ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Я. Н. Демурин,
доктор биологических наук
Т. М. Перетягина,
научный сотрудник
ГНУ ВНИИ масличных культур
ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭКСПРЕССИВНОСТИ МУТАЦИИ tph2 В РАЗЛИЧНЫХ
ГЕНОТИПИЧЕСКИХ СРЕДАХ У ПОДСОЛНЕЧНИКА
УДК 633.854.78:575
Существуют четыре основные формы токоферолов – , , и , в ряду которых наблюдается уменьшение витаминной и увеличение антиоксидантной
активности.
В семенах селекционных сортов, гибридов, инбредных линий, коллекционных образцов ВИР, а
также дикорастущих видов подсолнечника токоферольный комплекс включает -, - и -форму с явным преобладанием -токоферола. Содержание формы, в среднем, около 96 % с пределами варьирования от 89 до 99 %. Бета-токоферол при тонкослойной хроматографии не наблюдается. Общее
содержание токоферолов в масле около 800 мг/кг 1 .
При самоопылении растений сорта ВНИИМК
8931 ул. обнаружен в гетерозиготе мутантный рецессивный аллель гена, обозначенного Tph1, приводящий в гомозиготе к скачкообразному увеличению
содержания -формы в составе токоферолов. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ15, гомозиготной по мутантному аллелю tph1, около 50 % - и
50 % -токоферола. В образце коллекции ВИР
№ К44 обнаружен в гомозиготе другой мутантный
рецессивный аллель гена, обозначенного Tph2, приводящий к преобладающему содержанию в составе
токоферолов -формы. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ17, гомозиготной по мутантному аллелю tph2, около 5 % - и 95 % -токоферола.
Аллельное взаимодействие в обнаруженных генах осуществляется по типу неполного доминирования при степени доминирования, в обоих случаях,
равной 0,87. Гены Tph1 и Tph2 неаллельны и несцеплены. Межгенное взаимодействие относится к типу
комплементарности с проявлением всех четырѐх фенотипических классов. При этом мутация tph2 эпистатирует над tph1 с появлением необычного для
подсолнечника -токоферола. На основе рекомбинантной двойной рецессивной гомозиготы получена
инбредная линия ЛГ24 в составе токоферолов семян
которой около 8 % -, 84 % - и 8 % -формы при
отсутствии -токоферола 2 .
На экспрессивность мутаций tph1 и tph2 влияет
созревание семян. Это выражается в увеличении содержания -формы в составе токоферолов у линии
ЛГ15 с 33 до 50 % и у линии ЛГ17 с 0 до 6 %, а также
в появлении у 10- и 17-дневных семян этих линий формы, исчезающей в ходе дальнейшего созревания.
Увеличение температуры воздуха с 20 до 30 оС в
процессе налива семян увеличивает содержание токоферола на 9 % у линии ЛГ15 и не влияет на состав токоферолов линии ЛГ17.
Созданные аналоги линии по генам Tph1 и Tph2
на основе нормальных линий ВК373 и ВК66 позволили установить, что мутация tph1 обладает в семенах стабильным фенотипическим выражением в
различных генотипических средах, тогда как экспрессивность мутации tph2 уменьшается в линии
ВК373 с 95 до 50 %, а в линии ВК66 – до 30 % -токоферола при пропорциональном увеличении содержания -формы 3 .
Это уменьшение экспрессивности мутации tph2
приводит к одновременному появлению у двойной
рецессивной гомозиготы всех четырѐх форм токоферолов – , , и в одном фенотипе, например, на
генотипической среде линии ВК66 в количестве 40,
25, 25 и 10 %, соответственно. Появление -токоферола в фенотипе двойной рецессивной гомозиготы
всегда было связано с увеличением содержания токоферола за счет уменьшения доли -формы. Это
соответствует случаю, когда мутация tph2, проявляя
частичную экспрессивность, объединяется с генетическим блоком мутации tph1 3 .
Изучение генетического контроля различной степени экспрессивности мутации tph2 в семенах являлось следующим этапом работы, результаты
которого представлены в данной статье.
Материал и методы. Четыре созданные в лаборатории генетики линии с различной степенью экспрессивности мутации tph2 использовались в
скрещиваниях – две сублинии ВК175 (Tph1Tph1
tph2tph2) и две сублинии ВК876 (tph1tph1 tph2tph2).
Cкрещивания проведены по схеме ВК175 (min ×
max) и ВК876 (max × min). При получении семян F1
использовалась фотопериодическая мужская самостерильность в условиях камеры фитотрона. Состав
токоферолов определялся тонкослойной хроматографией неомыляемой фракции липидов семян.
Результаты и обсуждение. Отобранные растения
сублиний ВК175 и ВК876 с различной степенью экспрессивности мутации tph2 были включены в систему скрещиваний в камере фитотрона весной 2005 г.
Семена F1 от скрещивания сублиний ВК175 (min ×
max) и сублиний ВК876 (max × min) получены с использованием метода гибридизации на основе фотопериодической мужской самостерильности (табл. 1).
25
Таблица 1 – Получение семян F1 c использованием ФМС
при изучении наследования степени
экспрессивности мутации tph2
Камера фитотрона, ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Количество Количество семян,
растений,
шт.
шт.
хср
лимиты
ВК175, самоопыление
7
77
25-27
ВК175minФМС × ВК175max
8
67
47-97
ВК876, самоопыление
5
40
19-73
ВК876maxФМС × ВК876min
7
59
33-90
Поколение
Извлеченные из корзинок 12-дневные семена F1
были проращены в термостате на фильтровальной
бумаге при температуре 25 оС, затем высажены в
стаканчики. В полевых условиях 2005 г. от выращенных растений были получены семена F2. В этом
опыте также получены семена родительских линий и
семена F1.
Сублинии ВК175 с минимальной и максимальной
экспрессивностью мутации tph2 достоверно различались содержанием γ-токоферола 26 и 69 % соответственно. Наследование признака в F1 носило
промежуточный характер при среднем значении
45 %. В F2 наблюдалось континуальное варьирование
без дискретных фенотипических классов и с очень
высоким CV, равном 95 %, что наряду с относительно небольшим объемом выборки не позволяет обоснованно установить число и взаимодействие
сегрегирующих генов (табл. 2). Кроме того, три величины – среднее значение признака в F1 45 %, в F2
42 % и арифметическое среднее между родителями
(m) 48 % достоверно не различались между собой.
Это указывает на аддитивность действия геновмодификато-ров, контролирующих различие в содержании γ-то-коферола между сублиниями ВК175.
Таблица 2 – Наследование содержания --токоферола
при различной экспрессивности мутации
tph2 в скрещивании сублиний ВК175
ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Поколение
P-min
P-max
F1
F2
Содержание
-токоферола, %
хср
лимиты
26
69
45
42
10-60
20-100
10-100
10-100
Sх
СV,%
1,7
2,6
2,8
2,9
72
48
77
95
Количество,
шт.
корсемян
зинок
3
120
4
160
4
160
6
190
НСР05 = 8
Сублинии ВК876 с минимальной и максимальной
экспрессивностью мутации tph2 также достоверно
различались содержанием γ-токоферола 30 и 66 %
соответственно. При этом минимальная экспрессивность характеризовалась наличием всех четырех
форм токоферолов, а максимальная – только двух, γ
и δ. Наследование признака в F1 носило промежуточный характер при среднем значении 50 %. В F2
наблюдалось континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов и высоким CV,
26
равном 68 %, что наряду с относительно небольшим
объемом выборки не позволяет обоснованно установить число и взаимодействие сегрегирующих генов
(табл. 3). Кроме того, три величины - среднее значение признака в F1 50%, в F2 47% и арифметическое
среднее между родителями (m) 48% достоверно не
различались между собой. Это указывает, также как
и для сублиний ВК175, на аддитивное действие генов-модификаторов, контролирующих различие в
содержании γ-токоферола между сублиниями ВК876.
Таблица 3 – Наследование содержания --токоферола
при различной экспрессивности мутации
tph2 в дигомозиготе с мутацией tph1
в скрещивании сублиний ВК876
ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Поколение
P-min
P-max
F1
F2
Содержание токоферола, %
хср
лимиты
30
66
50
47
0-70
50-80
20-80
0-80
Sх
СV,%
2,4
1,5
2,0
2,9
72
20
51
68
Количество,
шт.
корзи- семян
нок
2
80
2
80
4
160
3
120
НСР05 = 7
Заключение. На основе внутрилинейного дизруптивного отбора созданы константные сублинии с
максимальной и минимальной экспрессивностью мутаций tph2 для линий ВК175 tph2 и ВК876 tph1 tph2.
Гибридологический анализ при скрещивании полученных сублиний показал, что наследование признака различной экспрессивности мутации tph2 в F1
носит промежуточный характер. В F2 наблюдалось
континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов. Среднее значение признака в F1,
F2 и арифметическое среднее между родителями достоверно не различались между собой, что указывает,
на аддитивное действие генов-модификаторов, контролирующих различие в содержании γ-токоферола
между соответствующими сублиниями для ВК175 и
ВК876.
Благодарности: Работа выполнена при поддержке
гранта регионального конкурса РФФИ и администрации Краснодарского края № 06-04-96633.
Литература
1. Попов П. С., Демурин Я.Н. Генетика признаков
качества масла // Биология, селекция и возделывание
подсолнечника / Под ред. В.М. Пенчукова. – М.: Агропромиздат, 1991. – С. 57-61.
2. Демурин Я. Н., Бочкарев Н. И. Исследования по
генетике подсолнечника // История научных иследований во ВНИИМКе за 90 лет. – Краснодар:Сельские
зори, 2003. – С.193-198.
3. Demurin Ya., Skoric Dr., Karlovic Dj. Genetic variability of tocopherol composition in sunflower seeds as
a basis of breeding for improved oil quality // Plant
Breeding. – 1996. – V.115. – P.33-36.