ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 5, с. 647-652
УДК 575:631.520:633.63
ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
НАСЛЕДОВАНИЕ МУТАЦИИ ps У САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
© 2007 г. А. В. Мглинец, 3. А. Осипова
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск 630090;
факс: (383) 333-12-78; e-mail: mglin@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 23.12.2005 г. Окончательный вариант получен 18.04.2006 г.
Проведен генетический анализ наследования мутации ps у сахарной свеклы, вызывающей нарушение в мейозе, приводящее к формированию диплоидных пыльцевых зерен, и ряда морфологических признаков: одно-двулетний тип развития, окраска стебля и агрегированность пыльцевых зерен в тетрады, контролируемых генами В, Stc и ар соответственно. Подтверждены литературные данные о сцеплении генов В и Stc, полученный коэффициент рекомбинации между которыми составляет 15 ± 3.6%. Показано, что ген ар наследуется независимо от генов В и Stc. Статистический анализ данных показал, что мутация ps - рецессивная, наследуется независимо от мутации ар, но проявляет совместное наследование с типом развития и окраской стебля. Сделан вывод о том, что в первой группе сцепления рядом с генами В и Stc находится ген с сильным фенотипическим эффектом, определяющий формирование фенотипа, характерного для мутации ps.
Мейоз представляет собой фундаментальный биологический процесс, в ходе которого происходит редукция числа хромосом. Цитологическое и генетическое изучение мейотических мутантов позволило не только достаточно подробно описать этот процесс, но и выяснить генетический контроль отдельных его этапов. Исследование генетического контроля мейоза предполагает выделение мутаций, изучение их генетического контроля, идентификацию генов, определение очередности их действия и характера взаимодействия. Как правило, мутации, влияющие на нормальный ход мейотического деления, приводят к полной мужской стерильности или, в крайнем случае, к значительному снижению уровня фер-тильности пыльцы [1].
Мейотические мутации, приводящие к формированию нередуцированных гамет, описаны у ряда диплоидных видов и межвидовых гибридов [2-8]. К настоящему времени получены данные о цитологических механизмах их формирования [9-11].
В 90-х годах XX в. изучение сортов и гибридов сахарной свеклы позволило не только описать процесс формирования нередуцированных гамет у сахарной свеклы, но и получить инбредную популяцию, в которой растения дают 30% и более нередуцированных гамет. Данная мутация была обозначена как ps (parallel spindles) [7]. Цитологическое изучение данной мутации позволило выяснить цитологический механизм формирования нередуцированных (диплоидных) пыльцевых зерен [12]. При изучении характера наследования данной мутации исследователи пришли к разным выводам как о характере доминантности-рецес-
сивности, так и о числе генов, ее контролирующих [13, 14].
Данная работа направлена на изучение наследования мутации ps у сахарной свеклы с использованием ряда маркерных признаков, таких как одно-двулетний тип развития, окраска стебля и агрегированность пыльцевых зерен в тетрады (мутация ар).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Происхождение мутации ps. Инбредная линия сахарной свеклы В-24, полученная в лаборатории популяционной генетики Института цитологии и генетики СО РАН, характеризуется высокой частотой диад в процессе микроспорогенеза [7, 15]. Одно растение из данной линии скрестили с ин-бредной популяцией сахарной свеклы, имеющей пыльцу, состоящую из четырех слипшихся пыльцевых зерен (гомозиготной по гену ар) [16, 17]. Во втором (гибридном) поколении данной гибридной комбинации было выбрано одно растение, гомозиготное по гену ар. Дополнительно оно характеризовалось высокой частотой образования диад. Из 220 просмотренных клеток диады составляли около 63%. Зрелая пыльца данного растения была представлена нормальными (гаплоидными) пыльцевыми зернами, собранными по четыре, по два были собраны крупные (диплоидные) пыльцевые зерна, а тройки состояли из двух нормальных и одного крупного пыльцевых зерен (двух гаплоидных и одного диплоидного). Это растение и было использовано в качестве материнской формы для проведения генетического анализа наследования мутации ps.
По окраске гипокотиля генотип вышеописанного растения был неизвестен, поэтому наблюдение за этим признаком проводилось на каждом этапе генетического анализа с тем, чтобы исключить возможность влияния полиморфизма по гену Я на характер расщепления по признаку "окраска стебля".
В качестве отцовской послужила однолетняя форма свеклы, полученная от Болеловой З.А. (Институт сахарной свеклы, бывший Всесоюзный научно-исследовательский институт сахарной свеклы, г. Киев, Украина). Репродукция данной формы путем свободного переопыления сиб-сов показала, что она не расщепляется по признакам "окраска гипокотиля", "однолетний тип развития" и признаку "окраска стебля" и имеет нормальные пыльцевые зерна, т.е. она была гомозиготна по генам Я, В, Stc и ар, определяющим вышеперечисленные признаки
Гибридизацию растений проводили путем контролируемого опыления. Для этого 10-15 нераскрывшихся цветков кастрировали и изолировали с помощью пергаментных изоляторов. Опыление проводили свежесобранной пыльцой через 3-4 дня. Изолятор вновь надевали и оставляли на растении до полного созревания соплодий. Гибридное поколение F2 получали путем принудительного самоопыления растений F1 с использованием пергаментных изоляторов. Работы по гибридизации растений и получению гибридов второго поколения проводили на опытном поле Селекционно-генетического комплекса Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск, Россия) при естественном освещении.
Наблюдение за мутацией ар, вызывающей аг-регированность пыльцевых зерен в тетрады, проводили на временных препаратах. Для этого несколько пыльников измельчали с помощью пинцета в капле ацетокармина и накрывали покровным стеклом. Наблюдение проводили через несколько минут после приготовления препарата.
Наблюдение за мутацией ps, вызывающей нарушение в ходе микроспорогенеза, проводили на временных препаратах. При определении частоты диад просчитывали не менее 200 клеток у каждого растения на стадии тетрад. Частоту диад рассчитывали как число диад, деленное на общее число просмотренных клеток.
Для сравнения соответствия экспериментальных данных теоретически ожидаемым использовался статистический критерий %2. Для расчета коэффициента рекомбинации и его ошибки использовали метод максимального правдоподобия, предложенный Фишером [18].
Выращивание растений проводили в условиях тепличного комплекса Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск, Россия) при естественном освещении в светлое время суток и
искусственном - в темное. К однолетним относили растения, которые начинали цвести через 2.53 мес после посева семян. Растения, которые не дали цветоносов, относили к двулетним. Двулетние растения после 4-месячной яровизации также высаживали в тепличном комплексе Института при световом режиме, описанном выше.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Первое гибридное поколение было получено путем скрещивания двух растений свеклы, обладающих набором контрастных признаков, большая часть которых имеет известный генетический контроль. Материнская форма имела двулетний тип развития, генотип, определяемый рецессивными аллелями гена В, неокрашенный стебель, определяемый рецессивными аллелями гена Stc, пыльцу, агрегированную в диады, триады и тетрады, что является продуктом взаимодействия гена ар и мутации ps. Цитологическое наблюдение показало, что данное растение формирует диады с высокой частотой. Самоопыленное потомство данного растения имело тот же фенотип по генам В, Stc и ар. Подсчет числа диад у полученных потомков дал следующие цифры: 30.6, 31.3 и 46.6%. Это позволяет с учетом известного генетического контроля признаков записать генотип материнского растения как Ь/Ь stc/stc ар/ар.
В качестве отцовской формы была использована пыльца одного растения свеклы, которое имело однолетний тип развития, признак "окрашенный стебель" и пыльцу, состоящую из одиночных пыльцевых зерен. Цитологическое наблюдение показало, что данное растение не формирует диад. Дополнительное исследование шести сибсов показало, что все они имеют такой же фенотип по всем вышеперечисленным признакам (только у одного было обнаружено 1.2% диад вместо нуля, как у остальных). При репродуцировании данной популяции путем свободного переопыления сибсов в следующем поколении не наблюдалось полиморфизма по генам В, Stc и ар, поэтому генотип отцовского растения, взятого в скрещивание, можно записать как В/В Stc/Stc +/+.
Сравнение проявления мутации ps у родительских форм позволяет заключить, что они имели контрастный фенотип.
Полученное первое гибридное поколение было представлено 18 растениями. Все они характеризовались однолетним типом развития, имели окрашенный стебель и формировали пыльцу, состоящую из отдельных пыльцевых зерен, что соответствует характеру наследования всех вышеперечисленных признаков в первом гибридном поколении. Цитологическое наблюдение за проявлением мутации ps у гибридов первого поколения показало, что у них наличие диад колебалось
НАСЛЕДОВАНИЕ МУТАЦИИ ps У САХАРНОЙ СВЕКЛЫ Таблица 1. Анализ совместного наследования генов В, Stc и ар во втором гибридном поколении
Расщепление по генам X и Y Число растений фенотипа (генотипа) Значение критерия 2 Х(з . 1 ) для гена Значение критерия 2 Х(9 ■ 3 ■ 3 ■ 1) при независимом наследовании Коэффициент рекомбинации, %
Х_ Y_ х_ уу хх Y_ хх уу X Y
Stc-ap 71 24 18 5 1.91 0.01 2.02
Stc-B 87 8 7 16 1.91 1.37 35.85* 15 ± 3.6
В-ар 73 21 16 8 1.37 0.01 2.47
* Рассчитанное значение критерия больше его табличного значения при 1%-ном уровне значимости и трех степенях свободы; 2 2 Х0.О5 (¿/. = 1) = 3.84, Х0.О1 М = 3) = 11.3.
от 0 до 20.4%. Ранжирование полученных данных по фенотипическим классам "процент диад" дало следующий результат: в класс от 0 до 2% попало 10 растений, в класс от 2 до 4% - 5 растений, а в классы от 4 до 6%, от 8 до 10% и от 20 до 22% - по одному растению.
Для получения второго гибридного поколения
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.