Автореферат: Генетические аспекты селекции короткостебельных гексаплоидных тритикале

При тестировании генов, детерминирующих низкорослость с использованием гибберелловой кислоты использовали обычную методику обработки семян ГК, применяемую на пшенице (Писарева, 1984; Альдеров, 2001).

Оценку устойчивости к болезням проводили по по методикам, разработанным во ВНИИР (Мережко и др., 1999).

Для оценки селекционной ценности генов короткостебельности и выделения высокопродуктивных, устойчивых к полеганию линий гексаплоидного тритикале проводили анализ гибридов F₃ и далее по следующим признакам: высота растений, число и длина междоузлий, устойчивость к полеганию, дата колошения, длина колоса, число колосков в колосе, число зерен с колоса, масса зерна с колоса, масса 1000 зерен, оценка (выполненность) зерна, стекловидность, число продуктивных стеблей с единицы площади, урожайность с единицы площади, устойчивость к грибным болезням.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Генетический контроль признака высота растения у гексаплоидных форм тритикале

Согласно нашим предыдущим работам при изучении разнообразия гексаплоидных форм тритикале по высоте растения (в разные годы оценивали от 379 до 1542 образцов различного эколого-географического происхождения) показана существенная амплитуда изменчивости высоты растений гексаплоидных форм тритикале (50-200см). Размах варьирования признака по годам не изменялся независимо от числа изучавшихся образцов. Изученные коллекционные образцы тритикале были разделены на группы, различающиеся по высоте растений (Куркиев, 2001).

Для дальнейших исследований были отобраны 52 образца тритикале различного происхождения геномного и хромосомного состава. Предпочтение давалось тем сортам и линиям, которые выделялись высокой продуктивностью в сочетании с комплексом других селекционно-ценных признаков. Для селекции тритикале важное значение имеет не только создание и изучение короткостебельных, но и средне и высокорослых форм. Высокорослые тритикале широко используются на зеленый корм. Вышесреднерослые и среднерослые тритикале более предпочтительны при выращивании в засушливых условиях на относительно низком агрофоне и при яровом посевах.

Имеющиеся в настоящее время сведения о генетическом контроле признака высота растения у гексаплоидного тритикале отрывочны, получены на небольшом по объему экспериментальном материале, практически отсутствуют сведения о возможном сцеплении генов данного признака с генетическими факторами, контролирующими другие селекционно-ценные признаки. Вследствие этого важным как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения было изучение наследования короткостебельности у выделенных образцов. Теоретически, с селекционной точки зрения, достаточно было изучить наследование короткостебельности только одного образца в каждой из групп, фенотипически различающихся по высоте. Однако идентифицированные гены могут быть сцепленными с генами, оказывающими отрицательное действие на продуктивность зерна, что обусловило необходимость изучения генетического контроля высоты растений у образцов тритикале с различной выраженностью признака высота растения и имеющих как немодифицированный состав хромосом генома ржи, так и R/D замещения.

Генетический контроль короткостебельности гексаплоидных тритикале с немодифицированным составом хромосом генома ржи

Установлено, что сортообразцы с полным набором хромосом генома ржи имеют различную степень выраженности признака высота растения (от 70 до 180 см), на этом основании они были подразделены на 4 группы:

Высокорослые с высотой растения от 150 см и выше: озимые - ПРАГ 3, ПРАГ 154 (к-2987, Дагестан), № 17 (к-127, Канада); яровые - Аист харьковский.

Вышесреднерослые - 140 - 150 см: озимые - Снегиревский зернокормовой (к-1293, Московская обл.), Тарасовский 1 (к-789, Ростовская обл.), Тальва 100 (к-1508, Воронежская обл.), Разгар (к- 3642, Воронежская обл.), Виктор (к-2859, Московская обл.), ПРАГ 204 (к-2570, Дагестан); яровые - Stier “S” (к-1253, Мексика), Yago (к-2044, Польша), CIN - CNO x Beagle (к-2257, Мексика), СЛ3 МР6 (к-1623, Украина).

Среднерослые - 130-145 см: озимые - ПРАГ 137 (к-3355, Дагестан); яровые - IA - M2A x Pi 62 / Bgl (к-721, Мексика), Giraf"S" (к-1054, Мексика), Guadajira (к-1206, Испания), x 16215 (к-2200, США), Elk-32 (к-2330, Мексика), Setter (к-632, Мексика).

Низкорослые - 70 - 130 см: озимые - Зенит Одесский (к-3451, Украина), ПРАД (Устимовский 2) (к-589, Украина), ПРАГ 105/8 (к-399, Дагестан), АД 3189 (к-1299, Московская обл.).

Вариационные ряды популяций F₁ и F₂ от скрещивания тестера ПРАГ 3 с высокорослыми образцами: ПРАГ 154, № 17, Аист харьковский не выходили за пределы распределения родительских форм. На основании этого можно предположить о незначительных генетических различиях данных сортов тритикале по высоте растения.

В F₁ от скрещивания высокорослых сортов ПРАГ 3 и Аист харьковский с вышесреднерослыми и среднерослыми тритикале отмечена различная степень доминирования высокорослости. При изучении популяций второго поколения в данных комбинациях наблюдалось отсутствие четкого разделения на фенотипические классы по длине соломины. Анализ потомства растений F₂ в комбинациях с вышесреднерослыми образцами тритикале: Снегиревский зернокормовой, Тарасовский 1, Тальва 100, СЛ3МР6, CIN-CNO/Bgl, Yago, Stier в третьем поколении показал соотношение нерасщепляющихся по высоте растения семей к расщепляющимся в соответствии с теоретически ожидаемым 2:2 при моногенном наследовании (табл. 1). В F₃ от скрещивания со среднерослыми образцами: ПРАГ 137, Виктор, Разгар, ПРАГ 204, IA - M2A x Pi 62 / Bgl, Giraf, Guadajira, Ч 16215, Elk 32, Setter фактическое отношение нерасщепляющихся по высоте семей к расщепляющимся соответствовало теоретически ожидаемому при дигенном различии 4:12 (табл. 1).

В F₁ от скрещивания ПРАГ 3 с короткостебельными сортами наблюдалось неполное доминирование низкорослости. В F₂ в комбинациях сорта ПРАГ 3 с образцами Зенит одесский, ПРАД (Устимовский 2), ПРАГ 105/8 и АД 3189 наблюдалось 2 фенотипических класса растений: коротко- и среднерослые (вместе) и высокорослые, фактическое соотношение которых соответствует теоретически ожидаемому 3:1 (ч² = 0,89, ч² = 1,30, ч² = 1,20 и ч² = 1,26 соответственно, при ч² _0,05= 3,84). При анализе третьего поколения гибридов в комбинациях ПРАГ 3 с сортообразцами АД 3189 и ПРАД (Устимовский 2), фактическое соотношение нерасщепляющихся по высоте растения семей к расщепляющимся соответствовало теоретически ожидаемому при моногенном наследовании - 2:2 (ч² = 1,44, ч² = 3,24 соответственно, при ч² _0,05= 3,84) (табл. 1). В этих двух комбинациях все растения F₂, имеющие высоту в пределах варьирования высокорослого родителя ПРАГ 3, при проверке в F₃ оказались гомозиготами, а растения, выделенные из классов распределения F₂, соответствующих низкорослым родительским формам, оказались как гомо-, так и гетерозиготами. Что указывает на наличие у данных короткостебельных сортов полудоминантного гена короткостебельности.

В отличие от предыдущих комбинаций в F₃ от скрещиваний ПРАГ 105/8 Ч ПРАГ 3 и Зенит одесский Ч ПРАГ 3 наблюдалось соотношение нерасщепляющихся и расщепляющихся семей в соотношении соответствующем теоретически ожидаемому при дигенном контроле признака - 4:12 (ч² = 1,46, ч² = 3,52 соответственно, при ч² _0,05= 3,84) (табл. 1). Кроме гомозиготных семей с высотой соответствующей родительским формам отмечены линии F₃ имеющие промежуточную длину соломины. Высота одних семей соответствовала короткостебельным формам (немного выше исходных родительских форм ПРАГ105/8 и Зенит одесский), а других относилась к вышесреднерослым. Таким образом, несмотря на то, что расщепление по высоте растения в F₂ соответствовало моногенному, анализ третьего поколения выявил наличие у сортообразцов ПРАГ 105/8 и Зенит одесский двух генов короткостебельности.

Таким образом, анализ первого, второго и третьего поколений гибридов в комбинациях от скрещивания гексаплоидных форм тритикале, имеющих полный набор хромосом генома ржи с тестерами высокорослости ПРАГ 3 и Аист харьковский показал, что образцы Снегиревский зернокормовой, Тарасовский 1, Тальва 100, СЛ3МР6, CIN-CNO/Bgl, Yago, Stier “S” отличаются от высокорослых сортов по одному, а сорта ПРАГ 137, Виктор, Разгар, ПРАГ 204, IA-M2AxPi62/Bgl, Giraf"S", Guadajira, Ч16215, Elk 32 и Setter по двум рецессивным генам, контролирующим низкорослость. У образцов ПРАД (Устимовский 2) и АД 3189 идентифицировали по одному доминантному гену, влияющему на высоту растений. У короткостебельных образцов ПРАГ 105/8 и Зенит одесский высота растений контролируется двумя генами: рецессивным и полудоминантным (табл. 1).

Особенности наследования высоты растения у гексаплоидных форм тритикале с R/D замещением

При изучении генетического контроля высоты растений гексаплоидных тритикале выделена группа образцов, для которых классический гибридологический анализ невозможен из-за низкой всхожести семян F₁ и появления в F₂ стерильных растений. В комбинациях скрещиваний этих образцов между собой такого явления не наблюдали. На основании генеалогии и фенотипа растений данных образцов можно предполагать, что они имеют в своем генотипе R/D замещения.

Проведено изучение особенностей наследования высоты растения в комбинациях с участием тритикале несущих R/D замещение - АД 206 (к-163, Украина), Курская степная (к-1617, Воронежская обл.) и АД1422 (к-2473, Украина) с образцами, имеющими в своем генотипе немодифицированный состав хромосом генома ржи - ПРАГ 160 (к-2528, Дагестан), Presto (к-2037, Польша), ПРАГ 184 (к-2546, Дагестан), Bokolo (к-2076, Венгрия), кроме того, в гибридизацию включен сорт ПРАГ 3 - тестер высокорослости.

В первом поколении всех скрещиваний доминировала высокорослости, во втором же поколении распределение смещено в сторону более низкорослого родителя (табл. 2). В каждой комбинации было отмечено появление большого числа низкорослых трансгрессивных форм, намного превышающее количество высокорослых трансгрессивных растений. Кроме того, выявлена высокая частота стерильных растений F₁ или не давших потомства растений F₂ (5-15%).

Таблица 1 Расщепление по высоте растений семей третьего поколения от скрещиваний образцов гексаплоидного тритикале с полным набором хромосом генома ржи. Дербент, 2000-2004

*ч²_теор. (при Р_0,05) = 3,84

Если в комбинации с участием тестера высокорослости ПРАГ 3 отбросить стерильные или не давшие потомства растения F₂, то распределение по высоте в данной комбинации не выходит за пределы варьирования родительских форм. В комбинациях же с участием образцов тритикале, несущих гены короткостебельности кроме стерильных форм, которые в большинстве своем занимают крайние классы распределения по высоте в F₂, выделены фертильные низкорослые трансгрессивные растения, среди которых в F₃ отмечены нерасщепляющиеся по высоте семьи с длиной соломины ниже исходных форм, что указывает на взаимодействие генов короткостебельности образцов с полным составом хромосом ржи и генетическим компонентом хромосомы 2D (табл. 2). В среднем генетический компонент хромосомы 2D, контролирующий короткостебельность снижает высоту растения на 20-25 см.

Всего же в процессе работы было выявлено 13 сортообразцов гексаплоидного тритикале, показавших наличие стерильных растений в F₂ при их гибридизации с полнокомплектными формами; мы предполагали наличие у них R/D замещения.

Для подтверждения данного предположения проведен ПЦР ДНК 30 образцов и 18 короткостебельных линий тритикале при использовании праймеров к STS и SSR маркерам, сцепленным с генами короткостебельности Rht2 и Rht8, локализованных в геноме D пшеницы.

Ни у одной формы тритикале из изученных не выявлены фрагменты амплификации при использовании праймеров маркеров 2-х альтернативных аллелей гена Rht2.

У всех 13 образцов тритикале, у которых предполагалось наличие R/D замещения - АД 206, Курская степная, АД 1422, Белорусский 1135 (к-3055, Беларусь), АДК 1369t (Краснодарский кр.), ТИ 17 (к-2455, Ростовская обл.), Кубанец (к-563, краснодарский кр.), Kla 'S' (к-2261, Мексика), Tyalla (к-830, Австралия), Panda"R" - ABN (к-714, Мексика), Alamos 83 (к-2327, Мексика), и-364605 (Мексика), и-457401 (Эфиопия) и 4 линий, выделенных из комбинаций с участием R/D замещенных форм, идентифицированы продукты амплификации после проведения ПЦР их ДНК с праймерами SSR маркера, сцепленного с геном Rht8.

Из этих 15 форм только у образца АДК1359t (Краснодарский кр.) длина фрагмента амплификации не отличалась от таковой у сорта пшеницы Безостая 1 (рис. 1). Наличие фрагментов амплификации после ПЦР с праймерами к гену Rht8 у отмеченных нами образцов и отсутствие у остальных форм доказывает наличие у них части либо целой хромосомы 2D.

Полученные данные указывают на невозможность проведения гибридологического анализа в комбинациях скрещиваний образцов тритикале с геномами AABBRR и AABBRR/DD при изучении наследования высоты растений и, скорее всего и других признаков. Очевидно, что для определения генетического контроля высоты растения у образцов тритикале с R/D замещением необходим анализ гибридов между этими образцами.