МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ Научно-технический бюллетень Запорожский филиал
Реклама
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур 2006, вып. 1 (134) В. В. Толмачѐв, кандидат биологических наук Запорожский филиал европейского университета ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ОКРАСКИ ЯЗЫЧКОВЫХ ЦВЕТКОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА УДК 633.854.78:575.113 Подсолнечник сейчас одна из самых востребованных культур в ряде стран, в том числе и в Российской Федерации. В семеноводстве уже известно несколько примеров использования окраски язычковых цветков в качестве маркерного признака. Однако генетика этого признака изучена недостаточно. Наследования различия окраски язычковых цветков подсолнечника выявляются и изучаются с начала ХХ века. По сообщению G. N. Fick [1] ещѐ в начале 1912 г. Cokcerell указывал, что наряду с широко распространенной обычной желтой окраской язычковых цветков у подсолнечника существует изменчивость от красно-вишнѐвой до почти белой окраски. Одновременно с развитием гетерозисной селекции была проведена большая часть исследований по изучению генетического контроля окраски язычковых цветков. Первооткрыватель цитоплазматической мужской стерильности у подсолнечника Leclerq P. [2] впервые установил ген оранжевой окраски язычковых цветков (ген о). Чешские исследователи Шкалоуд В., Ковачик А. [3] впервые публикуют результаты изучения наследования лимонной окраски (синоним "сернисто-желтая", "бело-желтая" окраска) язычковых цветков, контролируемой одним рецессивным геном, который Fick G. N. [4] в одновременно проведенном генанализе этого признака обозначил как ген l (синоним ген la). Fick G. N. [1] сообщает о рецессивном эпистазе лимонной окраски по отношению к оранжевой, что повлекло дискуссию о моно- или дигенном контроле признака лимонной окраски в работах Махачека И. [5], Ковачека А., Шкалоуда В. [6]. Отсутствие генетической коллекции подсолнечника с идентифицированными генами морфологических признаков (в том числе признаков окраски язычковых цветков), принятой и используемой в качестве эталона научными учреждениями, хотя бы в Российской Федерации, приводит к такому показательному факту, что через 30 лет после описания идентичных генов l и la, Константинова Е. А. [7] в своей работе, выполненной в НИИСХ Юго-Востока (г. Саратов), по изучению генетического контроля окраски язычковых цветков использует символы l и la для обозначения разных генов окраски. Ранее нами был установлен моногенный рецессивный контроль светло-желтой окраски язычковых цветков (ген l), а также абрикосовой окраски язычковых цветков (ген ар) [8]. Целью работы явилось полномасштабное изучение коллекций подсолнечника по признаку окраски язычковых цветков, изучение генетического контроля этого признака, идентификация генов и выяснение типов взаимодействия генов, контролирующих окраску язычковых цветков подсолнечника. Материалы и методы. Материал в исследованиях включал в себя образцы коллекций Всероссийского института растениеводства им. Н. И. Вавилова (г. СанктПетербург), Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур им. В. С. Пустовойта (г. Краснодар), Института масличных культур (г. Запорожье) с различными окрасками язычковых цветков. Посев производился ручными сажалками по схеме 70 70 см. Линии высевались на 1-6-рядковых делянках в 2 срока, гибриды первого поколения – на однорядковых делянках, а гибриды второго поколения – на 10-рядковых делянках площадью 35 м 2. В фазе цветения подсолнечника проводилась гибридизация. Скрещивания проводились по методике Плотникова А. И. [9]. Генетический анализ потомств проводился по методике Тихомировой М. М. [10]. Самоопылению на каждой делянке подвергалось 46 растений. Для этого использовались пергаментные изоляторы размером 500 400 мм. 10 Результаты и обсуждение. При скрининге по морфологическим признакам подсолнечника в питомниках самоопыленных линий лаборатории селекции подсолнечника Института масличных культур УААН (г. Запорожье) был выделен образец с промежуточной окраской язычковых цветков по отношению к генетически изученным светло-желтой (ген ly) и лимонной (ген l) окраскам. Происхождение образца достоверно не установлено, на его основе получена линия КГ108. Мутантный фенотип можно охарактеризовать как светло-желто-лимонную окраску, которую для терминологического удобства мы предлагаем обозначить как сернистую окраску. В своѐм проявлении мутация отличается стабильностью, высокой экспрессивностью, легко идентифицируется. Нами проведен гибридологический анализ признака сернистая окраска язычковых цветков. При скрещивании линии КГ108 и линии ВА1 (светло-желтая окраска язычковых цветков) в потомстве F1 растения обладали желтой окраской язычковых цветков. В потомстве F2 наблюдалось расщепление в отношении 9:3:3:1 на следующие фенотипы: желтая, светло-желтая, сернистая, сернисто-светло-желтые язычковые цветки (я. ц.) (табл. 1). Таблица 1 - Наследование сернистой (желто-лимонной) и светло-желтой пигментации язычковых цветков в F2 в дигибридном скрещивании линий ВА1 (светло-желтые язычковые цветки) КГ108 (сернистые язычковые цветки) Фенотип F1 Потомство 636/96 640/96 Всего Ожидаемое отношение Теоретически ожидаемое расщепление Желтые Желтые Расщепление в F2 по признаку пигментации язычковых цветков сернистосветложелтые сернистые светложелтые желтые 95 32 37 7 107 37 44 11 202 69 81 18 9 3 3 1 209 69 69 23 Всего 171 199 370 Значение χ2 2,24 1,58 370 Примечание: χ2=3,41< χ205(к=3)=7,84 В потомствах, полученных от анализирующего скрещивания, в комбинации (ВА1 КГ108) КГ108 наблюдалось расщепление по окраске язычковых цветков на 2 фенотипических класса: желтые и сернистые в отношении 1:1 (табл. 2). Таблица 2 - Наследование сернистой пигментации язычковых цветков в анализирующем скрещивании (ВА1 Потомство Фенотип F1 КГ108) КГ108) Пигментация язычковых цветков желтые сернистые Всего Значение χ2 638/96 Желтые 93 81 174 0,02 641/96 Желтые 103 103 206 0,00 186 184 370 0,01 1 1 185 185 Всего Ожидаемое отношение Теоретически ожидаемое расщепление 370 Примечание: χ205(к=1)=3,84 Из результатов гибридологического анализа следует, что сернистый тип пигментации язычковых цветков подсолнечника линии КГ108 контролируется одним рецессивным геном, который мы предлагаем обозначить как su (от английского "sulphur"– сера). 11 При анализе F2 в комбинации скрещивания линий СЛ2349 (лимонные язычковые цветки) и КГ108 (сернистые язычковые цветки) установлено также независимое наследование признаков лимонной и сернистой пигментации язычковых цветков. Растения с генотипом susull, выщепляющиеся в отношении 15:1, обладали окраской отличной от обеих родительских линий, которую можно охарактеризовать как светло-лимонную ("сернисто-лимонную"). Из потомств второго поколения, полученных от ряда скрещиваний, были выделены источники, совмещающие в себе по два гена окраски. Так из комбинации ВА1 КГ108 была получена линия, совмещающая два рецессивных гена, обусловливающих светло-желтую и сернистую окраску язычковых цветков. Эта линия была названа КГ110, и еѐ генотип по окраске язычковых цветков можно представить как lylysusu. Подобным же образом были получены линии, совмещающие рецессивные гены абрикосовой и светло-желтой окраски язычковых цветков, обладающие светло-абрикосовыми язычковыми цветками, и имеющие генотип lylyapap. В последствии на базе светло-абрикосовой линии КГ109 был создан сорт декоративного подсолнечника Нежность, занесенный в реестр сортов Украины с 2003 г. При работе с окрасками язычковых цветков были выяснены все типы межаллельных взаимодействий генов, контролирующих основные типы окраски язычковых цветков подсолнечника (табл. 3). Из всех изученных аллелей только аллель лимонной окраски язычковых цветков эпистатирует над аллелем, обусловливающим светло-желтую окраску язычковых цветков подсолнечника. Во всех остальных комбинациях обнаруживается комплементарность аллелей. Таблица 3 – Наследование и взаимодействие генов основных типов неантоциановой пигментации язычковых цветков подсолнечника Название, фенотип и генотип родительских форм ВА1 х ВК268 светло-желтые оранжевые lylyOO LyLyoo ВА1 КГ13 светло-желтые абрикосовые lylyApAp LyLyapap ВА1 КГ108 светло-желтые сернистые lylySuSu LyLysusu ВА1 СЛ2349 светло-желтые лимонные lylyLL LyLyll СЛ2349 ВИР130 лимонные оранжевые llOO x LLoo СЛ2349 КГ13 лимонные абрикосовые llApAp LLapap СЛ2349 КГ108 лимонные сернистые llSuSu LLsusu F1 Желтые LylyOo Расщепление в F2 по классам (статистически достоверное) в соотношении: 9:3:3:1 СветлоЖелтые СветлоОранжежелтоLy-Oжелтые вые оранжеlylyOLy-oo вые Межгенное взаимодействие Комплементарное lylyoo Желтые LylyApap Желтые LylySusu Желтые LylyLl Желтые LlOo Желтые LlOo Желтые LlSusu Желтые Светложелтые Желтые Светложелтые Ly-Ap- Ly-Su- Желтые Ly-L- Желтые L-O- Желтые L-Ap Желтые L-Su- lylyAp- lylySu- Светложелтые lylySu- Лимонные llO- Лимонные llAp- Лимонные llSu- Абрикосовые Ly-apap Сернистые Ly-susu Светлоабрикосовые Комплементарное Светлосернистожелтые Комплементарное lylyapap lylysusu Лимонные Лимонные Оранжевые Лимоннооранжевые Комплементарное Абрикосовые Лимонноабрикосовые Комплементарное Ly-ll L-oo L-apap Сернистые L-susus lylyll lloo llapap Сернистолимонные llsusu Эпистаз Комплементарное Представленная схема основных окрасок язычковых цветков вносит значительную ясность в понимание генетической структуры этого признака, но в данном исследо12 вании мы оставили за рамками исследования окраску антоциановой природы, в которой можно предположить также участие нескольких генов. Кроме вышеперечисленных окрасок, представленных в признаковой и генетической коллекциях подсолнечника, нами был обнаружен ещѐ один интересный тип окраски, который обусловлен появлением белеющего кончика у язычковых цветков подсолнечника. Этот признак был впервые отмечен в расщеплениях от скрещивания линии ВА1 и образца коллекции ВИР К3159. Из потомств второго поколения были выделены растения с этим признаком, которые затем инцухтировали. Признак хорошо наследовался в потомстве, проявлялся во все годы наблюдения. Признак проявляется уже на второй день цветения, а в дальнейшем осветление кончиков язычковых цветков продолжается ещѐ несколько дней и достигает четкого, визуально фиксируемого проявления. Для изучения наследования источник этого признака был скрещен с двумя линиями, имеющими нормальное желтое окрашивание язычковых цветков. Результаты расщепления по фенотипу в потомствах F2 от этого скрещивания приведены в табл. 4. Таблица 4 – Наследование признака белого кончика язычковых цветков подсолнечника Комбинация скрещивания ЗЛ102 КГ120-1 ВК678 КГ120-2 Расщепление в F2 по признаку равномерности окрашивания язычковых цветков равномерно с белым кончиком желтые желтые Фенотип F1 Равномерно желтые Равномерно желтые Ожидаемое отношение Всего Значение χ2 74 26 100 0,053 104 36 140 0,003 3 1 Примечание: χ205(к=1)=3,84 Результаты расщепления свидетельствуют, что этот признак наследуется рецессивно и имеет моногенную природу. Ген, контролирующий признак белый кончик язычковых цветков, предлагаем обозначить fwt (от английского "flower white tip" – белый кончик цветка). При отборе растений в F2 и их самоопылении были получены образцы с белым кончиком на желтом и оранжевом фонах основной окраски язычкового цветка подсолнечника. При вовлечении их в скрещивания было установлено независимое наследование гена белого кончика язычкового цветка и гена оранжевой окраски язычковых цветков подсолнечника. Полученные данные представлены в табл. 5. Таблица 5 – Независимое наследование признака оранжевая окраска язычковых цветков и белого кончика язычковых цветков подсолнечника в F2 в дигибридном скрещивании линий ЗЛ102 (желтые я.ц) х КГ120-1 (оранжевые с белым кончиком я. ц.) Потомства 395/05 Ожидаемое отношение Теоретически ожидаемое расщепление Фенотип F1 Желтые Расщепление в F2 по признаку пигментации язычковых цветков желтые с оранжевые желтые белым оранжевые с белым кончиком кончиком 50 18 24 8 9 3 3 1 56,25 18,75 18,75 6,25 Всего Значение χ2 100 2,68 100 Примечание: χ2=2,68< χ205(к=3)=7,84 13 В потомствах F2 были выделены растения, обладающие признаками светлокоричневого окрашивания листа (ген lb) и признаком белеющего кончика язычкового цветка (ген fwt), на основе которых была создана дигомозиготная линия КГ120-2. При вовлечении их в скрещивания были получены расщепления, свидетельствующие о независимом наследовании этих двух признаков (табл. 6.). Это очень интересно с той точки зрения, что ген, обусловливающий светлокоричневое окрашивание листа, проявляется и на других частях растения: семядолях, листочках обертки, тыльной стороны корзинки. Окрашивание вызывается флавоноидами, придающими оранжевый цвет вакуолям, и можно было предположить наличие генетической и физиологической связи между флавоноидной окраской вегетативных частей растения и язычковых цветков подсолнечника. Таблица 6 – Независимое наследование признаков белый кончик язычковых цветков подсолнечника и светло-коричневая окраска листьев в F2 в дигибридном скрещивании линий ВК678 (желтые я.ц) х КГ120-2 (светло-коричневый лист, язычковые цветки с белым кончиком) Потомства Фенотип F1 391/05 Желтые я. ц., зеленый лист Ожидаемое отношение Теоретически ожидаемое расщепление Расщепление в F2 по признаку пигментации язычковых цветков язычковые цветки желтые язычковые желтые с белым цветки кончиком светлосветлозеленый зеленый коричневый коричневый лист лист лист лист 176 40 50 19 9 3 3 1 160,3 53,4 53,4 17,8 Всего Значение χ2 285 5,20 285 Примечание: χ2=5,20< χ205(к=3)=7,84 Кроме того, были проведены скрещивания образца коллекции ВИР К3159 – источника гена lb – с линией со светло-желтыми язычковыми цветками (ген ly). Результаты представлены в табл. 7. Таблица 7 – Независимое наследование светло-желтого окрашивания язычковых цветков подсолнечника и светло-коричневой окраски листьев в F2 в дигибридном скрещивании линий ВА1 (зеленый лист, светло-желтые я. ц) К3159 (светло-коричневый лист, желтые я. ц.) Потомство Фенотип F1 62/00 Желтые я. ц., зеленый лист Ожидаемое отношение Теоретически ожидаемое расщепление Расщепление в F2 по признаку пигментации язычковых цветков желтые язычковые светло-желтые цветки язычковые цветки зелесветлозелесветлоный коричненый коричнелист вый лист лист вый лист 304 94 103 42 9 3 3 1 312,1 104,1 104,1 34,7 Примечание: χ2=2,73< χ205(к=3)=7,84 14 Всего Значение χ2 555 2,73 555 Из результатов, приведенных в табл. 7, можно сделать вывод о независимом наследовании этих двух признаков. В результате был выделен образец со светло-желтыми язычковыми цветками и светло-коричневым окрашиванием листа. С использованием этого образца получена линия КГ118 с генотипом lylylblb. Заключение. 1. Обнаружен новый тип пигментации язычковых цветков подсолнечника – сернистая (лимонно-желтая) пигментация. Признак контролируется одним рецессивным геном, который предлагаем обозначить как su (от английского "sulphur" – сера). 2. Изучено взаимодействие генов, обусловливающих шесть основных окрасок язычковых цветков подсолнечника: желтую, светло-желтую, абрикосовую, оранжевую, сернистую, лимонную. Установлено, что аллель лимонной окраски язычковых цветков эпистатирует над аллелем, обусловливающим светло-желтую окраску язычковых цветков подсолнечника. Во всех остальных аллельных комбинациях обнаруживается комплементарность аллелей. 3. Обнаружен признак белый кончик язычковых (язычковых) цветков подсолнечника. Установлено, что признак контролируется одним рецессивным геном, который предлагаем обозначить fwt (от английского "flower white tip" – белый кончик цветка). 4. Признак белый кончик язычковых цветков подсолнечника наследуется независимо от признаков оранжевого окрашивания язычковых цветков и светло-коричневого окрашивания листьев. Литература 1. Fick G. N. Breeding and genetics // Sunflower science and technology. – Madison, Wisconsin, USA, 1978 – P. 279-339. 2. Leclerq P. Heredite de quelques caracteres qualitatifs chez le tournesol. Ann.Amelior. Plant. – 1968. – 18. – Р. 307-315. 3. Skaloud V., Kovacik A. Inheritance of some weakly known phenotypic manifestations of morphological traits in sunflower (Helianthus annuus L.). Scientia Agriculturae Bohemoslovaca. – 1975. – 7(XXIV). – Р. 11-17. 4. Fick G. N. Genetics of floral color and morphology in sunflowers // The Journal of Heredity. – 1976. – Vol. 67, ¹ 4, July-August. – P. 227-230. 5. Machacek C. (research Institute for Crop Production, Praha-Ruzyne); Study of the Inheritance of the Color of Ligulae Flowers in Helianthus annuus L. Sbor. UVTIZ-Genet. A Slecht., 16, 1980. – P. 15-19. 6. Кovacik A., Skaloud V. Collection of sunflower marker genes available for genetic studies // Helia. – 1980. – N. 3. – P. 296-299. 7. Константинова Е. А. Генетический контроль и селекционная ценность окраски язычковых цветков у подсолнечника // Автореф. на соиск. уч. ст. к. б. н. – Саратов, 2004. – 18 с. 8. Толмачѐв В. В. Наследование и взаимодействие генов неантациановой пигментации язычковых цветков подсолнечника // Науково-техн. бюл. Інституту олiйних культур УААН. – 1998. – Вип. 3.– С. 75-81. 9. Плотников А. И. Биология цветения подсолнечника // Подсолнечник. – Краснодар, 1940. – С. 44-87. 10. Тихомирова М. М. Генетический анализ. – Л.: Из-во ЛГУ, 1990. – 280 с. 15