Клітинна селекція пшениці на стійкість до fusarium graminearum schwabe

Ключові слова: Triticum aestivum L., калюсна культура, Fusarium graminearum Schwabe, стійкість, культуральний фільтрат, клітинна селекція, сомаклональна мінливість, генетичний аналіз.

Волощук C.И. Клеточная селекция пшеницы на устойчивость к Fusarium graminearum Schwabe. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена разработке технологии создания, оценки и отбора селекционного материала пшеницы, устойчивого к фузариозу колоса, с использованием методов культуры іn vіtro на основе расширения генетической изменчивости.

В результате проведения комплекса экспериментальных работ было установлено токсическое действие культурального фильтрата (КФ) F. graminearum на разных уровнях организации растительного организма озимой мягкой пшеницы: субклеточном (возрастание проницаемости мембран, активности пероксидазы и ингибиторов протеолиза, ингибирование процессов фотосинтеза), клеточном (изменение площади ядер микрогаметофитов и содержания ДНК, снижение жизнеспособности клеток в суспензионной культуре), іn sіtu в культуре отсеченных колосьев (снижение фертильности пыльцы и завязываемости зерен), іn planta (угнетение роста проростков). Обнаруженная сортоспецифичность реакций по этим показателям послужила предпосылкой использования КФ как селективного фактора в культуре in vitro. Выявлено также зависимое от генотипа токсическое, генотоксическое и мутагенное действие КФ на каллусные культуры из незрелых зародышей пшеницы. Генотоксичекое действие КФ проявлялось в увеличении количества хромосомных аберраций, поврежденности аберрантных клеток, изменении соотношения фрагменты/ мосты, а также индукции СХО с высокой частотой. Процессы репарации СХО у устойчивого сорта протекали более интенсивно.

Были оптимизированы условия индукции каллусогенеза и регенерации в культуре незрелых зародышей пшеницы. Установлено, что на частоту каллусогенеза и регенерации влияют генотип, состояние экспланта, среда культивирования, содержание 2,4_Д, длительность периода субкультивирования. Признаки регенерационной способности контролируются аддитивно-доминантной системой с преобладанием эффектов доминирования, направленных на повышение частоты регенерации, и аддитивными эффектами, направленными на ее снижение. Признаки „частота появления эмбриогенного каллуса” и „количество стеблей на регенерирующий каллус” контролируются разными генетическими системами. В селективных условиях регенерационная способность зависит от генотипа и снижается при увеличении концентрации КФ в среде и экспозиции в соответствии с устойчивостью сорта к патогену. Генотипы с сильными отрицательными аддитивными эффектами из клеточной популяции элиминируются.

Разработаны и усовершенствованы критерии оценки и отбора клеточных линий на устойчивость к культуральным фильтратам. В присутствии КФ на этапе пролиферации каллусов по LD₉₅ можно было достоверно дифференцировать генотипы в соответствии с их полевой устойчивостью. Оптимальными для селекции была средняя сублетальная концентрация КФ 25-27 % и продолжительность периода субкультивирования с КФ 4 недели. Доля устойчивых вариантов при селекции іn vіtro на уровне пролиферирующего каллуса составляла порядка 10^-4, тогда как на уровне регенерирующего каллуса - до 10^-3. Отбор на клеточном уровне из генетически гетерогенного материала более эффективен, чем из сортового. Характер изменения величин генетических эффектов свидетельствует об элиминации на клеточном уровне неустойчивых к патогену генотипов.

Выявлено увеличение частоты и расширение диапазона сомаклональной вариабельности по качественным и количественным признакам при действии культуральных фильтратов и показана эффективность сочетания комбинационной, мутационной и сомаклональной изменчивости для получения устойчивых генотипов. Исследован генетический контроль компонентов устойчивости у отобранных in vitro вариантов и определена их комбинационная способность. Так, линия LF 48_08, полученной из сорта 80117, характеризовалась меньшим уровнем накопления ДОН и резистентностью к инфицированию семян. Устойчивость к болезни контролируется аддитивно-доминантной генетической системой. Эта линия отличалась по крайней мере одним локусом, гены которого неаллельны исходному сорту. У линий LF 04_11 и LF 18-12 возросли компоненты устойчивости, связанные с первичным проникновением патогена, ингибированием гифального роста и синтеза трихотеценов, или способностью к деградации ЗЕА. Сравнение характера наследования признаков свидетельствует об их различном генетическом контроле у исходных сортов Са 8055 и 80117.

Ключевые слова: Triticum aestivum L., устойчивость, каллусная культура, Fusarium graminearum Schwabe, культуральный фильтрат, клеточная селекция, сомаклональная изменчивость, генетический анализ.

Sergiy Voloshchuk. Cell line selection of wheat for resistance to Fusarium graminearum Schwabe. - Manuscript.

The thesis for PhD degree in Agriculture by specialty 03.00.15 - genetics. - Institute of Agroecology and Biotechnology of UAAS, Kyiv, 2006.

Dissertation is devoted to development of biotechnology of creation, estimation and selection of resistant to Fusarium head blight breeding material of wheat, using methods of tissue culture based on increasing genetic variability. We studied the action of toxic metabolites of Fusarium graminearum in vitro (on callus tissue, detached ears and mature pollen of wheat) and in vivo. Toxic, gene-toxic and mutagenic action of cultural filtrates on callus cultures derived from immature embryos of wheat are shown to be dependent on wheat genotype. Criteria of estimation and cell lines selection for resistance to cultural filtrates were developed and improved. We found that regeneration levels in immature embryo-derived culture of wheat under selective factor comply with disease resistance under field conditions. Under selective factor in hybrid populations the change of additive-dominant genetic effects and accumulation of resistant genotypes were obtained. The increase of frequency and range of somaclonal variability within some qualitative and quantitative traits under action of cultural filtrates was revealed. Efficiency of integrating combinative, mutational and somaclonal variability for development of resistant genotypes was shown. The genetic control of resistance components in the selected in vitro resistant variants was proved, and their high combining ability was ascertained.

Key words: Triticum aestivum L., resistance, callus culture, Fusarium graminearum Schwabe, cultural filtrate, cell line selection, somaclonal variability, genetic analysis.

Размещено на Allbest.ru