Успадкування забарвлення пелюсток квіток у гірчиці сизої

Размещено на http://www.allbest.ru/

Успадкування забарвлення пелюсток квіток у гірчиці сизої

В.М. Журавель, К.В. Ведмедева, Г.І. Буділка, Г.В. Вендель

Інститут олійних культур НААН

У статті наведено результати досліджень з встановлення характеру успадкування світло-жовтого та кремового забарвлення пелюсток квіток гірчиці сизої. Встановлено, що кремове забарвлення пелюсток квіток гірчиці сизої у сортів Дижонка та Ретро обумовлено одним геном у рецесивному стані, а блідо-жовте забарвлення пелюсток квіток гірчиці сорту Світлана обумовлено іншим геном у рецесивному стані. Отримані розщеплення 12:3:1 вказують на наявність епістатичної взаємодії генів, що обумовлюють кремове та блідо-жовте забарвлення.

Ключові слова: ген, гірчиця, забарвлення пелюсток, схрещування, успадкування.

Вступ. Гірчиця - цінна багатопрофільна олійна культура. Вона представлена трьома видами родини Brassicaceae: гірчиця сиза (сарептська) (Brassica juncea Czern.) гірчиця біла (Brassica alba L.) та гірчиця чорна (Brassica nigra Koch.) які мають багато спільних морфологічних та біологічних ознак, а видова відмінність пов'язана з різним їх походженням (Mahmudur et al, 2018). Найбільш поширеною є гірчиця сиза. Занесені до Реєстру вітчизняні сорти даного виду слабко відрізняються між собою, хоча на сьогодні гостро стоїть питання захисту прав інтелектуальної власності. Науковцям Інституту олійних культур НААН, застосовуючи хімічний мутагенез, вдалося створити сорти гірчиці з відмінними морфологічними ознаками, наявність яких сприяє легкій їхній ідентифікації. Сорти гірчиці сизої Ретро, Дижонка та Світлана характеризуються відмінним - кремовим та світло-жовтим забарвленням пелюсток квіток, не типовим для гірчиці сизої (Zhuravel 2011).

Морфологічними маркерами у гірчиці у першу чергу є забарвлення пелюсток квіток та насіння (Jianjun Zhao 2007). Генетику забарвлення пелюсток квіток гірчиці вивчають вже близько 70 років. Спочатку було встановлено наявність білого забарвлення пелюсток квіток у різних видів гірчиці. У гірчиці сизої (Brassica juncea Czern.) воно контролюється рецесивним станом двох незалежних генів (Singh et al. 1968), а у іншого виду Brassica carinata було вказано як на моногенний (Getinet et al. 1993) так і на дигенний контроль білого забарвлення пелюсток квіток (Heyn 1973). Пізніше було проведено дослідження з використанням молекулярних маркерів генів Bjpc1 та Bjpc2, які обумовлюють біле забарвлення пелюсток квіток і визначено молекулярні маркери та місце знаходження генів на хромосомі A02 Brassica rapa. (Xiangxiang et al. 2018; Zhang et al. 2018).

Метою нашого дослідження було встановлення характеру успадкування ознаки забарвлення пелюсток квіток у сортів гірчиці сизої.

Матеріали та методи досліджень. У якості матеріалу було використано сорти гірчиці сизої селекції Інституту олійних культур НААН - Ретро, Дижонка, Світлана, Деметра, Пріма, Мрія та Тавричанка з різним забарвленням пелюсток квіток. Забарвлення пелюсток квіток у сортів Дижонка та Ретро позначено нами як кремове, у сорту Світлана - блідо-жовте, сорти гірчиці Пріма, Деметра, Тавричанка та Мрія мали звичайне золотисто-жовте забарвлення квіток.

Для встановлення характеру успадкування ознаки забарвлення пелюсток квіток проведено схрещування з використанням ручної кастрації та подальшим запиленням пилком батьківських компонентів з використанням індивідуальних ізоляторів. Насіння гібридів гірчиці, отримане з кожного ізолятора, висівали окремо на одно- дворядкових ділянках та вирощували за звичайною технологією.

Оцінку забарвлення квіток гірчиці проводили візуально, порівнюючи з забарвленням квіток батьківських компонентів. Статистичну достовірність встановлювали за допомогою критерія Пірсона ^акіп 1990).

Результати досліджень та їхнє обговорення. Відмінне забарвлення пелюсток квіток - кремове та світло-жовте у гірчиці сизої було отримане шляхом застосування хімічного мутагенезу та інцухтування нащадків. Для встановлення характеру успадкування даної ознаки було комбінацій схрещування. У якості материнського компоненту використовували сорти гірчиці сизої - Мрія, Деметра, Тавричанка з золотисто-жовтим забарвленням пелюсток квіток та сорт Світлана з світло-жовтим забарвленням. Гібриди першого покоління в усіх комбінаціях схрещування мали золотисто-жовте забарвлення пелюсток квіток, хоча у якості батька використовували сорти з усіма досліджуваними забарвленнями квіток (табл. 1).

пелюстка ген гірчиця

Таблиця 1

Успадкування забарвлення пелюсток квіток гірчиці сизої у поколінні F1 та F2 (2015-2017 рр.)

У другому поколінні гірчиці спостерігали розщеплення рослин із забарвленням квіток на два та три типи У комбінації схрещування МріяхДижонка у другому поколінні спостерігали розщеплення забарвлення квіток на золотисто-жовте та кремове, у співвідношенні 3:1. Рослин із золотисто- жовтим забарвленням пелюсток квіток було більше, ніж кремових. Проведена статистична перевірка за критерієм Пірсона підтвердила достовірність гіпотези співвідношення 3:1 (рослин з золотисто-жовтим забарвленням до рослин з кремовим). Це свідчить про моногенний рецесивний контроль кремового забарвлення пелюсток квіток у сорту Дижонка по відношенню до сорту Мрія з золотисто-жовтим забарвленням.

У поколінні F2 від схрещування батьківських компонентів Деметра та Дижонка, виявлено три типи забарвлень: золотисто-жовте, кремове та блідо- жовте, не характерних для фенотипів батьків. Отримане розщеплення відповідає співвідношенню 12:3:1. Це свідчить про наявність двох генів, які обумовлюють забарвлення пелюсток квіток у цих рослин.

У поколінні F2, від комбінації схрещування ДеметрахРетро, було отримано 51 рослина з золотисто-жовтим забарвленням пелюсток квіток, 6 з кремовим та 1 з блідо-жовтим. Одна рослина у найменшому класі не може достовірно підтвердити співвідношення 12:3:1, але є досить близьким до нього та ідентичним з попередньою комбінацією схрещування ДеметрахДижонка.

Для встановлення успадкування блідо-жовтого забарвлення квіток проведено три варіанти схрещування. У комбінаціях схрещування СвітланахМрія, СвітланахПріма та ТавричанкахСвітлана у першому поколінні спостерігали рослини з золотисто-жовтим забарвленням квіток. У поколінні F2 виявлено рослини з золотисто-жовтим та блідо-жовтим типом забарвлення пелюсток квіток у співвідношенні 3:1. Проведена перевірка за критерієм Пірсона підтвердила достовірність гіпотези співвідношення: 3 золотисто-жовтих до 1 блідо-жовтого. Це свідчить про моногенний рецесивний контроль блідо-жовтого забарвлення пелюсток квіток у сорту Світлана.

Узагальнюючи встановлені співвідношення рослин за забарвленням пелюсток квіток у поколінні F2 виявлено, що блідо-жовте забарвлення квіток обумовлено одним геном у рецесивному стані, кремове забарвлення квіток обумовлено у одній комбінації одним геном у рецесивному стані, у двох інших комбінаціях з сортом Деметра виявлено появу блідо-жовтого забарвлення пелюсток квіток. Це означає, що у сорту Деметра також присутній ген, який приймає участь у прояві блідо-жовтого забарвлення. Отримане співвідношення свідчить, що дія рецесивних алелів гену, які обумовлюють блідо-жовте забарвлення, проявляється на фоні кремового забарвлення.

Для подальшого з'ясування характеру успадкування ознаки забарвлення пелюсток квіток у гірчиці було проведено самозапилення гібридів другого покоління та отримано гібриди третього покоління (табл. 2).

У комбінації схрещування МріяхДижонка від рослин F2 з золотисто- жовтим забарвленням пелюсток квіток виявлено в двох потомствах розщеплення 3:1, що підтверджує моногенний рецесивний контроль ознаки кремового забарвлення пелюсток квіток у цій комбінації. Одне потомство не виявило розщеплення і мало лише золотисто-жовті пелюстки квіток.

У комбінації схрещування ДеметрахДижонка рослина F2 з кремовим забарвленням квіток мали нащадків з таким же забарвленням. Одне потомство F2 з золотисто-жовтими квітками не розщеплювалось, друге мало два класи з розщепленням 3:1 і лише третє відповідало співвідношенню 12:3:1, як і у розщепленні F2 з появою класу блідо-жовтих нащадків.

У комбінації схрещування ДеметрахРетро три розщеплення в F3 достовірно відповідали співвідношенню 3 золотисто-жовтих до 1 кремового. Це підтверджує висновок про моногенний рецесивний контроль ознаки кремового забарвлення пелюсток квітки. У одному схрещуванні було отримано клас рослин з блідо-жовтими квітками у співвідношенні 12:3:1, як і у другому поколінні.

Таблиця 2

Успадкування забарвлення квіток у гірчиці сизої у поколінні F2 та F3 (2017-2018 рр.)

У комбінаціях схрещування ТавричанкахСвітлана, СвітланахПріма, СвітланахМрія від рослин F2 з блідо-жовтими пелюстками квіток в F3 усі рослини мали блідо-жовте забарвлення пелюсток квіток. У потомстві рослин F3 (F2 з золотисто-жовтими квітками) було отримано два класи нащадків з золотисто- жовтими та блідо-жовтими пелюстками квіток, які відповідали співвідношенню 3:1.

Поєднавши отримані розщеплення у другому та третьому поколінні, однозначно підтверджено моногенний рецесивний контроль ознаки кремового забарвлення пелюсток квіток. Блідо-жовте забарвлення квіток гірчиці обумовлено іншим геном у рецесивному стані. Отримані розщеплення 12:3:1 вказують на наявність епістазу алелів кремового забарвлення над блідо-жовтим.

Встановлені співвідношення не протирічать дослідженням інших науковців, якими було отримано результати про наявність дигенного контролю білого забарвлення пелюсток квіток у гірчиці (Singh et al. 1964; Rawat & Anand 1986; Brar et al. 1991). У проведених ними дослідженнях також були отримані кілька розщеплень з співвідношенням 12:3:1. Отримані нами світло-жовте та кремове забарвлення пелюсток квіток, ми не можемо називати білими, як описано у проведених іншими науковцями дослідженнях (Singh et al, 1964; Rawat and Anand, 1986; Brar et al, 1991). Кожен дослідник може описати їх різними словосполученнями, тому можливо один з цих типів забарвлення і є тим самим. Провести ідентифікацію зараз ми не маємо можливості.

Подальше дослідження цих сортів та більш детальне вивчення виявлених типів забарвлення дасть можливість виявити додаткові гени.

Висновки

Доведено, що кремове забарвлення пелюсток квіток гірчиці у сортів Дижонка та Ретро обумовлено одним геном у рецесивному стані, а блідо-жовте забарвлення квіток гірчиці у сорту Світлана обумовлено іншим геном у рецесивному стані. Отримані розщеплення 12:3:1 вказують на наявність епістатичної взаємодії генів, що обумовлюють кремове та блідо-жовте забарвлення.

Література

1. Getinet A, Rakow G, Downey RK (1996) Agronomic performance and seed quality of Ethiopian mustard in Saskatchewan. Canadian Journal of Plant Science 76(3):387-392. doi:org/10.4141/cjps96-069

2. Heyn FW (1973) Beitraege zum Auftreten unreduzirter Gameten und zur Genetik einiger Merkmale bai den Brassicae. Diss Georg August Univ, Goettingen

3. Huang Z, Ban Y-Y, Bao R et al (2014) Inheritance and gene mapping of the white flower in Brassica napus L. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science 42(2): 111-117

4. Sanjay Jambhulkar (2018) Isolation of novel mutation for dwarfing genes for enhancing productivity in Brassica juncea L. FAO/IAEA Plant Mutation Breeding and Biotechnology Vienna, Austria : 99-100

5. Singh D, et al (1968) Inheritance of some qualitative characters in Indian mustard (Brassica juncea (L) Czern. & Coss.). Indian Journal of Agricultural Sciences 38:97-100

6. Xiangxiang Zhang, Rihui LiLi et al (2018) Inheritance and gene mapping of the white flower trait in Brassica juncea Molecular Breeding 38:20. February 2018. dol: 10.1007/s11032-017-0771-0

7. Zhang X, Li R, Chen L et al (2018) Fine-mapping and candidate gene analysis of the Brassica juncea white-flowered mutant Bjpc2 using the whole-genome resequencing. Mol Genet Genomics 293(2):359-370. doi: 10.1007/s00438-017-1390-5

8. Zhuravel VM (2011) The economic value of mutant samples of mustard, created by the method of chemical mutagenesis. (in Ukrainian) Scientific and technical bulletin of the Institute of Oilseeds of NAAS 16:53-58

9. Lakin GF (1990) Biometry. (in Russian) 4th edn. Higher school, Moscow

10. Mahmudur Rahman ID , Amina Khatun ID et al (2018) Brassicaceae Mustards: Traditional and Agronomic Uses in Australia and New Zealand. Molecules (23): 231. doi: 10.3390/molecules23010231

11. Jianjun Zhao (2007) The genetics of phytate content and morphological traits in Brassica rapa. Proefschrift ter verkrijging van de graad van doctor op gezag van de rector magnificus van Wageningen Universiteit, the Netherlands 152

Размещено на Allbest.ru