ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ ^
УДК 575.1/.2'354.4:[633.14+633.11]
АНАЛИЗ МЕЙОТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕНОМА РЖАНО-ПШЕНИЧНЫХ АМФИДИПЛОИДОВ (xSecalotriticum, S/RRAABB, 2n = 42)
© 2014 г. О. М. Люсиков, И. А. Гордей
Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси, Минск 220027, Беларусь e-mail: O.Lyusikov@igc.bas-net.by, I.Gordej@igc.bas-net.by Поступила в редакцию 13.06.2013 г. Окончательный вариант получен 15.11.2013 г.
Представлены результаты цитогенетических исследований стабилизации генома секалотритикум. Проведен сравнительный анализ микроспорогенеза у гексаплоидных секалотритикум, тритикале и их реципрокных гибридов (S/RRAABB, T/AABBRR, 2n = 6х = 42). Установлены цитогенетические особенности и генотипические факторы стабилизации геномов гетероплазматических тритикале. Впервые показано наследование секалотритикум генотипически обусловленного редукционного первого мейотического деления унивалентов от исходных комбинаций ржано-тритикальных гибридов.
DOI: 10.7868/S0016675814070121
Тритикале — эволюционно молодой синтетический аллополиплоид ржи с пшеницей с большим генетическим и хозяйственным потенциалом. Современные тритикале представлены коммерческими сортами с растущим ареалом распространения, объемами и направлениями производства [1]. Однако традиционные проблемы селекции тритикале не преодолены: отсутствие естественного ареала требует постоянного синтеза новых форм с использованием современных сортов ржи и пшеницы, полигеном первичных тритикале цитоге-нетически нестабилен, у тритикале недостаточно выражены признаки адаптивности, зимостойкости и болезнеустойчивости ржи.
С целью усиления у тритикале эффекта генома ржи и достижения сбалансированной экспрессии генетических систем исходных видов нами проведены исследования по созданию ржано-пше-ничных амфидиплоидов с цитоплазмой ржаного типа — секалотритикум [2, 3]. Гексаплоидные секалотритикум (^ЯЯААВВ, 2п = 6х = 42) идентифицировали с помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом ржано-пшенич-ных амфиплоидов Р1ВС1 (8/ЯАВЯ{ЯАВ}, 5х — 7х = = 35 — 49) от беккросса частично фертильных ржано-тритикальных пентаплоидных гибридов Б1 (^ЯЯАВЯ, 5х = 35) на гексаплоидные тритикале (Т/ААВВЯЯ, 2п = 6х = 42) [4].
Цитогенетическая нестабильность, аллоцик-лия геномов исходных видов в мейозе, анеуплои-дия, частичная стерильность первичных тритикале требуют значительных селекционных усилий по их преодолению. Напротив, мейотическая стабильность созданных нами секалотритикум уже в
Б3-5 практически достигала уровня исходных форм тритикале при отборе на продуктивность. По-видимому, коадаптация геномов исходных видов у тритикале проходит сложнее, чем у сека-лотритикум, — геномы пшеницы, преадаптиро-ванные к аллополиплоидии, менее подавляются в условиях цитоплазмы ржаного типа секалотрити-кум, чем геном ржи в условиях цитоплазмы пшеничного типа тритикале [4].
Анализ мейоза у межвидовых гибридов в поколениях позволяет исследовать особенности формирования и цитогенетической стабилизации гибридных полигеномов. Исследования стабилизации генома секалотритикум и сравнительная цитогенетическая характеристика гетероплазма-тических тритикале представлены недостаточно.
В настоящей статье обсуждаются результаты сравнительного цитогенетического анализа стабилизации геномов гетероплазматических гексаплоидных тритикале в мейозе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для исследований служили гекса-плоидные сорта тритикале (Т/ААВВЯЯ, 2п = 6х = 42) М1хась (ст.), Дубрава, Мара, Кастусь, Наргресс, 8аш8ип, 1п§еп-93, Що, С^888, МЕ83Т, 845Т, Л-303; 20 форм гексаплоидных секалотритикум Б5-9 (^ЯЯААВВ, 2п = 6х = 42), созданных на основе сортов тетраплоидной ржи Пуховченка, Ве-расень, Сяброука, Кал1нка, Радз1ма, Новосибирская путем 1—2-кратного беккросса ржано-три-тикальных гибридов Б1 на исходные тритикале; реципрокные гибриды секалотритикум с тритикале (11 форм Т/ААВВЯЯ, 15 форм ^ЯЯААВВ,
Таблица 1. Частота основных типов нарушений в мейозе у гексаплоидных секалотритикум (S/RRAABB, 2n = 6х = 42)
Стадия мейоза Изучено клеток Аномальные клетки по стадиям мейоза с типом нарушений, %
всего аномальные тип нарушений всего хромосом, микроядер
1 2 3 >3
MI 2051 347 16.9% Периферийные X 16.9 7.1 7.7 1.2 1.0
lim 4.7-51.8 1.2-17.2 0.0-20.7 0.0-8.2 0.0-9.4
AI 2219 173 7.8% Забегания X 1.0
lim 0.0-6.1
Отставания X 6.8 4.8 1.9 0.0 -
lim 0.0-30.6 0.0-23.9 0.0-20.4 0.0-1.0 -
MII 1698 178 10.5% Периферийные X 10.5 6.1 3.2 1.2 -
lim 0.0-34.8 0.0-21.7 0.0-9.5 0.0-8.7 -
AII 2209 191 8.6% Отставания X 4.5 2.7 1.0 0.5 0.4
lim 0.0-36.6 0.0-14.9 0.0-8.9 0.0-6.9 0.0-5.9
Асинхронность X 4.2
lim 0.0-18.8
T 2580 122 4.7% Микроядра X 4.7 3.6 0.4 0.1 0.5*
lim 0.0-21.5 0.0-18.0 0.0-3.0 0.0-0.5 0.0-3.1*
MIT 1075 7 1011 9.4% 9.4
* Включая триады, пентады и гексады.
2п = 6х = 42) с идентифицированными С-мето-дом дифференциального окрашивания хромосом кариотипами, представленными у всех использованных форм полными наборами хромосом Я-, А- и В-геномов исходных видов ржи и пшеницы (ЯКААВВ, 2п = 6х = 42) [4].
Цитологический анализ микроспорогенеза и морфологии пыльцевых зерен проводили по общепринятым методикам на давленых препаратах пыльников соответствующих стадий созревания, окрашенных 2%-ным раствором ацетокармина в 45%-ной уксусной кислоте [5].
Анализировали по 200—300 однотипных мейо-тических клеток у 3—5 растений на генотип. Исследовали следующие показатели цитогенетиче-ской стабильности генома амфидиплоидов:
ассоциации хромосом в прометафазе мейоза — униваленты (уВ), закрытые (кольцевые) и открытые (линейные) биваленты (бВ), мультиваленты;
происхождение унивалентов (асинаптические, десинаптические);
тип деления и сегрегации унивалентов (эква-ционное, редукционное);
специфичность, уровень и характер нарушений на стадиях мейоза — профаза (диакинез), ме-тафаза I (М1), анафаза I (А1), метафаза II (М11), анафаза II (АН), тетрады микроспор (Т);
сегрегация и элиминация хромосом.
Достоверность полученных результатов оценивали статистически методом анализа вариации по качественным признакам [6].
Цитологические препараты изучали на микроскопе Leica DM RXA2 с оптикой 10х—150х Leica HCX Plan APO и на цифровых снимках с разрешением 3132 х 2328 пикселей, полученных с использованием камеры Leica DC300.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В табл. 1 и 2 представлены результаты анализа микроспорогенеза у гексаплоидных секалотритикум (STr) и тритикале (Tr), в табл. 3 — у их реци-прокных гибридов (STr х Tr, Tr х STr).
Основными типами нарушений в прометафазе (поздняя профаза (диакинез) — метафаза I деления мейоза) у изученных амфидиплоидов были хромосомы в унивалентном состоянии, локализованные на периферии клетки или в симметричных относительно экватора областях, в количестве 1—4 на клетку ("периферийные хромосомы"), а также униваленты (уВ) и открытые (линейные) биваленты (бВ) в составе метафазной пластинки. В анафазе I деления мейоза периферийные хромосомы смещались к полюсам по типу редукционного деления ранее основной массы хромосом ("забегания"). Униваленты, локализованные в MI в метафазной пластинке, вероятно, делились эквационно (на хроматиды) позже ос-
Таблица 2.
Частота основных типов нарушений в мейозе у гексаплоидных тритикале (Т/ААВВКЯ, 2п
= 6х = 42)
Стадия мейоза Изучено клеток Аномальные клетки по стадиям мейоза с типом нарушений, %
всего аномальные тип нарушений всего хромосом, микроядер
1 2 3 >3
М1 1550 216 13.9% Периферийные X 13.9 8.1 3.5 1.8 0.5
Иш 5.5-27.2 3.7-14.4 0.0-8.2 0.0-4.8 0.0-2.7
А1 757 122 16.1% Забегания X 0.1
Иш 0.0-2.2
Отставания X 16.1 7.9 4.6 2.4 1.1
Иш 1.6-31.6 1.6-15.2 0.0-10.5 0.0-10.5 0.0-5.9
М11 638 78 12.2% Периферийные X 12.2 6.0 3.8 1.7 0.8
Иш 3.8-56.0 1.9-28.0 0.0-16.0 0.0-12.0 0.0-6.7
А11 939 228 24.3% Отставания X 24.3 9.2 10.3 2.6 3.5
Иш 9.6-52.9 2.1-16.0 4.1-27.7 0.0-8.6 0.0-15.7
Т 1900 201 10.6% Микроядра X 10.6 4.6 2.5 0.9 2.3*
Иш 2.3-34.7 0.9-16.0 0.0-10.7 0.0-2.7 0.0-6.7*
М1-Т 5784 845 14.6% 14.6
* Включая триады, пентады и гексады.
новной массы хромосом ("отставания"). Во втором делении мейоза их сегрегация была нарушена: одноцентромерные хромосомы не включались в состав метафазной пластинки в М11 и не делились в А11. Их полярная сегрегация происходила неупорядоченно, с задержкой относительно основной массы эквационно делящихся хромосом ("отставания"), вплоть до формирования хроматидных тяжей ("мостов") в области цитокинеза, фрагментации и элиминации в форме микроядер на стадии тетрад микроспор.
Статистически достоверных отличий по показателям фертильности пыльцы и колоса между исследуемыми типами гетероплазматических тритикале выявить не удалось: средние значения фертильности пыльцы/озерненности колоса у Тг составили 86.4/83.0%, у 8Тг - 88.1/79.1%, у гибридов Тг х 8Тг - 83.6/78.2%, 8Тг х Тг -87.7/80.5%. Однако типы и соотношение частот преобладающих на отдельных стадиях мейоза аномалий имели специфические отличия у изученных гетероплазматических форм гексаплоид-ных тритикале.
В профазе мейоза ~15% клеток изученных ам-фидиплоидов имели нарушения на стадии диаки-неза в виде уВ, в основной массе — до 2 на клетку, а также открытых бВ. При этом уВ в диакинезе были более характерны для тритикале с пшеничным типом цитоплазмы (Тг и гибриды Тг х 8Тг, Т/ЯЯААВВ, 2п = 6х = 42), а у форм с ржаным типом цитоплазмы (8Тг и гибриды 8Тг х Тг, ^ЯЯААВВ, 2п = 6х = 42) чаще отмечали до 1—2 от-
крытых бВ. Однако на стадии М1 частота и количество унивалентных хромосом вне метафазной пластинки у 8Тг (~16.9%, в т.ч. 1-2 уВ/~14.8% кл.) уже превышали таковые у Тг (~13.9%, в т.ч. 1 уВ/~8.1% кл.). При этом для форм 8Тг и 8Тг х Тг была специфична относительно высокая частота четырех уВ-хромосом, не характерных для Тг и реципрокных гибридов. В целом у форм с ржаным типом цитоплазмы частота нарушений при формировании метафазной пластинки достоверно превышала уровень аномалий на последующих стадиях мейоза.
В связи с этим у форм с ржаным типом цитоплазм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.