 038 - відповідно 26,6% і 32,1%; тоді як по комбінаціях із матеріалами запилювача гібриду Ювілейний - відповідно 13,6% та 6,8%.

Іншою причиною спостережуваних відхтлень може бути часткове самозапилення рослин реципієнта через певне неспівпадання строків цвітіння компонентів схрещувань (крім комбінацій 2;5;8) і недостатню кількість утвореного пилку рослинами трансгенних вихідних матеріалів.

Результати випробувань нащадків від зворотних схрещувань цих же комбінацій, дещо відрізняється від прямих комбінацій (табл. 2).

Таблиця 2. Успадкування фосфінотрицин-толерантності нащадками першого покоління, вирощених з насіння рослин донорів (зворотна комбінація) (1998 рік)

Комбінації

Кількість рослин

Но*

2

реципієнт

донор

до обробітку

загинуло

толерантних

шт.

%

шт.

%

шт.

%

1328

1354

340

100

93

27,4

247

72,6

1:1

84,7000

1327

1359

75

100

30

38,7

45

61,3

1:1

3,0000

1372

1367

37

100

22

59,5

15

40,5

1:1

1,3243

1387

1371

67

100

39

58,2

28

41,8

1:1

1,8060

1391

1374

62

100

34

54,8

28

45,2

1:1

0,5806

1399

1376

28

100

13

46,4

15

53,6

1:1

0,1429

1403

1380

33

100

15

45,5

18

54,5

1:1

0,2727

1407

1390

50

100

27

54,0

23

46,0

1:1

0,3200

Разом

692

100

272

39,3

420

60,7

-

-

Примітки:

1. Но* - теоретично очікуване співвідношення між нестійкими і толерантними рослинами;

2. Максимально допустиме значення 205 = 3,84 ; 201 = 6,63.

У межах кожної окремої родини, виявили відносно рівне співвідношення між кількістю нестійких і фосфінотрицин-толерантних нащадків (крім комбінації 1 - залишилось неушкодженими 72,6%). Це свідчить про гетерозиготність вихідних трансгенних матеріалів за домінантним трансгеном. Відповідно із генетичними закономірностями, у даному випадку між рослинами що загинули і стійкими співвідношення у F1 має становити 1:1. Провівши математичний аналіз, ми підтвердили його достовірність по всіх комбінаціях, крім 1. Деяке розходження фактично одержаних показників із теоретично очікуваними у цьому випадку можна пояснити схильністю до самозапилення даного номера донора стійкості і більш значним неспівпаданням строків цвітіння компонентів схрещування.

Слід зазначити, що використовуваний у нашій роботі та у науковій практиці термін про гетерозиготність генетично модифікованих матеріалів за трансгеном є загально прийнятим, проте умовним, так як конструкція є штучно і додатково введеною у геном. Більш точним у такому випадку є твердження, що єдина відповідна конструкція локалізована в одній хромосомі.

Наступне покоління одержали шляхом аналізуючих схрещувань стійких нащадків із ЧС лінією 2039 (табл. 3), а також провели сестринські схрещування.

Таблиця 3. Успадкування фосфінотрицин-толерантності нащадками аналізуючих схрещувань (1999 рік)

Комбінація схрещування

Число рослин

Но*

2

до обробітку

загинуло

толерантних

шт.

%

шт.

%

шт.

%

2039 x (1354x1328)

87

100

39

44,8

48

55,2

1:1

0,9411

2039 x (1390x1407)

92

100

41

44,6

51

55,4

1:1

1,1000

2039 x (1359x1327)

73

100

39

53,4

34

46,6

1:1

0,2890

2039 x (1371x1387)

89

100

51

57,3

38

42,7

1:1

1,9403

2039 x (1367x1372)

75

100

33

43,5

42

56,5

1:1

1,0958

2039 x (1374x1391)

68

100

40

58,8

28

41,2

1:1

2,1857

2039 x (1376x1399)

96

100

55

57,3

41

42,7

1:1

2,0860

2039 x (1380x1403)

81

100

35

43,2

46

56,8

1:1

1,0188

Контроль

79

100

79

100

0

0,0

-

-

Примітки:

1. Но* - теоретично очікуване співвідношення між нестійкими і толерантними рослинами;

2. Максимально допустиме значення 205 = 3,84; 201 = 6,63.

Результати свідчать про те, що генетично модифікована ознака фосфінотрицин-толерантності цукрових буряків, обумовлена тільки ядерними факторами, а не цитоплазматичними. Це переконливо доведено можливістю її успішної передачі проведеними схрещуваннями із ЧС лінією. Крім того, трансген успадковується як домінантний. Відсоток фосфінотрицин-толерантних і нестійких рослин по кожній комбінації свідчить про відносно рівне співвідношення між їх кількістю. Якщо стійкість фенотипу обумовлюється наявністю у геномі рослин єдиного домінантного гену, співвідношення між нестійкими і фосфінотрицин-толерантними особинами має становити 1:1. Проведений математичний аналіз підтвердив достовірність даного припущення. Кількість проведених схрещувань і генотип реципієнта не позначились зменшенням рівня трансгенної експресії - одержані стійкі нащадки не проявляли жодних візуальних симптомів пошкоджень чи порушень у рості та розвитку.

Паралельно відповідними схрещуванням встановили можливість передачі трансгену у генотип закріплювача стерильності, що також стабільно інтегрується без зміни експресії. Таким чином, вплив генотипу реципієнта на механізм успадкування не простежується, а результати проведених схрещувань доводять можливість концентрації фосфінотрицин-толерантності і у материнському компоненті при створенні гібридів генетично модифікованих цукрових буряків.

Приблизно 70%-80% нащадків по кожній комбінації сестринських схрещувань проявили толерантність (табл. 4).

Таблиця 4. Успадкування фосфінотрицин-толерантності у нащадків, одержаних внаслідок сестринських схрещувань (1999рік)

Походження

Комбінація

Число рослин

Но*

2

до обробітку

загинуло

толерантних

шт.

%

шт.

%

шт.

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1354 х 1328

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в3 х в4

в4 х в3

Разом

238

226

464

205

212

417

100

100

64

66

130

57

60

117

28,0

28,1

174

160

334

148

152

300

72,0

71,9

1:3

1:3

2,2529

2,0792

1390 х 1407

в3 х в4

в4 х в3

Разом

в5 х в6

в6 х в5

Разом

198

185

383

241

211

452

100

100

51

53

104

72

53

125

27,2

27,7

147

132

279

169

158

327

72,8

72,3

1:3

1:3

0,9707

1,6991

1359 х 1327

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в3 х в4

в4 х в3

Разом

236

225

461

235

184

419

100

100

69

61

130

49

44

93

28,2

22,2

167

164

331

186

140

326

71,8

77,8

1:3

1:3

2,5169

1,7573

1371 х 1387

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в3 х в4

в4 х в3

Разом

172

185

357

230

195

425

100

100

47

52

99

68

53

121

27,7

28,5

125

133

258

162

142

304

72,3

71,5

1:3

1:3

1,4208

2,7301

1367 х 1372

в3 х в4

в4 х в3

Разом

в5 х в6

в6 х в5

Разом

243

179

422

157

172

329

100

100

52

44

96

45

46

91

22,7

27,7

191

135

326

112

126

238

77,3

72,3

1:3

1:3

1,1407

1,2412

1374 х 1391

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в3 х в4

в4 х в3

Разом

234

167

401

159

183

342

100

100

58

50

108

36

39

75

26,9

21,9

176

117

293

123

144

267

73,1

78,1

1:3

1:3

0,7988

1,7193

1376 х 1399

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в3 х в4

в4 х в3

Разом

237

190

427

249

221

470

100

100

62

53

115

61

45

106

26,9

22,6

175

137

312

188

176

364

73,1

77,4

1:3

1:3

0,8501

1,5007

1380 х 1403

в1 х в2

в2 х в1

Разом

в5 х в6

в6 х в5

Разом

241

177

418

166

142

308

100

100

48

43

91

45

44

89

21.8

28,9

193

134

327

121

98

219

78,2

71,1

1:3

1:3

2,3253

2,4935

Контроль

157

100

157

100

0

0,0

-

-

Примітки:

1. Но* - теоретично очікуване співвідношення між нестійкими і толерантними рослинами;

2. Максимально допустиме значення 205 = 3,84; 201 = 6,63.

Враховуючи гетерозиготність матеріалів F1 за трансформованим геном, у результаті проведених схрещувань теоретично ми одержали генотипи: нетрансгенний, гетерозиготний і гомозиготний за геном стійкості, у співвідношенні 1:2:1. За фенотипом нетрансгенні рослини виділили, провівши обприскування гербіцидом. При цьому вони загинули. Тому співвідношення між кількістю нестійких і фосфінотрицин-толерантних особин має становити 1:3. Проведений математичний аналіз одержаних результатів підтвердив його достовірність. Таким чином, трансген стабільно передається шляхом гібридизації і успадковується як домінантний.

F2 теоретично являє суміш гомозиготних і гетерозиготних за домінантним трансгеном багатонасінних фертильних рослин у співвідношенні 1:2. Фенотипічно ці генотипи не відрізняються. Тому провели аналізуючі схрещування їх із ЧС лінією (табл. 5).

Нащадки п'яти комбінацій із одержаних 17 виявились повністю толерантними. У даному випадку можна стверджувати про те, що відповідні рослини запилювачі (F2: 1390х1407 в2, 1359х1327 в1, 1367х1372 в1, 1374х1391 в2, 1376х1399 в1) виявились гомозиготними за домінантним трансгеном. Рівень трансгенної експресії у всіх одержаних рослинах є цілком достатнім для забезпечення стійкості їх фенотипу. Достовірність частки гомозиготних запилювачів підтвердили математичним аналізом: критерій 2 = 0,1176.

Можна зробити загальний висновок, що використання трансгенних матеріалів цукрових буряків у селекції передбачає розробку спеціальних схем. Проведеними схрещуваннями доведено можливість успішної інтродукції толерантності у багатонасінні диплоїдні матеріали, ЧС форму та лінії О-типу. Стосовно даного вихідного матеріалу, враховуючи показники його роздільноплідності, найпростішою є схема підтримки трансгену у компоненті 2хММ, коли для його переведення у гомозиготний стан достатньо одержати F2. Подальше проведення аналізуючих дозволяє виділити гомозиготні особини.

Таблиця 5. Кількість і частка фосфінотрицин-толерантних рослин у нащадків від схрещувань ЧС лінії із трансгенними 2хММ F2 (2000 рік)

Комбінації

Число рослин

Но*

2

ЧС лінія 2039

F2: 2хММ

до обробітку

загинуло

толерантних

шт.

%

шт.

%

шт.

%

В1

1354х1328 В1

122

100

54

44,3

68

55,7

1:1

1,6066

В2

-//- В2

115

100

57

49,6

58

50,4

1:1

0,0087

В3

1390х1407 В1

106

100

59

55,7

47

44,3

1:1

1,3585

В4

-//- В2

124

100

0

0

124

100

0:1

0,0000

В5

-//- В3

104

100

44

42,3

60

57,7

1:1

2,4615

В6

1359х1327 В1

129

100

0

0

129

100

0:1

0,0000

В7

-//- В2

137

100

65

47,4

72

52,6

1:1

0,3577

В8

1371х1387 В1

126

100

68

54,0

58

46,0

1:1

0,7937

В9

-//- В2

138

100

74

53,6

64

46,4

1:1

0,7246

В10

1367х1372 В1

135

100

0

0

135

100

0:1

0,0000

В11

-//- В2

109

100

60

55,0

49

45,0

1:1

0,7431

В12

1374х1391 В1

111

100

52

46,8

59

53,2

1:1

0,4414

В13

-//- В2

121

100

0

0

121

100

0:1

0,0000

В14

1376х1399 В1

95

100

0

0

95

100

0:1

0,0000

В15

-//- В2

141

100

62

44,0

79

56,0

1:1

2,0496

В16

1380х1401 В1

133

100

71

53,4

62

46,6

1:1

0,6090

В17

-//- В2

98

100

43

43,9

55

56,1

1:1

1,4694

Контроль

127

100

127

100

0

0

-

-

Примітки:

1. Но* - теоретично очікуване співвідношення між нестійкими і толерантними рослинами;

2. Максимально допустиме значення 205 = 3,84; 201 = 6,63.

Для введення ознаки у материнський компонент гібриду потрібно одержати толерантні матеріали О-типу із послідуючим насиченням ЧС-лінії. Проте, дана методика дещо ускладнена необхідністю одночасного поєднання як трансгенної властивості, так і роздільноплідності та закріплювальної здатності О-типу.

Розділ 4. ДНК-аналіз фосфінотрицин-толерантних матеріалів цукрових буряків

Дані дослідження займають особливе місце в роботі, так як вперше в Україні використано ДНК-аналіз як складову селекційного процесу у цукрових буряків. Метод дозволяє проводити широкомасштабні генетичні дослідження великої кількості ліній (екземплярів) протягом короткого проміжку часу і надає можливість безпосереднього порівняння генотипу індивідуальних рослин, запобігаючи впливу оточуючого середовища на генну експресію, підвищуючи ефективність відбору. Крім того, його можна використовувати на ранніх стадіях розвитку рослин, заощаджуючи час на створення нових гібридів, а також для одночасного поєднання у матеріалах кількох цінних ознак.

У процесі роботи удосконалена методика ізоляції ДНК культури, яка забезпечує високий вихід ДНК доброї якості. За допомогою специфічних праймерів РАТ-1 (5'-AGATTAGGCCAGCTACAGCAGCTGATA) і PAT-2 (5'-GCCTTGGAGGAGCTGGCAACTCAA AAT) ідентифіковано bar-трансген. Однакова довжина одержаного фрагменту ампліфікації (500 bp) свідчить про його ідентичність як у вихідної лінії, так і у стійких нащадках. Аналіз переконливо доводить, що толерантність фенотипу обумовлена саме наявністю bar-трансгену у геномі рослин, що стабільно успадковується.

Виходячи із результатів цих та попередніх досліджень, можна рекомендувати дві селекційні схеми одержання гібридів трансгенних фосфінотрицин-толерантних цукрових буряків на ЧС основі. Перша передбачає інтродукцію bar-трансгену, як стабільну властивість, у диплоїдний запилювач і підтримку його у гомозиготному стані. Вона застосовується для створення диплоїдних гібридів. Друга базується на інтродукції трансгену у материнському компоненті гібридів. При цьому інбредна ЧС лінія і інбредний закріплювач стерильності мають бути гомозиготними за інтегрованим bar-трансгеном і тільки за умовою повністю однакової позиції у геномі. Використовувати дану схему можна для створення диплоїдних і триплоїдних гібридів на ЧС основі.

Розділ 5. Морфологічні, цитологічні та біологічні особливості фосфінотрицин-толерантних цукрових буряків

Аналізуючи одержані результати в цілому, ми не виявили істотних розбіжностей при порівняльній оцінці деяких морфологічних властивостей фосфінотрицин-толерантних і нетрансгенних матеріалів. Цитологічними дослідженнями певна різниця встановлена по фертильності і життєздатності пилку, що може бути спричинено наявністю bar-трансгену у геномі рослин. Проте, на одержані результати може мати вплив і генотип донорів властивості. Так, варіювання відповідних показників у різних сортів культури доведено у роботах Е.Ширяєвої (1966). Незважаючи на це, пилок фосфінотрицин-толерантних рослин цукрових буряків характеризується досить високою фертильністю (86,2 %) і життєздатністю (92,8).

Визначення ефективності використання рослинами сонячної енергії провели за допомогою фотосинтез-метра EARS-PPM, а вмісту хлорофілу на одиницю листкової поверхні - за допомогою хлорофіл-метра SPAD-502. Виходячи із одержаних результатів, можна зробити висновок, що використання рекомендованої дози гербіциду у селекційній роботі із фосфінотрицин-толерантними матеріалами цукрових буряків немає наслідків стресового фактору для рослин. При використанні препарату генетично модифіковані матеріали мають значну перевагу над нестійкими, не проявляючи симптомів деструктивного впливу препарату. Виявлене зменшення ефективності використання сонячного світла (на 3% через 1 день після обприскування гербіцидом) і вмісту хлорофілу у їх листках (на 1,3 мкг/см.кв через 4 дні) свідчить про певний вплив фосфінотрицину, проте величина показників вцілому значно вища стресового рівня (у нестійких матеріалів відповідні показники зменшились на 34,2% та 8,7 мкг/см.кв).

Порівнюючи фосфінотрицин-толерантні і нестійкі матеріали без застосування препарату, ми не виявили істотної різниці між відповідними показниками (трансгенні: ефективність використання сонячного світла - 76,1-78,9% і вміст хлорофілу - 27,5-28,8 мкг/см. кв; нестійкі: відповідно - 74,8-78,4% і 27,2-28,6 мкг/см. кв) Це свідчить про відсутність впливу трансгену на експресію відповідних функціональних та структурних генів і додатковий характер обумовленої ним властивості. Ідентичність впливу на досліджувані матеріали суміші звичайних гербіцидів підкреслює специфіку стійкості, утвореної bar-геном.

Розділ 6. Характеристика трансгенних фосфінотрицин-толерантних матеріалів, створених із використанням ліній вітчизняної селекції

У даному розділі висвітлені результати досліджень основних господарсько цінних властивостей. Одержані на основі вітчизняних селекційних номерів трансгенні запилювачі мають хорошу насіннєву продуктивність (97-157 гр. з рослини), а показники якості їх насіння знаходяться в межах існуючих нормативів (схожість - 91,6-97,0%; енергія - 82,2-88,8%). Рівень відповідних показників одержаних пробних фосфінотрицин-толерантних гібридів відповідає вимогам стандартів для насіння цукрових буряків.

Важливою особливістю будь-яких матеріалів є їх стійкість до найбільш поширених і потенційно небезпечних хвороб - коренеїду, борошнистої роси, церкоспорозу, вірусної жовтяниці та гнилей коренеплодів. Рівень ураженості хворобами фосфінотрицин-толерантних матеріалів вцілому дещо вищий, ніж у стандарту, але значно нижчий, ніж у нестійких матеріалів. Проте, ряд номерів проявили хорошу стійкість до церкоспорозу (F2:1374х1391), вірусної жовтяниці (F2:1359х1327), гнилей коренеплодів (F2:1371х1387), що має важливе значення для їх подальшого використання у селекційному процесі.

Особливу увагу приділили дослідженню продуктивності трансгенних матеріалів. Внаслідок гібридизації вихідних рослин-донорів з хорошими за комбінаційною здатність запилювачами вітчизняної селекції, ми одержали покоління, що і було першим об'єктом дослідження (табл. 6).

Результати свідчать, що найкращою врожайністю і збором цукру з гектара (335,6 ц/га і 52,4 ц/га відповідно) відзначилась комбінація 1380х1403. Дещо нижчі показники були у 1374х1391 (331,4 ц/га і 51,0 ц/га). Та у порівнянні із груповим стандартом, матеріали проявили значно нижчу продуктивність - рівень урожайності найкращої комбінації становить 87,2%, а збір цукру - 84,0%. Найнижчі показники - у 1376х1392, що становлять 80,1% і 76,6% відповідно за збором коренеплодів і цукру від групового стандарту. Одержані результати можна пояснити низькими господарськими властивостями генотипу рослин-донорів.

Таблиця 6. Продуктивність матеріалів, одержаних від гібридизації рослин-донорів 2хММ (1999 рік)

Комбінації

Урожай коренеплодів, ц/га

Цукрис-тість, %

Збір цукру, ц/га

Від групового стандарту, %

урожай корене-плодів

цукристість

збір цукру

1354х1328

325,4

15,6

50,7

84,5

96,9

81,3

1390х1407

316,5

15,2

48,1

82,2

93,8

77,1

1367х1372

311,9

15,5

48,3

81,0

95,7

77,4

1374х1391

331,4

15,4

51,0

86,1

95,0

81,8

1376х1392

308,4

15,5

47,8

80,1

95,7

76,6

1380х1403

335,6

15,6

52,4

87,2

96,3

84,0

1359х1327

322,2

15,3

49,3

83,7

94,4

79,0

1371х1387

309,5

15,7

48,6

80,4

96,9

77,9

НІР05

9,96

0,43

1,03

-

-

-

Методом насичуючих схрещувань одержали наступне покоління фосфінотрицин-толерантних рослин. Аналогічно провели дослідження його продуктивності (табл. 7).

Таблиця 7. Продуктивність трансгенних матеріалів після проведеного насичуючого схрещування (2000 рік)

Матеріали

Урожай коренепло-дів, ц/га

Цукрис-тість, %

Збір цукру, ц/га

Від групового стандарту, %

урожай корене-плодів

цукристість

збір цукру

БК-1354х1328

535,4

13,5

72,3

95,6

97,1

92,9

БК-1390х1407

530,2

13,6

72,1

94,7

97,8

92,7

БК-1367х1372

518,9

13,6

70,6

92,7

98,6

90,8

БК-1374х1391

540,2

13,6

73,5

96,5

97,8


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.