ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 2, с. 202-208
^ ГЕНЕТИКА
РАСТЕНИЙ
УДК 575.16:633.11
ХРОМОСОМНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕНОВ КОНТРОЛЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЯРОВИЗАЦИИ (Vrd) ОЗИМОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
© 2007 г. В. И. Файт, Л. К. Симоненко, Н. В. Мокану, Н. В. Попова
Селекционно-генетический институт Украинской академии аграрных наук, Одесса 65036, Украина;
факс: (038) 0482-395-289; e-mail: fayt@paco.net Поступила в редакцию 17.02.2006 г.
Проведен моносомный анализ двух изогенных линий сорта Мироновская 808, моногенно доминантных по генам Vrdl или Vrd2, сокращающим потребность в яровизации указанного сорта с 50 до 35 и 45 сут соответственно, а также анализ замещенных линий Cappelle Desprez/Безостая 1. Ген Vrdl локализован на хромосоме 4A, Vrd2 - 5D; третий ген, не аллельный двум первым, присутствующий у сорта Cappelle Desprez, - на одной из хромосом: 1A, 6A или 4B.
У вида ТгШсит aestivum Ь. в ходе эволюции выработались различные генетические механизмы контроля адаптивных реакций, контролируемые светом и температурой. Продолжительность дня (фотопериод) и потребность в низкой положительной температуре (яровизация) - наиболее важные адаптивные механизмы, которые не дают возможности растениям озимых культур войти в довольно чувствительную к стрессовым воздействиям репродуктивную стадию развития и таким образом избежать воздействия неблагоприятных факторов внешней среды конца осени и зимы и наиболее полно использовать оптимальный для развития весенне-летний период вегетации.
Продолжительность яровизации у сортов озимой пшеницы варьирует от 20 до 60 сут и более [1, 2]. Как правило, для сортов конкретного региона возделывания характерна определенная продолжительность яровизации. Сортам юга степи Украины (Одесса, Херсон), Северного Кавказа (Краснодар, Россия), Молдовы (Бельцы), как правило, присуща непродолжительная потребность в яровизации (30-35 сут), а сортам лесостепи Украины (Мироновка, Харьков) и средней полосы России (Немчиновка) - более длинная стадия яровизации. Сортам из Поволжья, Сибири, Северо-Западного региона России, Северного Казахстана и стран Скандинавии для перехода в репродуктивную фазу, как правило, необходимо продолжительное (50-60 сут) яровизационное воздействие низкими положительными температурами [3-7]. Более продолжительная потребность в яровизации свойственна сортам, зоны возделывания которых характеризуются более длительным зимним периодом.
Генетический анализ большого набора сортов показал, что все озимые сорта являются носителями только рецессивных аллелей генов угп [8, 9].
Для объяснения генетического разнообразия озимой мягкой пшеницы по продолжительности яровизации было выдвинуто несколько гипотез. Они подробно рассмотрены ранее [10], и здесь ограничимся только их перечислением:
множественный аллелизм рецессивных аллелей генов vrn (по новой классификации генов ор-тологичной серии Vrn-1, 5-я группа хромосом) [11-13];
эффект плейотропии аллелей системы Ppd генов [14];
новая генетическая система, не связанная с генами Vrn и Ppd [15-18].
Является ли система генов, определяющих различия по продолжительности яровизации, самостоятельной или представляет собой серию аллелей рецессивных vrn-генов, или эффект плейотропии аллелей системы Ppd-генов - это вопрос специальных исследований. Показано, что различия по продолжительности яровизации контролируются как минимум двумя генами с неодинаковой экспрессивностью доминантных аллелей [15, 18, 19]. После предварительных личных консультаций с R.A. Mcintosh этой системе генов было предложено присвоить символ Vrd (от англ. -vernalization requirement duration) [19, 20]. При этом ген сортов Norin1 и Ольвия получил обозначение Vrdl, а ген сорта Чайка - Vrd2. Используя указанные сорта в качестве доноров доминантных аллелей генов, сокращающих продолжительность яровизации в беккроссной программе, были созданы почти изогенные линии по генам Vrdl и Vrd2 сортов Мироновская 808 и Эритро-спермум 604 [21]. Показан прямой эффект генов Vrdl и Vrd2 на продолжительность яровизации созданных почти изогенных линий, и последние охарактеризованы по реакции на фотопериод
[22]. Разработана методика гибридологического анализа и идентифицированы Vrd генотипы 12 сортов озимой пшеницы [23]. Изучается влияние генов Vrd на ряд агрономических признаков, в частности, зимо-морозостойкость, урожай и его компоненты [10, 24], а также проводятся работы по их молекулярному маркированию [25].
Независимость системы генов Vrd, контролирующих различия по продолжительности яровизации, от системы генов Ppd была подтверждена экспериментально [26]. Независимость указанных двух генетических систем не отрицает возможности модификации генами Ppd продолжительности яровизации у озимой мягкой пшеницы. В пользу такого вывода свидетельствовало изменение соотношения выколосившихся и невыко-лосившихся растений при анализе F2 популяций одного и того же генотипа с различающимися по генам Ppd тестерами [21]. Продолжительность яровизации, необходимая для перехода к генеративному развитию почти изогенных по генам Vrdl или Vrd2 линий сорта Мироновская 808 (сильночувствительные к фотопериоду, генотип исходного сорта Ppd-A1bPpd-B1bPpd-D1b [27]), была больше, чем у линий сорта Эритроспермум 604 (носитель доминантного аллеля одного из генов Ppd [26]).
Вопрос аллельных взаимоотношений рецессивных аллелей генов ортологичной серии Vrn-1 (Vrn-Al, Vrn-Bl, Vrn-Dl), локализованных на хромосомах 5-й группы, и генов Vrd, ответственных за различия по продолжительности яровизации, до сих пор не выяснен [20] и может быть разрешен только после локализации генов Vrd на хромосомах. Исходя из этого, цель настоящей работы состояла в локализации генов Vrdl и Vrd2 на хромосомах с использованием цитогенетических методов анализа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве исходного материала использовали сорта озимой пшеницы Безостая 1, Мироновская 808, Одесская 16, Cappelle Desprez, две почти изогенные моногенно доминантные по генам Vrdl или Vrd2 линии сорта Мироновская 808 (Мироновская 808-Vrdl и Мироновская 808-Vrd2 соответственно), 20 моносомных линий, за исключением линии по 1A хромосоме, сорта Cappelle Desprez, 17 замещенных линий Cappelle Desprez/Безостая 1. Семена моносомных линий сорта Cappelle Desprez были любезно предоставлены в наше распоряжение A.J. Worland (John Innes Centre, Великобритания), а замещенных линий Cappelle Desprez/Безостая 1 - A. Borner (Gatersleben, Германия). Хотим обратить внимание, что вместе с моносомными и замещенными линиями от каждого из оригинато-ров материала были представлены и семена роди-
тельских сортов, которые использовали в соответствующих экспериментах.
Цитологически идентифицированные 20 моносомных линий и исходный сорт Cappelle Desprez скрещивали с почти изогенными линиями Мироновская 808-Vrdl и Мироновская 808-Vrd2. Потомство F1 каждой гибридной комбинации вновь подвергали цитологическому анализу с целью отбора моносомных растений для получения семян F2. Количество хромосом у моносомных линий и растений F1 определяли в митозе корешков [28].
Семена изучаемых сортов, замещенных и изогенных линий, а также F2 популяций замачивали в песке, проращивали при комнатной температуре, и 5-суточные проростки подвергали яровизации различной продолжительности в камере КНТ-1 при +2°С и круглосуточном освещении 5000 лк. Для определения продолжительности яровизации сортов Мироновская 808, Cappelle Desprez и линий Мироновская 808- Vrdl, Мироновская 808-Vrd2 использовали метод дробной яровизации с интервалом в 5 сут (от 20 до 55 сут). Для проведения моносомного анализа и анализа замещенных линий проростки F2 популяций моно Cappelle Desprez/Мироновская 808-Vrdl и моно Cappelle Desprez/Мироновская 808-Vrd2, замещенных линий Cappelle Desprez/Безостая 1, родительских и контрольных сортов яровизировали 40 сут. Именно такая продолжительность яровизации позволяет выколоситься носителям доминантного аллеля (аллелей) генов Vrd, тогда как рецессивные гомозиготы не могли переходить к колошению [18, 19]. После окончания яровизации проростки сортов Мироновская 808, Cappelle Desprez и линий Мироновская 808-Vrdl, Мироновская 808- Vrd2 высадили в поле 19 апреля 2002 г., а проростки замещенных линий, сорта донора хромосом (Безостая 1), сорта реципиента (Cappelle Desprez) и контрольного сорта Одесская 1626 апреля 2003 г. на рядковых делянках длиной 1 м по 25 растений на рядок с площадью питания 30 х 5 см2. Повторность опыта двукратная. Проростки F2 популяций моно Cappelle Desprez/Мироновская 808-Vrdl и моно Cappelle Desprez/Мироновская 808-Vrd2, контрольных дисомных популяций и сорта Мироновская 808 высаживали в оранжерее фитотрона 15 ноября 2003 г. в 5-литровые сосуды по 12 растений на сосуд. Разделение F2 популяций на фенотипические классы проводили по дате начала выхода в трубку первых единичных растений сорта Мироновская 808, который является носителем только генов vrd1vrd2 и характеризуется 50-суточной потребностью в яровизации [18]. Все растения F2, которые выколосились или находились в фазе выхода в трубку до времени начала выхода в трубку первых единичных растений сорта Мироновская 808, относили к носителям гена Vrd в гомо- или гетерозиготном состоянии. Все растения, которые находи-
204 ФАИТ и др.
Таблица 1. Продолжительность периода до колошения родительских форм после дробной яровизации, сутки
Продолжительность яровизации, сутки
55 50 45 40 35 30
Мироновская 808 35 ± 0.7 37 ± 0.7 >68 >68 >68 >68
Мироновская 808-Vrd1 25 ± 0.4 29 ± 1.1 29 ± 1.0 33 ± 1.0 38 ± 1.0 >68
Мироновская 808-Vrd2 24 ± 1.1 27 ± 0.9 40 ± 0.6 >68 >68 >68
Cappelle Desprez 32 ± 1.0 35 ± 1.3 40 ± 2.1 >68 >68 >68
Примечание. Здесь и в табл. 3 точка отсчета периода до колошения - 1 июня.
лись до этого времени в фазе кущения, считали носителями только рецессивных аллелей генов Vrd.
Для определения продолжительности периода от дня высадки проростков в поле или оранжерею до колошения (далее ПВК) во время вегетации у индивидуальных растений во всех опытах отмечали дату колошения при появлении верхушки колоса над лигулой флагового листа главного побега. Полученн
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.