Я.Н. Демурин, Т.М. Перетягина, НАСЛЕДОВАНИЕ

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур. Вып. 2 (141), 2009
____________________________________________________________________________________________________
Я.Н. Демурин,
доктор биологических наук, профессор
Т.М. Перетягина,
кандидат биологических наук
ГНУ ВНИИ масличных культур
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17
Тел. (861) 274-55-94, e-mail:[email protected]
НАСЛЕДОВАНИЕ ЭКСПРЕССИВНОСТИ МУТАЦИИ tph2 В СКРЕЩИВАНИИ
С НОРМАЛЬНЫМ ГЕНОТИПОМ ПОДСОЛНЕЧНИКА
Ключевые слова: подсолнечник, семена, токоферолы, мутация, экспрессивность
УДК 633.854.78:575
В семенах культурного и дикорастущего подсолнечника токоферольный комплекс включает -, - и -форму с явным преобладанием -токоферола. Содержание -формы в среднем около
96 % с пределами варьирования от 89 до 99 %. -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 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 .
Гибридологический анализ при скрещивании константных сублиний подсолнечника с максимальной и минимальной экспрессивностью мутации tph2 у линий ВК175 tph2 и ВК876 tph1, tph2
показал, что наследование признака различной экспрессивности этой мутации 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 как
для ВК175, так и ВК876 4 .
Изучение наследования различной степени экспрессивности мутации tph2 при скрещивании с линией дикого типа было целью данной работы.
Материал и методы. Три созданные в лаборатории генетики линии использовались в
скрещивании: α-токоферольная линия дикого типа ЛГ26 (Tph1Tph1Tph2Tph2), а также генотипы с
различной степенью экспрессивности мутации tph2– две сублинии ВК639 (Tph1Tph1 tph2tph2) и
две сублинии ВК876 (tph1tph1 tph2tph2).
Полевые опыты проводили на ЦЭБ ВНИИМК в 2006-2007 гг. при расстановке растений
70×35 см, использовании индивидуальных изоляторов для самоопыления корзинок, ручной кастрации и гибридизации. В лабораторных условиях в 2008 г. определяли состав токоферолов в отдельных семенах методом тонкослойной хроматографии с окрашиванием по Эммери-Энгелю с
денситометрической оценкой.
Результаты и обсуждение. Линия ЛГ26 с обычным α-токоферольным фенотипом была
скрещена в качестве отцовской формы с сублиниями ВК639 и ВК876. При этом минимальная степень экспрессивности проявлялась у сублиний в уменьшении содержания γ- и увеличении доли
α-формы и, кроме того, появлении β-токоферола до 6 % у ВК876 (табл.1).
Таблица 1 – Состав токоферолов в семенах родительских линий подсолнечника
c различной экспрессивностью мутации tph2
ВНИИМК, Краснодар, 2006 г.
Мутация (экспрессивность)
Норма
tph2 (max)
tph2 (min)
tph1, tph2 (max)
tph1, tph2 (min)
НСР05
Линия
ЛГ26
ВК639
ВК639
ВК876
ВК876
α
100
10
32
0
23
10
Состав токоферолов, %
β
γ
δ
0
0
0
90
0
68
0
69
6
47
10
0
0
0
31
24
6
Все семена F1 обладали нормальным фенотипом, что подтверждает рецессивный характер
обеих мутаций. В F2 от скрещиваний ВК639×ЛГ26 и ВК876×ЛГ26 для всех сублиний наблюдалось
соответствующее моно- и дигенное расщепление – 72:18 (χ23:1=1,2); 63:27 (χ23:1=1,2); 45:22:17:6
(χ29:3:3:1=2,2); 95:29:26:7 (χ29:3:3:1=1,7), р>0,05.
Содержание γ-токоферола в семенах F2 у рецессивной мутантной гомозиготы tph2 в скрещиваниях сублиний с минимальной экспрессивностью было достоверно ниже, чем в комбинациях
с максимальной экспрессивностью (табл. 2). Для комбинации с ВК639 это уменьшение было с 62
до 32 %, а для ВК876 – с 85 до 49 %. Достоверных различий по составу токоферолов у мутантных
дигомозигот в F2 в скрещивании сублиниий ВК876 с ЛГ26 обнаружено не было.
Таблица 2 – Состав токоферолов в семенах F2 с гомозиготным мутантным
генотипом
ВНИИМК, Краснодар, 2007 г.
Скрещивание
ВК639tph2max × ЛГ26
ВК639tph2min × ЛГ26
ВК876tph1tph2 max × ЛГ26
ВК876tph1tph2 min × ЛГ26
Мутация
tph2
tph2
tph2
tph1tph2
tph2
tph1tph2
НСР05
α
38
68
15
17
51
11
9
Состав токоферолов, %
β
γ
0
62
0
32
0
85
5
53
0
49
7
49
4
14
δ
0
0
0
25
0
33
15
Заключение. Генотипические различия в степени экспрессивности мутации состава токоферолов tph2 в семенах подсолнечника заключаются в уменьшении содержания γ-формы с 90 до
68 % для сублиний ВК639 и с 69 до 47 % для сублиний ВК876. Все семена F1 в скрещивании с
обычной линий ЛГ26 обладали нормальным фенотипом. В F2 от скрещиваний ВК639×ЛГ26 и
ВК876×ЛГ26 для всех сублиний наблюдалось соответствующее моно- и дигенное расщепление.
Содержание γ-токоферола в семенах F2 у рецессивной мутантной гомозиготы tph2 в скрещиваниях
сублиний с минимальной экспрессивностью было достоверно ниже, чем в комбинациях с максимальной экспрессивностью. Этот факт указывает на действие генов-модификаторов на экспрессивность мутации tph2 при наследовании в скрещивании с линией дикого типа.
Полученные экспериментальные данные об эффекте генотипической среды в контроле степени экспрессивности мутации состава токоферолов при скрещивании с нормальным генотипом
следует учитывать в научном обеспечении селекции подсолнечника на повышение устойчивости
масла к окислению за счѐт изменения содержания в нѐм антиоксидантов.
Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта регионального конкурса РФФИ
№ 08-04-99109.
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур. Вып. 2(141), 2009
__________________________________________________________
Список литературы
1. Попов, П.С. Генетика признаков качества масла // Биология, селекция и возделывание
подсолнечника, под ред. В.М. Пенчукова / П.С. Попов, Я.Н. Демурин. – М.: Агропромиздат, 1991.
– С. 57-61.
2. Демурин, Я.Н. Исследования по генетике подсолнечника / Я.Н. Демурин, Н.И. Бочкарев //
История научных исследований во ВНИИМКе за 90 лет. – Краснодар: «Сельские зори», 2003. –
С.193-198.
3. Demurin, Ya. Genetic variability of tocopherol composition in sunflower seeds as a basis of
breeding for improved oil quality / Ya. Demurin, Dr. Skoric, Dj. Karlovic // Plant Breeding. – 1996. –
V.115. – P. 33-36.
4. Демурин, Я.Н. Гибридологический анализ экспрессивности мутации tph2 в различных генотипических средах у подсолнечника / Я.Н. Демурин, Т.М. Перетягина // Масличные культуры:
Научн.-техн. бюл. ВНИИМК . – 2007. – Вып. 2 (137). – С. 25-26.