Я. Н. Демурин, Н. Н. Толмачева Научно-технический

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ
Я. Н. Демурин,
Научно-технический
бюллетень
доктор биологических наук
Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур
2005, вып. 2 (133)
научный сотрудник
Н. Н. Толмачева,
ВНИИ масличных культур
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНОВ ЭРЕКТОИДНОСТИ ЛИСТА У ПОДСОЛНЕЧНИКА
УДК 633.854.78:575
Эректоидный тип листьев может быть использован в изменении архитектоники
растений и посевов в направлении более компактного габитуса и увеличения густоты
стояния растений. Селекционная работа по созданию гибридов такого типа требует, наряду с обоснованием агрономической целесообразности, знаний генетической природы
эректоидности листьев и получении генетической коллекции по этому признаку.
Эректоидность листа является сложным морфологическим признаком, определяемым размером и расположением как черешка, так и листовой пластинки. Фенотипическая выраженность признака зависит от генотипа, листового яруса и факторов внешней
среды 2, 5, 7, 8, 10 . Известно три гена эректоидности черешков листьев подсолнечника.
Один из них доминантный ген Er (erectoid leaf) и два рецессивных гена er1 и er2 1, 4, 8,
9 . Описаны также рецессивные гены pj1 и pj2 (petioles joined to the stem), контролирующие прижатый к стеблю черешок, а также два комплементарных гена Ps1 и Ps2 (shortened
leaf petioles), вызывающие в рецессивном гомозиготном состоянии толстый короткий
черешок 11, 12 . Вертикальное расположение листа, когда черешок и листовая пластинка расположены почти параллельно стеблю, контролируется одним рецессивным геном
ul1 (upright leaf) 2 . Очевидно, что различные обозначения генов, приведенные в многочисленных исследованиях, не означают различий в самих генах, так как систематического теста на аллелизм не проводилось.
Целью работы являлась идентификация генов эректоидности линий признаковой
коллекции подсолнечника ВНИИМК.
Материал и методы. Опыты проводились в полевых условиях в 2003-2005 гг.
Делянки соответствовали схеме посева 70 35 см по одному растению в гнезде и 25-ти
растениям в ряду. Оценку эректоидности листа проводили в период цветения корзинки.
Принудительное самопыление и гибридизацию осуществляли общепринятым методом
3 . При сравнении эмпирических расщеплений с модельными в F2 использовали
χ2-критерий 6 .
Результаты и обсуждение. В признаковой коллекции подсолнечника ВНИИМК
было выделено 6 линий с эректоидным типом листа. Линии СЛ2399, КГ27 и К561 характеризуются коротким эректоидным черешком, при чем черешок линии СЛ2399 морфологически отличается от черешков линий КГ27 и К561 отсутствием изгиба. Линии ВК268,
КГ102 и К562 обладают длинным эректоидным черешком (рисунок). Согласно родословной, линия КГ102 получила признак эректоидности от К562.
Семь популяций F2 в скрещивании линии СЛ2399, обладающей коротким эректоидным черешком, с пятью нормальными линиями показали моногенный доминантный
контроль этого признака (табл. 1).
7
норма, ВА2
короткочерешковый, К561
короткочерешковый, СЛ2399
длинночерешковый, КГ102
Рисунок – Морфологические типы эректоидного листа у подсолнечника
Таблица 1 – Наследование доминантной эректоидности листа линии СЛ2399 в F2
при скрещивании с нормальными линиями
Скрещивание
СЛ2399 Х ВК876
СЛ2399 Х К1587
СЛ2399 Х Z1064
СЛ2399 Х ВА2
ВК876 х СЛ2399
ВК876 х СЛ2399
К3353 Х СЛ2399
Число растений, шт.
норма
эректоид
43
125
48
121
48
119
46
126
24
68
30
101
43
123
Теоретическое отношение
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
χ2эмп.
(χ 05=3,84)
0,03
1,04
1,24
0,28
0,05
0,31
0,07
2
Моногенный рецессивный характер наследования признака в 21 популяции F2
наблюдался как для короткочерешковых эректоидных линий КГ27 и К561, так и для
длинночерешковых эректоидных линий ВК268 и КГ102 в скрещивании с 11 обычными
линиями (табл. 2). Различий в реципрокных скрещиваниях не наблюдалось.
8
Таблица 2 – Наследование рецессивной эректоидности листа линий КГ27, К561,
ВК268 и КГ102 в F2 при скрещивании с нормальными линиями
Скрещивание
КГ27 Х ВК876
КГ27 Х ВА2
КГ27 Х Z1064
КГ27 Х К3353
ВК409 Х КГ27
К561 x Z1064
К561 x ВК409
К1587 x К561
ВК268 х ВА2
ВК268 х ВА2
ВА2 x ВК268
КГ102 х К824
КГ102 x К3353
КГ102 х Л2586
КГ102 x Z1064
КГ102 x СЛ2290
КГ102 x СЛ2290
КГ102 x К1587
КГ102 x К1587
И5/303 х КГ102
RHA356 x КГ102
Число растений, шт.
норма
эректоид
96
38
72
23
103
36
91
28
105
29
108
39
104
40
84
26
99
36
148
40
98
35
133
37
130
53
109
30
94
39
112
36
98
28
99
40
106
38
112
29
119
34
χ2эмп.
(χ 05=3,84)
0,80
0,03
0,05
3,84
0,80
0,19
0,55
0,11
0,20
1,39
0,12
0,95
1,53
0.87
1,32
0,04
0,52
1,05
0,15
1,48
0,63
Теоретическое
отношение
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
3:1
2
При скрещивании двух рецессивных короткочерешковых эректоидных линий
К561 и КГ27 в F1 проявился эректоидный фенотип, что свидетельствует о положительном
результате функционального теста на аллелизм. В F2 все растения также обладали эректоидным фенотипом без появления нормальных рекомбинантных растений.
Скрещивание линий ВК268 с рецессивной длинночерешковой эректоидностью и
К561 с рецессивной короткочерешковой эректоидностью привело в F1 к появлению нормального фенотипа, т.е. функциональный тест на аллелизм дал отрицательный результат.
Расщепление в F2 по трем феноклассам "нормальный черешок", "тип ВК268" и "тип 561"
соответствовало схеме дигибридного наследования 9:3:4 при взаимодействии генов по
типу рецессивного эпистаза (табл. 3). Аналогичные результаты получены в скрещивании
ВК268 х КГ27 (Табл. 4). Следовательно, ген эректоидности линии ВК268 не аллелен гену
линий К561 и КГ27.
Таблица 3 – Идентификация генов рецессивной эректоидности линий ВК268 и К561
Поколение
норма
Число растений, шт.
тип
тип
ВК268
К561
25
0
Теоретическое
отношение
χ2эмп.
(χ 05=5,99)
-
-
2
ВК268 ♀
0
К561 ♂
0
0
25
-
-
F1
25
0
0
-
-
F2
88
38
29
9:3:4
5,21
9
Таблица 4 – Идентификация генов рецессивной эректоидности линий ВК268 и КГ27
Поколение
ВК268 ♀
Число растений, шт.
тип
тип
норма
ВК268
КГ27
0
25
0
Теоретическое
отношение
χ2эмп.
(χ205=5,99)
-
-
КГ27 ♂
0
0
25
-
-
F1
25
0
0
-
-
F2
77
30
51
9:3:4
4,95
При скрещивании двух рецессивных длинночерешковых эректоидных линий
ВК268 и КГ102 в F1 проявился эректоидный фенотип, что свидетельствует о положительном результате функционального теста на аллелизм.
Расщепление в F2 при скрещивании линии СЛ2399, характеризующейся доминантной эректоидностью, с линиями ВК268 (табл. 5) и КГ27 (табл. 6) соответствовало
дигибридной схеме наследования 12:3:1. Появление нормального рекомбинантного фенотипа наблюдалось при этом с частотой 3/16, указывая на неаллельность изучаемых
генов.
Результаты идентификации линий подсолнечника с эректоидным черешком
представлены в виде описания генетической коллекции в таблю 7. Тригенная модель
описывает фенотипическое разнообразие линий.
Таблица 5 – Идентификация генов рецессивной эректоидности ВК268 и
доминантной эректоидности СЛ2399
Число растений, шт.
Поколение
ВК268 ♀
СЛ2399 ♂
F1
F2
тип
СЛ2399
0
25
25
110
тип
ВК268
25
0
0
11
норма
0
0
0
31
Теоретическое
отношение
χ2эмп.
(χ205=5,99)
12:3:1
0,60
Таблица 6 – Идентификация генов рецессивной эректоидности КГ27 и
доминантной эректоидности СЛ2399
Число растений, шт.
Поколение
10
КГ27 ♀
тип
СЛ2399
0
СЛ2399 ♂
Теоретическое
отношение
χ2эмп.
(χ205=5,99)
-
-
0
тип
КГ27
25
25
0
0
-
-
F1
25
0
0
-
-
F2
81
24
10
12:3:1
1,62
норма
Таблица 7 – Генетическая коллекция эректоидных линий подсолнечника
Линия
ВА2
СЛ2399
КГ27
К561
ВК268
КГ102
К562
Фенотип
Нормальный черешок
Короткий, эректоидный черешок
Короткий, эректоидный черешок
Короткий, эректоидный черешок
Длинный, эректоидный черешок
Длинный, эректоидный черешок
Длинный, эректоидный черешок
Генотип
erer Er1Er1 Er2Er2
ErEr Er1Er1 Er2Er2
erer Er1Er1 er2er2
erer Er1Er1 er2er2
erer er1er1 Er2Er2
erer er1er1 Er2Er2
erer er1er1 Er2Er2
Заключение. Короткочерешковая эректоидность листа линии СЛ2399 контролируется доминантным геном Er. Короткочерешковые линии К561 и КГ27 характеризуются
гомозиготым состоянием рецессивного аллеля er2. Признак длинночерешкового эректоидного листа линий ВК268, КГ102 и К562 определяется рецессивным аллелем er1 в гомозиготе. Гены Er, er1 и er2 наследуюются независимо, при этом Er эпистатирует над er1 и
er2, а er2 – над er1.
Литература
1. Ведмедева Е. В., Толмачев В. В. Новые маркерные морфологические признаки
подсолнечника // НТБ ВНИИМК. – 2001. – Вып. 124. – С. 31-33.
2. Гаврилова В. А., Анисимова И. Н. Подсолнечник. – С-Пб.: ВИР, 2003. – 209 c.
3. Гундаев А. И. Основные принципы селекции подсолнечника. – Генетические
основы селекции растений. – М.: Наука, 1977. – С. 417-465.
4. Демурин Я. Н., Толмачев В. В. Наследование некоторых маркерных признаков
подсолнечника // Вопросы прикладной физиологии и генетики масличных растений –
ВНИИМК. – Краснодар, 1986. – С. 14-19.
5. Калайджян А. А. Бесчерешковый мутант подсолнечника // Селекция и семеноводство. – 1991. – № 3. – С. 24-25.
6. Лакин Г. Ф. Биометрия. – М.: Высш. шк., 1990. – 352 с.
7. Малюга Н. Г., Трубилин Е. И., Калайджян А. А. Современная концепция создания новой модели подсолнечника для ресурсосберегающих агротехнологий // Доклады
РАСХН. – М., 2000. – № 4. – С. 12-14.
8. Пимахин В. Ф. Методы и результаты селекции подсолнечника в Поволжье //
Атореф. дис. докт. с.-х. наук. – Саратов. – 2000. – 66 с.
9. Стоянова Й., Петров П., Иванов П. Изследване на еректовидния хабитус при
слънчогледа // Растениевъд. науки. – 1985. – Т. 3. – С. 56–60.
10. Солдатов. К. И., Калайджян А. А. Короткочерешковый мутант подсолнечника // Селекция и семеноводство. – 1987. – № 4. – С. 20-21.
11. Luczkiewicz T. Inheritance of some characters and properties in sunflower (Helianthus annuus L.) // Genetic Polonica.– 1975.– No. 16.– P. 167–184.
12. Miller J. F., Fick G. N. Genetics of Sunflower // Sunflower Technology and Production. – USA, 1997. – P. 441-495.
11