ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 7, с. 831-839
ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ ^
УДК 631527.41:631.11:633.14
ВЛИЯНИЕ КОМБИНАЦИЙ ЧУЖЕРОДНЫХ ТРАНСЛОКАЦИЙ НА АНДРОГЕНЕЗ in vitro У ПОЧТИ ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ © 2014 г. Ю. Е. Сибикеева, С. Н. Сибикеев
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, Саратов 410010
e-mail: sibikeev_sergey@mail.ru Поступила в редакцию 30.12.2013 г.
Изучены особенности андрогенеза in vitro при культивировании пыльников сортов яровой мягкой пшеницы Л503 и Добрыня, несущих 7В$-7ВЬ-7Ае#1Ь-транслокацию с генами Lr19/Sr25 (Хг19-транс-локация) от Agropyron elongatum (Host.) P.B. и их почти изогенных линий, несущих комбинации Lr19-транслокации с транслокациями: 1BL-1R#1S с генами Pm8/Sr31/Lr26/Yr9 ^^б-транслока-ция) от Secale cereale L., 4BS-4BL-2R#1L с генами Lr25/Pm7(Lr25-транслокация) от Secale cereale, 3DS-3DL-3Ae#1L с генами Lr24/Sr24(Lr24-транслокация) от Agropyron elongatum и 6BS-6BL-6U#1L с геном Lr9 ^^-транслокация) от Aegilops umbellulata. Zhuk. Установлено, что по сравнению с сортами-реципиентами с Lr19-транслокацией: 1) комбинация транслокаций Lr19 + 26 повышает частоту эмбриоиндукции и регенерации зеленых растеньиц; 2) комбинация транслокаций Lr19 + 9 понижает частоту эмбриоиндукции, но при этом повышает частоту регенерации зеленых растеньиц; 3) комбинация транслокаций Lr19 + 24 понижает частоту эмбриоиндукции, но повышает регенерацию зеленых и альбиносных растеньиц; 4) комбинация транслокаций Lr19 + 25 повышает частоту индукции эмбриоструктур, регенерацию зеленых растеньиц, но уменьшает выход альбиносных растеньиц. Таким образом, на почти изогенных линиях выявлены влияния генотипов комбинаций четырех чужеродных транслокаций по реакции на андрогенез in vitro.
DOI: 10.7868/S0016675814070169
У многих высших растений, включая злаковые, выявлен процесс андрогенеза in vitro в соответствующих условиях [1]. Этот процесс и его эффективность определяются многими факторами, такими как физиологическое состояние донор-ных растений (условия выращивания), стадия развития микроспор, условия культивирования in vitro и генотип культивируемого растения [2]. Андрогенез in vitro контролируется по крайней мере тремя различными генетическими системами, определяющими: а) уровень эмбриоиндукции; б) регенерацию эмбриоструктур; в) соотношение зеленых растеньиц-регенерантов к альби-носным [3, 4]. Все три генетические системы находятся под полигенным комплексным контролем, наследуются независимо друг от друга и контролируются различными генетическими механизмами [3, 5]. Однако есть предположение, что при некоторых комбинациях скрещиваний малое количество генов с большими эффектами определяют реакцию на андрогенез in vitro у мягкой пшеницы в большей степени, чем большое количество генов с минорными эффектами [3]. Процесс эмбриоиндукции и регенерации зеленых растеньиц сильно зависят от генотипа донорного материала [6, 7]. Гены, ответственные за этот признак, относятся к ядерным и определяют 50—70%
от общей изменчивости [6, 8]. Однако обнаружено влияние и цитоплазматических генов [9, 10]. С помощью молекулярно-генетических маркеров количественных признаков (QTL) установлено влияние на эмбриоиндукцию генов 4В хромосомы. Между тем гены хромосом 2А, 2В, 3А, 5В влияют на регенерацию зеленых растеньиц, определяя 46 и 60% фенотипической и генотипической изменчивости соответственно. Из них наибольшее влияние оказывают гены в хромосомах 2В и 5В, определяющие 85% генотипической изменчивости по регенерации зеленых растеньиц [11, 12]. Сообщается о связи двух QTL-маркеров, Xgwm60 и Xgwm67 (в 5BL), с генами, существенно влияющими на регенерацию зеленых растеньиц [13].
Сравнительное изучение андрогенеза in vitro на почти изогенных линиях сортов яровой мягкой пшеницы Саратовская 29 и Новосибирская 67 показало что, RAtJ-ген увеличивает частоту новообразований и регенерацию зеленых растеньиц, Rht14 — негативно влияет на все параметры андрогенеза in vitro, а Rhtl — не влияя на частоту новообразований, значимо увеличивает частоту регенерации растеньиц. Между тем в генотипе сорта твердой пшеницы Харьковская 46 ген Rihtl не оказывал влияния на культивирование пыльников [14].
Производство дигаплоидных линий (DH-ли-ний) через андрогенез in vitro — потенциально эффективный метод получения гомозигот. Теоретически он может давать более 1000 гаплоидных растеньиц на культивируемый пыльник, тогда как другие методы ограничены одним гаплоидом на один цветок [1]. Однако зависимость андроге-неза in vitro от генотипа растений ограничивает его применение.
Для ослабления этой зависимости и увеличения выхода DH-линий предлагаются различные физиологические воздействия на колос и изолированные микроспоры [15]. Одним из эффективных воздействий является облучение культивируемых пыльников, но даже и в этом случае наблюдается генотип-зависимая реакция [16].
Необходимо отметить некоторое генетическое преимущество метода андрогенеза in vitro пыльников мягкой пшеницы для получения дигапло-идных линий по сравнению с методом гаплопро-дюсера при скрещивании с кукурузой. Второй метод увеличивает выход гаплоидных растений и меньше зависит от генотипа донорных растений, но при этом частота выявленных рекомбинантов выше у первого, что очень ценно для практических целей [17].
Интенсивная селекция мягкой пшеницы (Triticum aestivum L. em. Thell) на повышение продуктивности привела к значительному обеднению ее генофонда, в первую очередь по генам устойчивости к болезням и вредителям. В связи с этим со второй половины XX в. продолжается непрерывное обогащение генофонда T. aestivum L. генами от различных видов эгилопса, пырея, ржи и других сородичей. В ускорении этого процесса нашел свое место метод культивирования пыльников in vitro. Известен ряд публикаций о влиянии чужеродных транслокаций, в частности 1BL-1RS от Secale cereale L., на андрогенез in vitro [18, 19]. О.В. Добровольская с соавт. [20—22], изучая в замещенных линиях сорта яровой мягкой пшеницы Саратовской 29 влияние каждой хромосомы Secale cereale L., показали положительный эффект хромосом 1R, 3R, 7R на эмбриоиндукцию, а 5R — отрицательный. При этом на регенерацию растеньиц хромосома ржи 3R оказывала положительное влияние, а 1R отрицательное. Обнаружено влияние чужеродных транслокаций, несущих гены устойчивости к листовой ржавчине (Lr-гены) — а именно 7DS-7DL-7Ae#1L-транслокации с геном устойчивости к листовой ржавчине Lr19 (Lr19- транслокация) от Agropyron elongatum (Host.) P.B. и 6BS-6BL-6U#1L с геном Lr9 (Lr9-транслокация) от Aegilops umbellulata Zhuk., — на андрогенез in vitro. Они значимо снижали как частоту новообразований, так и регенерацию зеленых растеньиц. Кроме того, в исследованиях было показано взаимодействие Lr19-транслокации
с собственно пшеничными генами, понижающими высоту растений, повышающими содержание белка в зерне и нечувствительность к длине фотопериода [23, 24].
В настоящее время надежды селекции связаны с объединением в генотипе мягкой пшеницы нескольких чужеродных транслокаций или замещенных хромосом для целей придания устойчивости как к биотическим, так и абиотическим стрессорам [25, 26]. Однако опубликовано крайне мало работ о влиянии комбинаций чужеродных транслокаций на процесс андрогенеза in vitro у мягкой пшеницы, более того, из доступных нам источников не известно о таких исследованиях, выполненных на модельных почти изогенных линиях.
Цель настоящей работы — изучить реакцию на культуру пыльников разных генотипов изолиний яровой мягкой пшеницы, содержащих четыре комбинации чужеродных транслокаций.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Используемый материал включал следующие генотипы:
1) сорта яровой мягкой пшеницы Л503 и Доб-рыня, содержащие 7DS-7DL-7Ae#1L транслокацию (LrW-транслокация) от A. elongatum [27];
2) почти изогенные линии сорта Л503: Л503 Lr19 + Lr26=Л503 * 6 // Thatcher Lr26 — содержит комбинацию 7DS-7DL-7Ae#1L + 1BL-1R#1S = = (Lr19 + Lr26) транслокаций от A. elongatum + S. cereale;
3) почти изогенные линии сорта Добрыня (Дбр): Дбр Lr19 + Lr9 = Дбр * 5 // Thatcher Lr9 — содержит комбинацию 7DS-7DL-7Ae#1L + 6BS-6BL-6U#1L = (Lr19 + Lr9) транслокаций от A. elongatum + Ae. umbellulata; Дбр Lr19 + Lr24 = Дбр * 5 // Thatcher Lr24 — содержит комбинацию 7DS-7DL-7Ae#1L + 3DS-3DL-3Ae#1L = (Lr19 + Lr24) транслокаций от A. elongatum; Дбр Lr19+ Lr25 = Дбр * 5 // Thatcher Lr25 — содержит комбинацию 7DS-7DL-7Ae#1L + 4BS-4BL-2R#1L = (Lr19 + Lr25) транслокаций от A. elongatum + S. cereale.
Присутствие чужеродных комбинаций у изучаемых почти изогенных линий определяли по наличию у них маркерных признаков транслокаций: желтого цвета муки, тесно сцепленного с геном Lr19 [28], а также по реакции на саратовскую популяцию возбудителя листовой ржавчины пшеницы Puccinia triticina IT = 0. Так как ген Lr19 преодолен патогеном с 1994 г. [29], одновременное наличие типа реакции на патогена IT = 0 и желтого цвета муки обуславливалось только комбинацией чужеродных транслокаций. Кроме того, наличие комбинации Lr19 + Lr26-транслока-ций было подтверждено С-окрашиванием хро-
мосом у почти изогенной линии Л503 Lr19 + Lr26, а также электрофорезом запасных белков [30].
Растения сортов-реципиентов и почти изоген-ных линий выращивались в течение двух вегетационных сезонов на поливном участке в поле.
Колосья изучаемых растений срезали в поздней одноядерной стадии пыльцы, используя критерий, предложенный Bernard [31]. Затем их выдерживали в течение 2 нед. при 4°С. Для индукции эмбриоструктур использовали среду N6 [32] с 10%-ным картофельным экстрактом и 2 мг/л 2,4 D. Эмбриоструктуры выделяли и пересаживали на среду для регенерации [33] с добавлением 0.2 мг/л ИУК и 0.2 мг/л кинетина.
Реакцию на андрогенез in vitro при культивировании пыльников сортов-реципиентов и почти изогенных линий оценивали по показателям: 1) уровня эмбриоиндукции — по частоте образования эмбриоструктур на 1000 пыльников; 2) регенерации эмбриоструктур — по отношению зеленых и альбиносных растеньиц-регенерантов к общему количеству эмбриоструктур на 1000 пыльников; 3) отношению зеленых растеньиц-регенерантов к
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.