ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 10, с. 1245-1249
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ =
УДК 575.116/164
ГЕНЕТИКА БЕЗАНТОЦИАНОВОСТИ У РЖИ
© 2014 г. А. Н. Лыхолай1, И. А. Владимиров1, Е. А. Андреева1,2, В. Г. Смирнов1, А. В. Войлоков1,2
1Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии, Санкт-Петербург 199034 2 Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Санкт-Петербург 199034 e-mail: av_voylokov@mail.ru Поступила в редакцию 10.03.2014 г.
У ржи выявлено шесть неаллельных генов, рецессивные мутации в которых ведут к отсутствию ан-тоциана в растении. На основании скрещиваний с тестерными формами, мутантными по этим генам, установлено, что 13 новых безантоциановых линий несут мутации, аллельные vi1, в то время как мутации vi2-vi6 представлены только одной тестерной формой каждая. Наследование мутаций vi1-vi6 в потомстве гибридов тестерных форм с одной из линий дикого типа (Л7) соответствует моногибридному расщеплению. Расщепление по трем из них (vi2, vi4 и vi5) у гибридов с другой линией ржи (Л2) характеризуется недостатком растений с отсутствием антоциана. Обсуждаются возможные причины этих отклонений и литературные данные по идентификации у ржи генов антоциано-вой окраски с помощью трисомного анализа.
DOI: 10.7868/S0016675814100099
Установленные к настоящему времени у ржи гены антоциановой окраски можно разделить на две группы. Одну группу составляют гены, рецессивные мутации в которых ведут к отсутствию антоциана во всем растении. В другую группу входят гены, контролирующие синтез антоцианов в отдельных органах и тканях [1]. Проявление рецессивных мутаций безантоциановости (отсутствие антоциана во всем растении) удобнее всего учитывать при анализе окраски колеоптиля в условиях интенсивного освещения. Исторически отсутствие антоциана в колеоптиле как моногибридный, рецессивный признак впервые описал О. Требо [2]. Затем к аналогичным выводам пришли другие авторы [3—6]. Моногибридная схема наследования подтверждена и в масштабных экспериментах В.С. Федорова [7, 8]. Он подчеркивал плейотропный характер действия рецессивных мутаций безантоциановости. Установленному им гену А/а [7] В.С. Федоров позднее [8] присвоил символ Vi/vi от латинского названия безантоциа-новой разновидности ржи — var. viride, в свое время введенного Н.И. Вавиловым.
В Петергофской генетической коллекции длительное время воспроизводятся 10 форм независимого происхождения, у которых наследственно блокировано образование антоциановой окраски колеоптиля, первых листьев, узлов стебля, чешуй и остей колоса, ушков и лигулы листьев, стенок пыльников. Кроме того, антоциан отсутствует и в алейроновом слое эндосперма зерновок, отчего цвет этих зерновок не зеленовато-серый, а свет-
ло-желтый. Проведенные сегрегационный анализ и тест на аллелизм показали, что отсутствие антоциана у отдельных форм объясняется действием одной из шести неаллельных рецессивных мутаций у11—у16. Пять форм независимого происхождения являются мутантами по гену VII, еще пять — мутантны по одному из пяти других генов Vi2—Vi6. Расщепление по гену у11 у подавляющего большинства изученных гибридов соответствовало моногибридному [1]. В случае генов vi2—vi6 в некоторых потомствах доля безантоциановых растений отличалась от ожидаемой одной четверти. Ген vil был локализован с помощью изозим-ных маркеров в хромосоме 7Я [9]. Нами установлен аллелизм этого гена и гена ап (апЛоеуапт-/ежу), локализованного ранее [10] с помощью транслокационного анализа в этой же хромосоме. Гены vi2—vi6 не локализованы и не картированы. Получены предварительные данные по сцеплению генов vi2, vi3, vi4 и vi6 с другими морфологическими маркерами: vi2 с Б&м (5Я), vi3 с ерг2 (?), vi4 с ерг1 (7Я), vi6 с тп (6Я). В последнее время коллекция безантоциановых форм пополнилась 13 дополнительными линиями, которые могут быть мутантны по генам, контролирующим синтез антоцианов.
Цель настоящей работы — расширить знания о генетике безантоциановой ржи путем проведения функционального теста на аллелизм с участием этих линий, проверка наследования генов vil—vi6 у гибридов Б2, полученных на основе скрещивания мутантов с тремя инбредными линиями ди-
Расщепление по антоциановой окраске колеоптиля у гибридов Б2 ржи
Гибрид Число семей Число растений х2 3 : 1 Р (</ = 1)
с антоцианом без антоциана всего
уЦ х Л2 2 112 50 162 2.97 >0.05
уЦ х Л7 3 133 51 184 0.72 >0.25
уЦ х Р87 2 90 36 126 0.86 >0.25
у12 х Л2 4 439 35 474 78.45 <0.01
у12 х Л2 1 84 29 113 0.03 >0.75
у12 х Л7 3 207 75 282 0.38 >0.45
у12 х Р87 3 175 60 235 0.04 >0.75
у13 х Л2 4 277 100 377 0.47 >0.25
у13 х Л7 3 179 55 234 0.28 >0.50
у13 х Р87 3 208 69 277 0.00 >0.90
у14 х Л2 2 147 31 178 5.46 <0.025
у14 х Л2 1 10 24 34 37.69 <0.01
у14 х Л7 6 215 85 300 1.78 >0.10
у14 х Р87 3 118 45 163 0.59 >0.25
у15 х Л2 3 275 63 338 7.29 <0.01
у15 х Л7 5 159 52 211 0.01 >0.90
у15 х Р87 3 177 39 216 5.56 <0.025
у16 х Л2 4 339 123 462 0.65 >0.25
у16 х Л7 2 88 35 123 0.78 >0.25
у16 х Р87 3 137 49 186 0.18 >0.50
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения х2, превышающие пороговое значение 3.84 (Р = 0.05).
кого типа, и критический анализ литературных данных по трисомному анализу антоциановой окраски [11].
Тринадцать новых безантоциановых линий включают восемь линий, выделенных при самоопылении отдельных растений сорта Волхова (В-2, Т-12, Т-48, Ф-1, Ф-21, Ф-34, Ф-37, Ф-40), две линии из генетической коллекции лаборатории (В-2/69, КсБ-4/77), мутантных по неидентифи-цированным ранее генам антоциановой окраски, а также три линии из Германии (ЯМи7, ЯМи9, ЯМи5). Наследование отсутствия антоциана в инбредных потомствах при выделении этих линий из сорта Волхова, у межлинейных гибридов Б2 с двумя линиями коллекции и согласно данным оригинаторов немецких линий характеризуется рецессивностью и моногибридностью. Таким образом, каждая из 13 линий гомозиготна по рецессивному аллелю какого-то гена, контролирующего синтез антоцианов. Для проведения функционального теста на аллелизм эти линии были вовлечены в скрещивания с формами, несущими известные гены безантоциановости у11—у16 (соответственно Эсто, ГК-22, ГК-23, ГК-149, ГК-151, ГК-150). Скрещивания проводили путем ручной кастрации цветков и их опыления после
раскрытия. Гибриды для анализа расщепления по генам у11—у16 были получены на основе трех вы-сокоинбредных линий с антоцианом, выделенных из разных сортов ржи. Это две линии с мутациями автофертильности, отнесенными к локу-сам несовместимости Б (Л7) и Т (Л2), а также линия Р87 с неидентифицированной мутацией автофертильности. Направление скрещивания выбирали исходя из соответствия в развитии генеративных органов у родительских форм. В таблице гибридные комбинации обозначены без учета направления скрещивания. Гибриды Б2 (ин-бредные семьи) получены при индивидуальной изоляции растений Ё1. Учет расщепления также велся посемейно. Расщепление по антоциановой окраске колеоптиля учитывали на проростках 5-суточного возраста, выращенных в почве при интенсивном круглосуточном освещении люминесцентными лампами. Статистическую обработку данных по расщеплению проводили на основе расчета критерия х2.
Все 13 линий с отсутствием антоциана на ко-леоптиле и взрослых растениях были протестированы на аллелизм с линиями, несущими ранее установленные гены безантоциановости у11—у16. Анализ гибридов Б1 показал, что у гибридов этих
ГЕНЕТИКА БЕЗАНТОЦИАНОВОСТИ У РЖИ
1247
линий с безантоциановой рожью Эсто (vil) анто-циан отсутствует, но присутствует у гибридов с другими тестерными формами (vi2—vi6). Это позволяет сделать вывод о том, что 13 вновь изученных безантоциановых форм ржи несут рецессивные мутации, аллельные vil. Ранее нами были выделены еще четыре формы независимого происхождения с мутациями безантоциановости в этом гене [1]. Таким образом, общее число линий и форм Петергофской генетической коллекции, мутантных по гену vil, составляет 18, в то время как мутации vi2—vi6 представлены только одной из форм каждая. Наиболее вероятной причиной различий в числе аллелей, обнаруженных для генов vi1—vi6, является разная мутабильность этих генов. На разную мутабильность генов биосинтеза антоци-анов указывают данные по экспериментальному мутагенезу у ячменя. У этого объекта известно свыше 30 генов, контролирующих антоциановую окраску частей растения и синтез проантоциани-динов в перикарпе зерновок. Часть этих генов обнаружена только через единичные мутации, в то время как некоторые представлены десятками аллелей [12]. Возможно также, что в сортах ржи с высокой частотой встречается один и тот же аллель vil, и его широкое распространение объясняется популяционно-генетическими причинами. Одной из таких причин может быть селективное преимущество гетерозигот по этому аллелю в отношении естественного или искусственного отборов (сбалансированный отбор).
Согласно нашим неопубликованным данным, расщепление по генам vi2—vi6 в ряде комбинаций скрещивания характеризуется отклонениями от моногибридности и, как следствие, гетерогенностью. Эти данные были получены при анализе гибридов F2, семена которых завязались при групповой изоляции (переопылении) растений F1. В свою очередь гибриды F1 также были получены на основе нескольких материнских растений и пула пыльцы отцовской формы. По-видимому, такой способ получения гибридного материала вместо усреднения вносил неопределенность. Чтобы избежать этой неопределенности, семена гибридов F2 (инбредные семьи) в настоящей работе получены при индивидуальной изоляции растений F1. Используя материал, полученный таким образом, можно установить регулярность и причины отклонения от моногибридности, а также провести анализ совместного наследования мутаций с молекулярными маркерами.
Причиной нарушения в расщеплении по генам антоциановой окраски может быть их сцепление с генами, обладающими селективным действием в отношении оплодотворения или выживаемости гамет или зигот. В этом случае реализация моногибридного соотношения 3 : 1 должна зависеть от различий скрещиваемых форм по аллелям гена с селективным де
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.