и свойства (обзор). В: С.-x. биология. 1989, №1, с. 60-67.

и свойства (обзор). В: С.-x. биология. 1989, №1, с. 60-67.
64. Супрунова Т.П., Стародубцева А. М., Дорохов Д. Б. и др. Молекулярная
идентификация сортового материала картофеля. В: Современные системы
защиты и новые направления в повышении устойчивости картофеля к
колорадскому жуку. Серия Генетическая инженерия и экология. Москва, 2000,
т.1, с.107-109.
65. Тихонов А.В., Недолужко А.В., Мартынов В.В. и др. Изучение генетической
структуры популяции дикой сои (Glycine soja Sieb. & Zucc.) вблизи села
Екатериновка на юге Приморского края РФ. В: Генетика. 2011, т. 47, № 3, с. 339-344.
66. Тихонов А.В., Мартынов В.В., Дорохов Д.Б. Изучение взаимовлияния
субпопуляций дикой сои (Glycine soja) в долине реки Цукановка на юге Дальнего
Востока России. В: Цитология и генетика. 2011, № 4, с. 16-22.
67. Фортэ А.В., Игнатов А.Н., Пономаренко В.В. и др. Филогения видов яблони
рода Malus на основе оценки морфологических признаков и молекулярного
анализа ДНК. В: Генетика. 2002, т. 38, № 10, с. 1357-1369.
68. Фортэ А.В., Савельев Н.И., Дорохов Д.Б. Применение ДНК маркеров для оценки
генетического полиморфизма яблони. Мичуринск-наукоград: Изд-во ГНУ
ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина, 2004, 112 с.
69. Хавкин Э.Е. Молекулярные маркеры в растениеводстве. B: С.-х. биология, Сер.
Биология растений. 1997, №5, c. 3-21.
70. Цветков И.Л., Игнатов А.Н., Дорохов Д.Б. Полиморфизм изоферментных
маркеров и идентификация сортов капусты белокочанной, брюссельской,
савойской и брокколи (Brassica oleracea L.). В: Сельскохозяйственная биология.
Сер. Биология растений. 2001, № 5, с. 81-87.
У.Д.К.:633.15:631.524:581.1.083 (478)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ У СОМАКЛОНОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ КУЛЬТУРЫ IN VITRO ИЗ ЛИНИИ
КУКУРУЗЫ POLY 17
НАТАЛЬЯ КЛИМЕНКО
Государственный аграрный университет Молдовы
Abstract. The genetic variability peculiarities of nine somaclonal variants of maize
line Poly 17 (the generation R8) was studied during two years. The genetic diversity
indexes analyze showed the minimal genetic distance from initial line Poly 17 only for one
somaclonal variant – C19, but the maximal ones – for the other two somaclonal variants –
C2 and C17. The highest ability of general combination (AGC) was marked for
somaclonal variants C2 and C10. This distinguished somaclonal variants should be
recommended as a possible perspective new initial material for maize breeding.
Key words: Ability of General Combination, Maize, Siblings, Somaclonal Variant,
Variability.
ВВЕДЕНИЕ
Помимо общепринятых методов создания исходного селекционного
материала (гибридизация, мутагенез, полиплоидия) в последние десятилетия
начали использовать некоторые биотехнологические способы, в основе которых лежит феномен сомаклональной изменчивости. Под термином «сомаклональная изменчивость» подразумевают новый вид реальной генетической
91
изменчивости, которая проявляется в потомстве растений-регенерантов,
полученных методом культуры in vitro (Palii ş.a., 2004).
На кафедре селекции, генетики и биотехнологии ГАУМ в содружестве с
лабораторией биохимии и физиологии Института растениеводства “Порумбень”, была проведена индукция сомаклональной изменчивости в эмбриокультуре ряда линий кукурузы, широко используемых в качестве исходного
селекционного материала. Через каллусогенез были получены сомаклональные варианты, которые на протяжении 7 поколений прошли детальную
оценку по морфобиологическим, биохимическим, физиологическим признакам и по белковым маркерам (Комарова и др., 2002; Комарова, 2008).
Цель настоящей работы состояла в изучении особенностей проявления
генетической изменчивости у сомаклональных вариантов линии Poly 17 восьмого поколения для их возможного использования в селекционном процессе.
Для её реализации было необходимо решить следующие задачи: 1)
охарактеризовать самоопыленные формы сомаклональных вариантов линии
Poly 17 восьмого поколения; 2) изучить родственные гибридные комбинации
сомаклональных вариантов кукурузы с исходной линией Poly 17; 3) изучить
общую комбинационную способность сомаклональных вариантов кукурузы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В качестве объекта исследования использовали линию Poly 17; девять
сомаклональных вариантов (СВ) этой линии (С1, С2, С9, С10, С12, С16, С17,
С18, С19); девять родственных гибридных комбинаций между указанными
СВ и исходной линией-оригиналом, а также десять топкроссов СВ с линиейтестером F2. Самоопыленные СВ восьмого поколения испытывали в течение
двух сезонов вегетации.
Изучение сомаклональных вариантов кукурузы проводили по общепринятым методикам полевого опыта, по следующим параметрам: продолжительность периода вегетации; общая фенотипическая оценка (габитус
растения, устойчивость к полеганию); элементы структуры урожая (длина
початка, нижний диаметра початка, число рядов зёрен в початке, число зёрен
в одном ряду початка); продуктивность (урожайность зерна и масса 1000
зёрен). Полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа для установления критерия достоверности различий между изученными
вариантами опытов. Генетические различия между сомаклонами и их линиейоригиналом определяли по индексу генетического разнообразия (Troyer et al.,
1988; Мустяца, Мистрец, 2009).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментальные данные, полученные в соответствии с первой
задачей работы, свидетельствуют, что общий период вегетации для всей
изученной группы сомаклонов варьирует от 113 до 116 дней. По сравнению с
линией-оригиналом для сомаклональных вариантов С12, С16, С17 и C18
период созревания наступает на два дня раньше, а для сомаклона С19 этот
разрыв увеличивается до трех дней.
Немаловажное значение для селекционного процесса имеют данные о
92
диапазоне сроков наступления цветения метёлок и початков кукурузы для каждого
изучаемого сомаклонального варианта. Если для линии-оригинала характерно
опережение в цветении метёлки на один день, то для большинства сомаклональных
вариантов этой линии (6 генотипов – С1, С9, С16, С17, С18, С19) указанное
различие увеличивается до двух дней; для двух сомаклонов – С2 и С12 – обсуждаемый параметр идентичен линии-оригиналу, и только для 1 сомаклонального
варианта С10 характерно одновременное цветение метелки и початка.
Визуальная оценка габитуса позволила выделить только один сомаклональный вариант С1 (балл 7,5) и два сомаклoна – С2 и С18 – на уровне линииоригинала. Визуальная оценка устойчивости к полеганию свидетельствует, что
большинство изученных сомаклонов обладает значительными преимуществами
по этому показателю по сравнению с линией-оригиналом. Наибольшей
устойчивостью к полеганию за два года проведенных испытаний обладал
сомаклон С18. Однако, на завершающем, предуборочном этапе, максимальный
балл по общей фенотипической оценке в течение двух лет эксперимента был
зафиксирован именно для сомаклона кукурузы С2.
Анализ элементов структуры урожая сомаклональных вариантов линии
Poly 17 показал, что «длина початка», «нижний диаметр початка» и «число
зерен в ряду початка» у большинства изученных сомаклонов не превысила
линию-оригинал. Для параметра «число рядов в початке» отмечена
тенденция увеличения абсолютных величин. Однако, в соответствии с
данными дисперсионного анализа, лишь по показателю «число зёрен в ряду
початка» установлено существенное увеличение разницы между линиейоригиналом и большинством изученных сомаклонов.
Анализ продуктивности сомаклональных вариантов линии Poly 17
свидетельствует (рис.1), что по массе 1000 зёрен почти все изученные формы
существенно отличаются от линии-оригинала в сторону уменьшения этого
показателя - за исключением сомаклонального варианта С1. В то же время, по
урожайности зерна три сомаклона – С2, С19 и С9 – обладают количественным
преимуществом по сравнению с линией-оригиналом, что подтверждается
данными дисперсионного анализа. Причем, более существенное преобладание
урожайности зерна можно констатировать лишь для сомаклона С2.
Recolta boabelor
Masa a 1000 de boabe
20
250
18
16
200
14
150
12
q/ha 10
gr
8
100
6
4
50
2
0
0
C.2
C.19
C.9
Poly17
C.10
C.12
C.16
C.18
C.1
C.17
C.1
Poly17
C.9
C.10
C.2
C.19
C.16
C.17
C.18
C.12
А
Б
Рис.1. Продуктивность сомаклональных вариантов кукурузы, полученных из
линии Poly 17. Условные обозначения к рис. 1 – 3: А – урожай зерна, ц/га; Б –
масса 1000 зерен, г.
93
Таким образом, в результате проведенного изучения самоопыленных
форм сомаклональных вариантов кукурузы и их линии-оригинала Poly 17 по
общей визуальной оценке фенотипа и по урожайности зерна выделен
сомаклон С2.
Формулировка второй задачи эксперимента базировалась на
необходимости получения доказательства
происхождения изученных
сомаклональных вариантов от линии-оригинала. То есть, во второй части
работы было необходимо определить степень генетических различий между
сомаклональными вариантами и исходной линией Poly 17.
Характеристика периодов вегетации сибсов (т.е. гибридов, полученных
от указанных родственных скрещиваний), свидетельствует о малых
изменениях в сроках созревания, по сравнению с линией-оригиналом: от 116
до 119 дней. В то же время, сроки наступления цветения между метёлками и
початками варьируют в тех же пределах что и у самоопыленных форм
сомаклональных вариантов кукурузы, однако специфичны для каждого из
сибсов.
Визуальная оценка габитуса растений изученных сибсов выявила три
родственные комбинации сомаклонов С1, С2 и С18, обладающих
относительным преимуществом в сравнении с линией-оригиналом по этому
биометрическому параметру. Большинство изученных сибсов проявляют
достаточно высокую устойчивость к полеганию, причем этот признак
усиливается (по сравнению с линией-оригиналом) у родственных
комбинаций сомаклонов С2, С16. С17, С19 и достигает 8,5 баллов для сибса
сомаклонального варианта С18.
Общая фенотипическая оценка изученных сибсов выделила только три
гибридных комбинации - (С16 х Poly 17); (С17 х Poly 17) и (С18 х Poly 17) с
улучшенными фенотипическими показателями по сравнению с линиейоригиналом.
Анализ элементов структуры урожая сибсов изученных сомаклонов
позволил установить, что наибольшее сходство с линией-оригиналом Poly 17
проявил сибс сомаклона С10 по двум показателям: «длина початка» и «число
рядов в початке». Выявлены, также, заметные отличия сибса сомаклона С16
от линии-оригинала Poly 17 по всем четырем изученным элементам
структуры урожая. По совокупности двух параметров – «длина початка» и
«число зерен в ряду початка» - для сибса сомаклона С18, а для комплекса из
двух параметров - «нижний диаметр початка» и «число зерен в ряду
початка» - отмечено их увеличение у сибсов сомаклонов С9 и С10.
По показателям продуктивности у родственных гибридных комбинаций
сомаклонов также прослеживается ряд интересных отличительных
характеристик по сравнению с их исходной линией (рис.2).
94
Recolta boabelor
Masa a 1000 de boabe
50
300
45
250
40
35
200
♀
F1
POLY17
POLY17xF2
25
gr
q/ha
30
♀
F1
POLY17
POLY17xF2
150
20
100
15
10
50
5
0
0
C.19
C.9
C.10
C.1
C.16
C.12
C.18
C.2
C.17
C.19
C.16
C.18
C.2
C.9
C.12
C.1
C.10
C.17
А
Б
Рис.2. Продуктивность родственных гибридных комбинаций между
сомаклональными вариантами кукурузы и их исходной
линией-оригиналом Poly 17.
Диапазон изменчивости урожайности зерна родственных скрещиваний
изученных сомаклонов варьирует от 20,9 до 43,0 ц/га, что значительно
превышает абсолютную величину урожайности зерна исходной линииоригинала Poly 17, а у ряда сибсов приближается к показателю урожайности
зерна неродственной гибридной комбинации линии-оригинала Poly 17 c
линией-тестором F2. По массе 1000 зерен большинство изученных сибсов
уступает не только неродственной гибридной комбинации (Poly 17 x F2), но
и линии-оригиналу Poly 17. Причем для шести сомаклональных вариантов
(С2, С9, С12, С16, С18 и С19) это различие существенно при 0,5% уровне
значимости.
Проведенное обсуждение элементов структуры урожая и показателей
продуктивности позволило выделить ряд сибсов с существенными отклонениями от линии-оригинала. Однако, как отмечают С. Мустяца с соавторами
(2000, 2009), метод объединения линий в фенотипические классы на основе
качественных апробационных признаков не обеспечивает достоверное
определение генетического родства, так как морфологические дистанции не
могут быть трансформированы в генетические. Поэтому с целью определения
степени родства между изучаемыми сомаклонами и их линией-оригиналом
нами был выбран следующий показатель: индекс генетического разнообразия
(DG,%). Классификацию экспериментальных линий (в нашем случае –
сомаклонов линии Poly 17) проводили в соответствии с общепринятой
градацией по следующим группам:
1) DG<30% - генотипы генетически сходные с линией-оригиналом
(близкородственные);
2) 30%<DG<70% - генотипы, имеющие родственные связи с линиейоригиналом (среднеродственные);
3) 70%<DG <95% - генотипы, генетически отдаленные от линииоригинала;
4) DG>95% - генотипы, генетически отличимые от линии-оригинала.
Проведенные расчеты полученных экспериментальных данных
свидетельствуют, что индекс генетического разнообразия для изученных
95
родственных гибридных комбинаций сомаклональных вариантов варьирует
от 12% до 92%. Наибольшее генетическое сходство отмечено для сибса
сомаклонального варианта С19 (DG=12%). Наибольшая генетическая
дистанция, по показателю «урожайность зерна», отмечена для сомаклонов
С2 и С17 ( DG = 92% и 91%, соответственно).
На основе рассчитанных индексов генетического разнообразия для
изученных сибсов сомаклонов, на основе принципа вышеприведенной
классификации (Мустяца, Мистрец, 2000; Мустяца и др., 2009), можно
сделать предварительное заключение о том, что изученные сомаклоны могут
быть распределены по трем группам степени генетического родства с линиейоригиналом: 1) близкородственные – С19; 2) среднеродственные – С1, С9 и
С10; 3) отдаленные - С16, С12, С18, С17 и С2. Ни одна из изученных
гибридных
комбинаций
сомаклонов
с
линией-оригиналом
не
характеризовалась индексом генетического разнообразия выше 95%.
Для доказательства эффективности использования полученных
сомаклональных вариантов (СВ) в качестве исходного материала для
селекционного процесса необходимо располагать информацией о
комбинационной способности этих сомаклонов. Поэтому в соответствии с
третьей задачей представленной работы было проведено их тестирования на
общую комбинационную способность (ОКС). Выбор тестера для
скрещивания определялся
сроком цветения початка изученных
сомаклональных вариантов. Для сомаклональных вариантов линии Poly 17
наиболее приемлемым тестером явилась линия F2.
Характеристика
тестскрещиваний проводилась по совокупности тех же параметров, по
которым велись экспериментальные разработки, в соответствии с 1-ой и 2-ой
задачами эксперимента.
Установлено, что разница между цветением метёлок и початков
изученных гибридов топкроссов составила не более одного дня. Необходимо
отметить, что в большинстве случаев цветение початков наступало позже,
чем цветение метёлок. Обращает также на себя внимание тот факт, что
возрастает уровень стартового роста изученных гибридных комбинации, три
из которых - (С2 х F2), (С16х F2) и (С18 х F2) – получили количество
баллов, приближенное к максимуму (9 баллов).
Фенотипическая оценка гибридных комбинации сомаклональных
вариантов с тестерами показала, что лучше всего проявили себя следующие
сомаклоны:
а) по общей оценке фенотипа – 5 топкроссов сомаклонов С18, С19, а также
С2, С10 и С12;
б) по совокупности всех трёх фенотипических параметров (габитус
растения, устойчивость к полеганию и общая фенотипическая оценка) –
топкроссы сомаклонов С18 и С19;
в) по визуальной оценке «габитус растений» - топкроссы сомаклонов С1 и С2;
г) по визуальной оценке «устойчивость к полеганию» - большинство
изученных топкроссов СВ.
96
Анализ элементов структуры урожая позволил выделить из группы сомаклонов, которые были тестированы с линией F2, лишь одну гибридную комбинацию (С18хF2), характеризующуюся одновременным увеличением всех четырех
изученных параметров – «длина початка», «нижний диаметр початка», «число
рядов в початке» и «число зёрен в одном ряд у початка». Значительно возросшей
длиной початка обладает также топкросс (С2хF2), а относительное увеличение
числа зёрен в одном ряду початка отмечено для большинства изученных
топкроссов, за исключением топкроссов трех сомаклонов – С 12, С17 и С19.
Дисперсионный анализ показателей продуктивности изученных топкроссов указывает на проявляющуюся тенденцию к уменьшению массы 1000
зёрен всех изученных гибридных комбинаций. Тенденция к увеличению
урожайности зерна отмечена для большинства топкроссов, за исключением
трех топкроссов – (C12 x F2), (C16 x F2) и (C18 х F2) (рис.3).
Recolta boabelor
Masa a 1000 de boabe
50
45
300
40
250
35
q/ha
30
200
♀
F1
F2
25
gr 150
20
15
100
10
50
5
0
0
C.18 x F2
C.16 x F2
C.12 x F2
Poly 17 x F2
C.1 x F2
C.17 x F2
C.19 x F2
C.9 x F2
C.2 x F2
C.10 x F2
C.19 x F2
C.18 x F2
C.16 x F2
C.9 x F2
C.12 x F2
C.2 x F2
C.10 x F2
C.17 x F2
C.1 x F2
Poly 17 x F2
A
Б
Рис.3. Продуктивность гибридных комбинаций между сомаклональными
вариантами кукурузы линии Poly 17 и линии-тестера F2.
Показатели урожайности зерна топкроссов изученных сомаклонов были
также использованы для определения ОКС изученных гибридов. Наибольшее
отклонение от среднего значения (в сторону увеличения урожайности зерна)
отмечено для двух гибридных комбинаций с тестером F2: С2 и С10.
abatere de la medie
Рис.4. Общая комбинационная
способность сомаклональных
вариантов кукурузы, полученных из линии Poly 17 (по отклонению от средней урожайности
родительских форм
соответствующего топкросса,
в %).
C.10 x F2
C.2 x F2
C.9 x F2
C.19 x F2
C.17 x F2
C.1 x F2
POLY 17 x F2
C.12 x F2
C.16 x F2
C.18 x F2
-20
-15
-10
-5
0
5
10
%
Эти данные являются четким доказательством того, что сомаклоны С2
и С10, среди изученных сомаклональных вариантов, характеризуются
97
наиболее высокой общей комбинационной способность (ОКС).
ВЫВОДЫ
1. Из 9 изученных сомаклональных вариантов кукурузы по общей
визуальной оценке фенотипа и по урожайности зерна выделен сомаклон С2;
2. Родственные гибридные комбинации между изученными
сомаклонами и исходной линией Poly 17
проявляют наименьшую
генетическую дистанцию для сомаклонального варианта С19; наибольшую –
для сомаклонов С16, С12. С18, С17 и С2;
3. Проведенные тестскрещивания с линией F2 свидетельствуют о
наиболее высокой общей комбинационной способности у сомаклональных
вариантов С2 и С10;
4. Выделенные сомаклональные варианты С2 и С10 следует
рассматривать, как возможный перспективный новый исходный материал для
селекции кукурузы.
***
Выражаю глубокую признательность и благодарность за помощь,
рекомендации и поддержку в выполнении представленной работы научному
руководителю, член-корр. АНМ, профессору А.Ф. Палий; научному
консультанту, доценту Г.Е. Комаровой; доктору хабилитат биологических
наук А.И. Ротарь, доктору биологических наук Е.А. Ротарь, доктору
сельскохозяйственных наук Г.И. Притуле и доктору сельскохозяйственных
наук Г.П. Караиванову.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Palii A., Comarov G., Lozan A. et al. Biotehnologii moderne în fitotehnii şi
biosecuritate. Chişinău, 2004, 230 c.
2. Troyer A.F., Openshau S.J., Knittle K.H. Measurement of genetic diversity among
popular commercial corn hybrids. In: Crop.Sci. 1988, vol. 28, no 3, p.481-985.
3. Комарова Г.Е. Результативность исследований, проводимых в области
сельскохозяйственной биотехнологии растений на агрономическом факультете
ГАУМ. In: Lucrări ştiinţ. UASM. 2008, vol. 6, p. 42–46.
4. Комарова Г.Е., Ротарь А.И., Клименко Н.В. Изучение сомаклональной
изменчивости в потомстве растений-регенерантов кукурузы. In: Mater. Congr.II.
Societatea de Fiziologie şi Biochimie Vegetală din R. Moldova. Fiziologia şi
Biochimia Plantelor la început de mileniu: Realizări şi perspective. 2002, p.281-284.
5. Мустяца С.И., Мистрец С.И. Определение генетических различий между
сестринскими линиями. B: Кукуруза и сорго. 2000, №6, с. 12-16.
6. Мустяца С.И., Мистрец С.И., Брума С.Г. Сравнительный анализ критериев
определения отличимости у родственных линий кукурузы. B: Кукуруза и сорго.
2009, №6, с. 8-12.
98