Анеуплоидия в селекционно-генетических исследованиях пшеницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 616( 574) З 96

Анеуплоидия в селекционно-генетических исследованиях пшеницы

Зияева Г.К.

Аннотация

Ма?алада моносомалы? линиялар ар?ылы Кокбидай сорты мен 337 линияны? бурыл тат ауруына т?зімділігі зерттеліп, т?зімді гендер туралы жазыл?ан.

Ключевые слова

Ген, моносомная линия, локализация, устойчивость, пщеница, метод, селекция.

Ведущее место среди зерновых культур занимает пшеница. Она возделывается в различных природно - климатических регионах Казахстана. Это обстоятельство требует усиления работы по созданию и внедрению в производство сортов сельскохозайственных культур, устойчивых к неблагоприятным условиям внешный среды, отвечающих требованиям их возделывания.

Перевод селекции на научную основу связан с дальнейшим развитием теоретических и прикладных исследований, позволяющих более успешно решать важнейшие проблемы сельского хозяйства и биологической науки в целом. В связи с этим, значительно возрастает актуальность разработки генетических методов селекции зерновых культур на комплекс признаков - повышенная продуктивность, улучшенное качество зерна, высокая устойчивость к болезням и вредителям и т.д. Существующие традиционные методы, применяемые в этом направлении не дают должного эффекта. Данное обстоятельство объясняется тем, что методы общепринятого генетического анализа мягкой пшенице не позволяют отнести гены к определенной хромосоме вследствие сложной природы аллогексаплоида. Среди таких ограничений можно называть наличие дупликатных локусов в разных геномах, способных выполнять сходные функции, а также большое число групп сцепления, и малое число маркерных генов. В настоящее время наряду с традиционными матодами селекции, в повшении устойчевости пшеницы к стрессовым факторам большие надежды возлагаются на хромосомную инженерию. Этот метод позволяет более глубоко исследовать природу пшеницы, а именно локализовать гены в определенных хромосомах, установить число генов, контролирующих развитие данного признака, определить эффекты генов, и их аллельное взаимоотношение. Представление о локализации генов и вкладе отдельных хромосом в развитие того или иного селекционного признака дает моносомный анализ. Прикладное значение этого анализа состоит в возможности замещения отдельных хромосом мякой пшеницы на хромосомы другого сорта или вида. В этой связи создание серии моносомных линий по наиболее приспособленному к местным условиям популярному сорту и локализация генов, контролирующих хозяйственно-ценные признаки с последующим их использованием для совершенствования районированных и перспективных сортов, является актуальным вопрросом генетики и селекции пшеницы.

Исследования проведены в научно - производственном центре земледеления и растеневодства МСХ РК, отдел генофонда. Расположенные в зоне предгорий Заилийского Алатау в 25 км от г. Алматы. Высота над уровенем моря 740-800 м. Почвы светло-каштановые, суглинистые, содержание гумуса в верхнем горизонте достигает 3 %.

Средняя годовая температура 7,6°С. За 4 месяца средняя многолетная - 17,0°С с колебаниями по годам от 14,5°С до 19,4°С. Средняя многолетняя осадков за 4 месяца - 67,4 мм с колебаниями по годам от 22,0 мм до 86,9 мм., годовые количество осадков состовляет 414,5 мм с колебаниями от 310,7 до 539,2 мм. Распределение осадков неравномерное, в основном они выпадают в период апрель- начало июня. Максимальная температура воздуха в июле-августе достигает 40-42°С. В июне и июле наблюдаются суховеи. Продолжительность безморозного периода в среднем составляет 149 дней с колебаниями от 109 до 170 дней. Снеговой покров ложится в конце ноября-начале декабря, глубина его достигает 20-25 см, но бывают и малоснежные зимы с глубиной снегового покрова в 8-10 см ?Удольская, 1961?. Пшеницу размещали по занятому горохом пару.

После уборки парозанимающей культуры после перепахивали на глубину 25-27 см плугами с предплужниками с боронованием в агрегате и поддерживали в с чистом от состоянии до осени. За 10-15 дней до посева производили влагозарядковый полив. При подсыхании верхнего слоя почву обрабатывали лущильниками без отвала на глубину 7-8 см и бороновали.

Озимый посев производили в третьей декаде октября. Яровые высевали в конце апреля - начале мая без предпосевного полива. Посев проводили ручным способом. Площадь питания растения 150 смІ (15х10), глубина заделки семян 5-6 см. Большие делянки засевали из расчета 4 млн. зерн при яровом и 2-3 млн. на гектар - при озимом посеве. Перед уборкой с каждой делянки брали пробы для проведения снопового анализа. Для изучения селекционных параметров анализировалось по 25, а для генетического анализа по 200-300 растений с каждой делянки.

Мягкая зима позволяет в предгорной зоне Алматинской области проводить озимый посев как озимных, так и яровых форм пшеницы. Озимый посев обеспечивает лучшее развитие растений, повышает урожайность, создает возможность провадить гибридизацию более продолжительное время и скрещивать озимные формы с яровыми.

Объекты исследования: Серии моносомных и дисомных линий Чайниз Спринг (Ч.С.) - Tritirum aestivum L. var., Lutescens Al. (2n=42) полученные Е.Р. Сирсом, моносомные линии сортов Казахстанская 126 (Каз. 126) - Triticum aestivus L.var., ferrugineum (2n=42) - Н.Л.Удольской, К.К.Шулембаевой.

Цитологический анализ. Для проведения цитологического анализа растения фиксировали утром с 6 до 8 часов. Для фиксации использовали смесь Ньюкомера. При цитологических исследованиях идентификацировали моносомные и дисомные растения и кроме того, проводили наблюдения над правильностью процесса мейоза в материнских клетках пыльцы (МКП), отмечали нарушения в метафазе 1 (МІ), анафазе І (АІ) и в тетрадах. Нарушения в мейозе изучали по общепринятой методике Паушева.

Для скрещивания с целью получения F1 и последующих беккроссов использовали моносомные растения. Колосья фиксировали в смеси Ньюкомера. Микроспорогенез изучался на временных препаратах.

Для культуры пыльников использовали среду В-5 ?Gamborg, Evelenig, 1968? добавлением 2 мг?л 2,4 Д. Удвоение хромосомного набора гаплоидных растений проводили путем обработки их колхицином.

Оценку устойчивости к бурой ржавчине проводили по международной шкале Майнса.

Метод моносомного анализа. При проведении моносомного анализа сорт, по которому предстоит выявить генетический эффект отдельных хромосом в развитии определенного признака, скрещивается с каждой из 21 моносомных линий, используемых в качестве женского родителя. Из популяции дисомиков и моносомиков в поколении F1 цитологически идентифицируется и выделяются моносомные растения, у которых унивалентная хромосома происходит от исследуемого сорта- донора. Если дисомный родитель гомозиготен по рецессивному аллелю и рецессивный признак проявится в определенной линии в гемизиготном (моносомном) состоянии, то в этом случае данная линия F1 будет иметь рецессивный фенотип, в то время как другие 20 линий - доминантный. Таким образом, анализ моносомных растений в поколении F1 позволяет локализовать рецессивный ген, контролирующий исследуемый признак.

Локализацию доминантного гена в определенной хромосоме можно провести только в расщепляющемся поколении F2 по отклонению от ожидаемого отношения доминантных и рециссивных фенотипов. Если признак контролируется одним доминантным геном в подавляющем большинстве семей F2 будет наблюдаться расщепление по фенотипу в отношении 3:1. Если исследуемый признак контролируется двумя генами, то в поколении F2 будет наблюдаться расщепление по фенотипу в отношении 9:7 (9:3:3:1), 13:3 или 15:1.

Для анализа трех или большого числа генов нужно существенно увеличить количество особей F2 от скрещивания с каждой из моносомной линий. Потомства F2 резко отличающееся по соотношению выщепенцев от ожидаемого, позволяет выделить «критические хромосомы», несущие гены, которые оказывает влияние на проявление признака.

Изучением интрогрессивных линий по ряду хозяйственно-ценных признаков установлено достоверное отличие их от котрольного сорта (Казахстанская 3) по ряду ризнаков, лежащих в основе продуктивности: так интрогрессивная линия № 337 превосходила контрольный сорт по следующим элементам продуктивности - длине главного колоса, числу колосков в колосе, числу зерен в главном колосе, массе зерна в главном колосе и массе 1000 зерен. При выраженности указанных признаков у сорта Казахстанская 3-9,5 см; 18,3 шт; 41,8 шт; 1,7 гр. и 39,5 гр. у линии № 337 они составляли - 11,2 см; 19,3 шт; 44,8 шт; 1,9 гр; 42,2 гр., у линии № 338 - 9,9 см; 18,2 шт; 37,1 шт; 1,1 гр. и 38,0 гр. и линия №339 -9,4 см; 18,2 шт; 39,3 шт; 1,4 гр. и 37,8 гр. соответственно.

Анализ гибридов F1, полученных с участием линии №337, по признакам продуктивности - длине главного колоса (16,5 шт), числу колосков в колосе (23,8 шт), числу зерен в главном колосе (60,4 шт) массе 1000 зерен (45,0 гр.) указал на высокою комбинационную способность линии №337 и ее донорские способности.

Установлен эпистатический характер наследования морфологических особенностей изучаемых интрогрессивных линий - признаков опушения листовой поверхности и колоса и не аллельность генов опушения листа (НІІ) и опушения колоса (Нg) линии № 337 ранее установленным генам у сорта - Саратовской 29 и сортообразца Гостианум 88 соответственно. Исследуемые гены были аллельны, генам опушения листа и колоса яровой мягкой пшеницы Карашаш, выделенной также в процессе интрогрессивной селекции, где в качестве донора устойчивости к видам ржавчины был использован вид T.timopheevi.

Изучение гибридов F2 показало эпистатическое взаимодейстивие генов устойчивости к бурой ржавчине линии № 337 с генами - Lr9, Lr24, Lr29 изогенной серии сорта Тэтчер. Наследование признака устойчивости к бурой ржавчине линии №337 носило полимерный характер при скрещивании с генами Lr23 и Lr26 и моногенный с Lr19. Неаллельная природа генов устойчивости к бурой ржавчине интрогрессивной линии № 337, выявленная притесте на аллельивым с известными генами устойчивости сорта Тэтчер указало на его отличие от изучаемых генов. В этой связи ген устойчивости к бурой ржавчине линии № 337 был выделен как новый и обазначен как LrТ.

Таблица 1. Расщепление по устойчивости к бурой ржавчине популяции в F2 от скрещивания моно Казахстанская 126 х к-337 (в фазе флаг-листа)

Примечание: R-устойчивость, тип реакций “0”

S- неустойчвый, тип реакций “4”

* - Р<0,05; **- P<0,01; *** - Р<0,001

моносомный устойчивость клетка пшеница

У исследуемого материала медодом моносомного анализа определены хромосомы и локализованы гены, контролирующие признаки - устойчивость к бурой ржавчине, твердой головне, гибридному некрозу:

- ген устойчивости к бурой ржавчине линии 337, обозначенны как LrТ был локализован в хромосоме 5 А.. Достоверность локализации подтверждена методом «Хи-квадрат», проявление признака у моносомных растений по хромосоме 5А (xІ - 31,43) у контроля (хІ - 0,09).

- ген устойчивости к бурой ржавчине сорта Кокбидай был локализован в хромосоме 1В (хІ -21,78), а ген устойчивости к твердый головне в хромосомах 5 А (хІ - 12,44) и 2В (хІ -31,21) ген устойчивости к бурой ржавчине был обозначен как LrМ, а гены устойчивости к твердой головне как Вt16 и Вt17.

Таблица 2. Устойчивости к бурой ржавчине сорта Кокбидай

Примечание: * - Р<0,05; **- P<0,01; *** - Р<0,001

В процессе работы по локализации генов, контролирующих устойчивость к бурой ржавчине и твердой головне у гибридов F1 было отмечено явление гибридного некроза. В результате исследования установлена гомо - и гетерогенная природа (Ne2Ne2 и Ne2Ne2) сорта Кокбидай по генам гибридного некроза. Гены гибридного некроза (Ne2) сорта Кокбидай были локализованы в хромосомах 2В и 5А. В процессе изучения мейоза (стадии М1, А1 и тедрады) моносомных гибридов F1 с участием сорта Кокбидай, проводимого в ходе идентификации моносомных растений, установленно что контроль бивалентной коньюгации хромосом сорта Кокбидай осуществляется геном хромосом 5В.

Выделенные в процессе исследований продуктивные, устойчивые к бурой ржавчине и твердой головне интрогрессивные линии № № - 337, 338 и 339 были переданы в качестве идентифицированого генетического материала в одел генофонда и для использования в качестве ценного устойчевого исходного материала в одел селекции генетики, и семеноводства зерновых культур НПЦЗР МСХ РК.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Одинцова И.Г., Смирнова А.А., Михаилова Л.А., Анцилогова Л.К., Кузнецова Е.В. Идентификация генов устойчивости пшеницы к грибным заболеваниям (Методическое указания) // Ленинград. 1989. -С.34.

2. Паушева З.П., Фиксаторы, их состав и использование - Практикум по цитологии растений. -М.: Колос, 1970. -С.62-67.

3. Шулембаева К.К. Создание сери моносомных линий по сорту яровой мягкой пшеницы Казахстанская 126 и некоторые результаты моносомного анализа // Сб. Научню в зоне тр. Селекция и семеноводство полевых культур. Алма - Ата. 1981. -С. 83-92.

4. Шулембаева К.К. Состояние и прспективы работы с анеуплоидами яровой пшеницы в зоне дятельности Восточного селекцентра // Тез. V республиканской конф. «Физиологические основы повышения продуктивности и устойчивости зерновых культур». Целиноград. 1984. -С. 69.

Размещено на Allbest.ru