ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 6, с. 790-795
^=ГЕНЕТИКА
РАСТЕНИЙ
УДК 635.64:631.523
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОПОЛНЕННЫХ ФОРМ КУЛЬТУРНОГО ТОМАТА С ХРОМОСОМАМИ
Solanum lycopersicoides Dun.
© 2007 г. А. А. Соловьев, А. Н. Князев, О. С. Александров
Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, кафедра генетики, Москва 127550; факс: (495) 976-08-94; e-mail: genetics@timacad.ru Поступила в редакцию 05.02.2007 г.
Выполнен цитогенетический анализ пяти моносомно дополненных линий томата с хромосомами Solanum lycopersicoides. Анализ мейоза показал, что дополнительные хромосомы вызывают серьезные нарушения. Разные хромосомы S. lycopersicoides обладают различными эффектами на конъюгацию хромосом. Так, хромосомы II и IV S. lycopersicoides образуют хромосомные ассоциации в виде тривалентов с хромосомами культурного томата, тогда как хромосома XI представлена во всех клетках только в унивалентном состоянии. Пахитенный анализ показал, что хромосомы гомеоло-гичной группы II конъюгируют длинными плечами и имеют различия по размеру ядрышкообразу-ющего региона. Применение молекулярных маркеров позволило ускорить идентификацию интро-грессии генетического материала S. lycopersicoides.
Многие дикорастущие виды из семейства Пасленовые представляют интерес в селекции томата в качестве доноров хозяйственно-ценных признаков. Адаптации к абиотическим и биотическим факторам внешная среды, возникшие у этих видов в процессе эволюции, - мощный резерв для улучшения культурных сортов [1, 2].
Одним из перспективных дикорастущих видов является Solanum lycopersicoides Dun., который встречается в местах, расположенных на больших высотах в южной части Перу и на севере Чили, примерно на высоте 3000 м над уровнем моря, и занимает крайне засушливые местообитания. Его способность нормально развиваться и завязывать плоды при низких положительных температурах (до +10°C) позволяет использовать его в селекции томата в качестве источника генетически детерминируемой толерантности к пониженным температурам [3]. Кроме того, S. lycopersicoides обладает устойчивостью к таким возбудителям болезней, как Botrytis cinerea, Phytophtora parasitica, Cucumber mosaic cucumovirus, Xanthomo-nas campestris pv. vesicatoria, Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici [4]. Все это свидетельствует о важности вовлечения S. lycopersicoides в селекционные программы культурного томата. Основной проблемой при интрогрессии его ценных признаков в культурный томат является стерильность гибридов F1, а также получение фертильных цветков при беккроссах. В этом случае перенос генетического материала из S. lycopersicoides может быть достигнут путем использования моносомно дополненных линий с добавлениями отдельных хромосом этого вида. Используя полную коллек-
цию форм с дополнениями хромосом, можно как поддерживать их, так и получать интрогрессион-ные линии с разными признаками [5].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для исследований служили расщепляющиеся популяции растений моносомно дополненных линий (МДЛ) с хромосомами II, IV, V, XI S. lycopersicoides, любезно предоставленные R.T. (Центр генетических ресурсов тома-
та, США, Калифорнийский университет).
Для выделения растений с моносомно дополненными хромосомами из расщепляющихся популяций использовали прямой подсчет числа хромосом в метафазе митоза, а также метафазе I и анафазе I мейоза. Препараты готовили методом "распластывания" клеток и окрашивали красителем Гимза [6]. Пахитенный анализ выполняли на постоянных препаратах. В качестве стандарта использовали стандартную пахитенную карту культурного томата [7].
Для выявления чужеродного генетического материала использовали CAPS-маркеры: TG91, TG361, TG608 и СТП3 [8-10] (табл. 1).
ДНК выделяли из молодых листьев сеянцев томата по стандартной методике [8]. Для амплификации использовали праймеры, представленные в табл.1.
Условия ПЦР: денатурация при температуре 94°С - 1 мин, отжиг праймеров - 50°С 1 мин, синтез - 72°С 2 мин. Рестрикцию ампликонов осуществляли с использованием рестриктаз - DraI,
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОПОЛНЕННЫХ ФОРМ 791
Таблица 1. Молекулярные маркеры для идентификации интрогрессий
Маркер Хромосома Последовательность праймера 5'-3' Размер ампликонов Рестриктаза
TG91 II tgcagagctgtaatatttagac 400 DraI
cggtctcagttgcaactcaa
TG361 II gtacaggagtcctctgagatgatc 600 ApoI
caacgacaagcattccagtc
TG608 II gaagctttcttaagcaggttgttg 1000 (1200 S.l.) -
tcattagtgttaggcaagtggaag
СТП3 XI acaacgggcaacagacgcaacc 352 МЬо!
agctcgaggatggccgcacttt
Таблица 2. Анализ числа хромосом в расщепляющихся популяциях дополненных линий
Количество
Образец проанализированных растений растений с 2п = 24 растений с 2п = 25 растений с 2п = 26
МДЛ-П 11 9 1 1
МДЛ-ГУ 13 1 6 6
МДЛ^! 17 15 2 -
Примечание. Здесь и далее - МДЛ-П, IV, V, XI - моносомно дополненные линии с хромосомами II, IV, V, XI соответственно.
Аро1, МЬо\. Электрофорез проводили в 2%-ном агарозном геле [8-10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ числа хромосом в расщепляющихся популяциях показал сходный процент моносомно дополненных растений (табл. 2). Доля растений с числом хромосом 2п = 25 составила около 10% по хромосомам II и XI, что значительно ниже теоретически ожидаемой, и может быть обусловлено пониженной жизнеспособностью мужских гамет с дополнительной хромосомой п = 12 + 1. Однако появление растений с числом хромосом 2п = 26 свидетельствует о том, что и эти гаметы могут быть жизнеспособны.
Выполненный на моносомно дополненных растениях пахитенный анализ позволил провести идентификацию хромосом, а также установить факт конъюгации между хромосомами культурного томата и S. lycopersicoides. На рис. 1 представлены хромосомы моносомно дополненного растения на стадии пахитены обоих видов.
Отмеченная конъюгация между длинными плечами хромосомы II свидетельствует о возможности интрогрессии генетического материала S. lycopersicoides в хромосому томата.
Пахитенный анализ показал, что короткое плечо хромосомы культурного томата содержит гетерохроматиновый регион значительно боль-
шего размера в сравнении с хромосомой S. 1усо-persicoides.
Моносомно дополненные растения отличаются пониженной фертильностью пыльцы, что, вероятно, обусловлено нарушениями мейотическо-го деления. Характер этих нарушений для форм томата с хромосомами S. lycopersicoides практически неизвестен. Проведенный нами цитологический анализ моносомно дополненных растений с хромосомами II, IV, V, XI показал, что разные хромосомы могут оказывать неодинаковые влияния на ход мейотического деления и вызывать разные эффекты.
Преждевременное расхождение хромосом в виде находящейся вне метафазной пластинки хромосомы на стадии метафазы I в большей степени было свойственно МДЛ-П: более 60% (табл. 3). В то же время для растений с дополненными хромосомами V и XI этот показатель был значительно ниже: 8.8 и 15.4% соответственно. Доказательство конъюгации между хромосомами томата и S. 1усо-persicoides может иметь важное значение для объяснения частоты интрогрессии. Выполненные исследования на линиях с дополненными хромосомами II, IV и XI S. lycopersicoides свидетельствуют, что разные хромосомы S. lycopersicoides обладают разной степенью гомологии с хромосомами культурного томата и обладают разным влиянием на поведение других хромосом в мейозе (табл. 4). Так, наличие тривалентов в метафазе I свидетельствует о присутствии гомологичных
Рис. 1. Хромосома II культурного томата и S. lycoper-sicoides в стадии пахитены.
участков у хромосом культурного томата и S. 1у-copersicoides, что показано и для хромосом II и IV. Частоты клеток с тривалентами у линий с дополненными хромосомами II и IV оказались сходными - 27.9 и 23.0% соответственно (табл. 4). Однако влияние этих хромосом на поведение других хромосом оказалось различным. Так, в случае хромосомы II на стадии метафазы I отмечены клетки с двумя унивалентами (3.8%), тремя унива-лентами (12.0%), пятью унивалентами (2.2%), а также с тривалентом. По-видимому, хромосома II S. lycopersicoides не только участвует в образовании тривалентов, но и вызывает асинапсис других
хромосом, что вполне согласуется с проявлением преждевременного расхождения хромосом.
Анализ конъюгации хромосом у линии с моносомно дополненной хромосомой IV S. lycopersi-coides показал, что эта хромосома представлена либо в унивалентном состоянии, либо ассоциирована в тривалент (23.0 и 73.0% соответственно). Эффекты в виде появления дополнительных уни-валентов у данной линии минимальны - они составляют лишь 4%.
Особенно показательны результаты, полученные на растениях с моносомно дополненной хромосомой XI, у которых не отмечено образования тривалентов. Хромосома XI S. lycopersicoides не вступает в конъюгацию с хромосомами томата. В то же время она вызывает асинапсис хромосом культурного томата, что выявлено у 21.6% проанализированных клеток.
Дополнительная хромосома при мейозе в большинстве случаев проявляет себя во время анафазы I в виде отставших хромосом и образования мостов. Доля всех клеток с такими нарушениями составила 41.4%. Превалировали клетки с нарушениями в виде отставших хромосом.
Анализ второго мейотического деления у моносомно дополненных растений с хромосомой II показал, что нарушения встречаются на всех его стадиях: у 15% клеток наблюдалось отставание одной хромосомы. Анафаза второго деления ме-йоза при расхождении хроматид к полюсам протекала в целом нормально, и лишь 18.3% клеток имели нарушения в виде отставших как одной, так и нескольких хромосом (рис. 2).
В телофазе II образуются четыре гаплоидных ядра. Аналогично результатам, полученным на ранних стадиях мейоза, на этой стадии мейоза дополненной линии была обнаружена отдельно лежащая хромосома. На стадии тетрад в 10.8% случаев отмечено образование пентад. Их образование, вероятно, является следствием отставания хромосом. При этом не было обнаружено клеток с микроядрами, что обычно часто встречается у отдаленных гибридов.
Таблица 3. Характеристика метафазы I растений с моносомно дополненными хромосомами
Клетки в метафазе I
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.