Я.Н. Демурин, О.М. Борисенко, Н.И. Бочкарев, ПЛЕЙ

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010
___________________________________________
Я.Н. Демурин,
доктор биологических наук, профессор
О.М. Борисенко,
кандидат биологических наук
Н.И. Бочкарев,
доктор биологических наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17,
тел.: (861) 274-55-94, факс (861)254-27-80
e-mail:[email protected]
ПЛЕЙОТРОПНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАЦИЙ ВЫСОКОПАЛЬМИТИНОВОСТИ
И ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА СЕМЯН НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ
РАСТЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА
Ключевые слова: аналоги линии, подсолнечник, мутация, жирная кислота
УДК 633.854.78:575
Введение. Влияние мутаций жирно-кислотного состава масла семян подсолнечника на другие селекционные признаки привлекало внимание учѐных в ряде исследовательских программ.
Наиболее значимая работа была посвящена сравнительной оценке обычных и высокоолеиновых гибридов по комплексу хозяйственно ценных признаков в различных экологических условиях в Испании [5]. Изогенные компоненты четырѐх селекционных линий RHA271, RHA274, HA89
и HAJ152 не показали воздействия мутации высокоолеиновости Ol, полученной К.И. Солдатовым
во ВНИИМК [3], на высоту растений, число листьев, диаметр корзинки, период всходы–цветение, автофертильность и масличность семянок [5]. С другой стороны, мутация Ol обладала позитивным эффектом на урожай семянок, их масличность и надземную биомассу, а также негативно воздействовала
на период всходы–цветение, автофертильность и всхожесть у четырѐх пар полученных изогенных гибридов. Кроме того, наблюдалось достоверное взаимодействие признак × генетическая среда [5].
Мутация высокопальмитиновости масла семян подсолнечника впервые получена П. Ивановым в Болгарии [6] после использования физического мутагенеза при облучении гамма-лучами семянок сорта Заря селекции ВНИИМК. Самоопылѐнная линия получила название 275 HP.
Опубликованных данных о влиянии этой мутации на другие признаки растения нам не известно.
В работах испанских учѐных сообщается о создании высокопальмитиновой линии CAS-5
после облучения семянок обычной линии рентгеновскими лучами [7, 8]. Плейотропный эффект
мутации также не описан. С другой стороны, другой высокопальмитиновый мутант P-20, полученный после химического мутагенеза при обработке семянок обычной линии этилметансульфонатом
(EMS), потерял всхожесть в М3, показывая наличие летального фактора в гомозиготе [7]. Кроме того, ещѐ
одна высокопальмитиновая мутация была индуцирована нитрозоэтилмочевиной (НЭМ) в рамках программы химического мутагенеза для улучшения селекционных линий подсолнечника в Украине [2].
В ходе гибридологического анализа установлено, что наследование мутации высокопальмитиновости р у линии CAS-5 контролируется одним или тремя генами в зависимости от комбинации скрещивания [9].
В ходе генетических исследований во ВНИИМК три независимо обнаруженные мутации
высокопальтиновости были утеряны при размножении растений из-за пониженной жизнеспособности. Это произошло в M3 после обработки семянок сорта Юбилейный 60 нитрозоэтилмочевиной,
в I2 при самоопылении растений образца K2222 и, наконец, в I1 образца №429934 мировой коллекции ВИР. Тем не менее, высокопальмитиновая линия ЛГ30 была получена во ВНИИМК в результате скрининга ЦСМ-линий из Украины с последующим скрещиванием, индивидуальным отбором
и самоопылением [1, 4].
Данная работа была направлена на изучение влияния мутаций высокоолеиновости и высокопальмитиновости масла семян на некоторые морфометрические признаки растений с использованием линий генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК.
Материал и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии
ВК580 по мутациям Ol и р. ВК580 является нормой, ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости
(87 %), ВК850 – мутацией высокопальмитиновости (24 %), а ВК805 содержит обе мутации высокоолеиновости (6 %) и высокопальмитиновости (20 %) в дигомозиготе. Мутация высокопальмитиновости происходит из линии ЛГ30 после ВС3 на линию ВК580.
Растения выращивали летом в полевых условиях на центральной экспериментальной базе
ВНИИМК в 2007-2009 гг. Посев проводили по схеме 70×35 см по две семянки в гнездо. Полевая всхожесть семян высокопальмитиновых аналогов ВК850 и ВК805 была существенно ниже по сравнению с
нормой ВК580. На стадии 3-х пар настоящих листьев проводили рендомизированную прорывку до одного растения в гнезде. Для скрещивания применяли ручную кастрацию материнской формы.
Жирно-кислотный состав масла определяли с помощью газо-жидкостной хроматографии
метиловых эфиров на приборе Хром 5. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью программы Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение. Плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости наблюдался в течение трѐхлетнего исследования серии аналогов линии ВК580
(табл. 1). Достоверно установлено, что мутация р приводит к уменьшению высоты растений на 41
см (32 %), числа листьев на 4 штук (14 %) и периода всходы-цветение на 2 дня (4 %). Мутация Ol
достоверно увеличила высоту растений на 4 см (3 %).
Доля влияния мутаций р и Ol (фактор генотипа) в общем варьировании высоты растений составила 46 % (табл. 2), что является значительной величиной с учѐтом различных экологических
условий трѐхлетнего исследования. При этом влияние всех факторов, включая генотип, год, а также
их взаимодействие, было статистически достоверным для трѐх изученных признаков. Фактор года
оказывал основное влияние на период всходы–цветение и число листьев на 83 и 73 % соответственно.
Таблица 1 – Среднее значение и отклонение от стандарта морфометрических
признаков различных генотипов подсолнечника
Высота растений,
см
Генотип
±st
ВК580 (st)
127
0
ВК508 Ol
131
+4*
ВК850 p
86
-41*
ВК805 Ol, p
89
-38*
* - различия достоверны, p< 0,05
ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Период всходыЧисло листьев, шт.
цветение, дни
±st
±st
54
0
28
0
54
0
29
+1
56
+2*
24
-4*
55
+1*
26
-2*
Таблица 2 – Доля влияния факторов в общем варьировании
признаков у аналогов линии ВК580
Фактор
генотип
год
генотип×год
остаточная
ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Высота растения Период всходы-цветение Число листьев
0,46
0,07
0,11
0,43
0,83
0,73
0,03
0,02
0,06
0,08
0,08
0,10
С целью верификации существенного негативного эффекта мутации высокопальмитиновости на высоту растений, изначально обнаруженного у серии аналогов, был проведѐн тест на сопряжѐнное наследование этих двух признаков (рис. 1).
Пальмитиновая кислота, %
Рисунок 1 – Частота распределения значений содержания пальмитиновой кислоты в отдельных
семенах родительских линий ВК508 и ВК850, F1, F2 и средних проб семян F3
с самоопылѐнных корзинок F2 ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Изучение семян F1 от скрещивания аналогов ВK850(р)×ВK508 показало, что низкое содержание пальмитиновой кислоты является неполно доминирующим признаком со степенью доминирования d = -0,4. При этом среднее значение содержания пальмитиновой кислоты у родительских
форм было 21 и 3 % соответственно, а у гибридных семян F1 – 9 %.
Отдельные семена F2 показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два
дискретных фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-10%) и высокопальмитиновый (17-19 %). Соответствующее эмпирическое расщепление 36:4 согласуется с модельным отношением 15:1 для двух рецессивных несцепленных генов (χ215:1 = 0,96, p>0,05). Другая часть семян
этой популяции F2 была использована для посева, измерения высоты растений и их самоопыления.
Средние пробы семян F3 с 188 самоопылѐнных корзинок F2, как и следовало ожидать, показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два фенотипических класса: нормальный
и промежуточный (4-17 %) и высокопальмитиновый (18-23 %). Это эмпирическое расщепление
173:15 также достоверно соответствует схеме 15:1 с одинаковым значением χ215:1 = 0,96, p>0,05.
Изучение варьирования высоты 188 растений в F2 и содержания пальмитиновой кислоты в
семенах F3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВK850×ВK508 (рис. 2). При этом коэффициент корреляции составил r = –0,54, а
уравнение линейной регрессии имеет вид y = 157,8 – 2,3x.
160
150
Высота, см.
y = 157,8- 2,3*x
140
130
120
110
100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Пальмитиновая кис лота, %
Рисунок 2 – Регрессия высоты растений F2 по содержанию пальмитиновой кислоты в масле
семян F3, полученных при самоопылении. ВНИИМК, г. Краснодар, 2009 г.
Средняя высота 15 гомозиготных высокопальмитиновых растений в F2 равнялась 109 см и
была достоверно ниже высоты остальных 173 растений, обладающих высотой 138 см (НСР05= 3 см).
Очевидно, что это различие на 29 см по высоте между двумя фенотипическими классами в F2 соответствует различию между родительскими формами ВК850 и ВК508.
Выводы. Существенное отрицательное влияние мутации высокопальмитиновости масла
семян на высоту растений было установлено на основе как сравнительного изучения серии аналогов линии ВК580, так и в ходе гибридологического анализа. Генетический контроль мутации высокопальмитиновости в скрещивании ВK850×ВK508 осуществлялся двумя независимо наследуемыми рецессивными генами. Основной вопрос заключается в поиске объяснения негативного
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010
___________________________________________
воздействия мутации высокопальмитиновости на высоту растений как сцеплением генов, так и истинной плейотропией мутации.
Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №09-04-96588.
Список литературы
1. Ефименко, С.Г. Создание линии подсолнечника ЛГ30 с повышенным содержанием пальмитиновой кислоты в масле / С.Г. Ефименко, С.К. Ефименко, Я.Н. Демурин // Науч. техн. бюлл.
ВНИИМК. – Краснодар. – 2005. – Вып. 1 (132). – С. 14-18.
2. Кириченко, В.В. Теоретические основы селекции подсолнечника и практическое использование эффекта гетерозиса / Кириченко Виктор Васильевич: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук –
Днепропетровск, 2002. – 33 с.
3. Солдатов, К.И. Высокоолеиновый сорт подсолнечника Первенец / К.И. Солдатов, Л.К. Воскобойник, Л.Н. Харченко // Бюл. НТИ по масличным культурам. – Краснодар. – 1976. – Вып. 3. – С. 3-7.
4. Demurin, Ya. 2003. Up-to-date results on biochemical genetics of sunflower in VNIIMK / Ya.
Demurin // Helia. – 2003. – Vol. 26. – № 38. – P. 137-141.
5. Fernandez-Martinez, J. Performance of near-isogenic high and low oleic acid hybrids of sunflower /
J. Fernandez-Martinez, J. Munoz, J. Gomez-Arnau // Crop Science. – 1993. – Vol. 33. – № 6. – P. 1158-1168.
6. Ivanov, P. Sunflower breeding for high palmitic acid content in the oil / P. Ivanov, D. Petakov, V. Nikolova [and others] // Proc. 12th International Sunflower Conference. – Novi Sad, Yugoslavia. – 1988. – P. 463-465.
7. Mancha, M. New sunflower mutants with altered seed fatty acid composition / M. Mancha, J.
Osorio, R. Garces, J. Ruso [and others] // Prog. Lipid Res. – 1994. – Vol. 33. – № 1/2. – P. 147-154.
8. Osorio, J. Mutant sunflowers with high concentration of saturated fatty acids in the oil / J. Osorio, J. Fernandez-Martinez, M. Mancha [and others] // Crop Science. – 1995. – Vol. 35. – P. 739-742.
9. Perez-Vich, B. Inheritance of high palmitic acid content in the seed oil of sunflower mutant CAS-5 /
B. Perez-Vich, J. Fernandez, R. Garces [and others] // Theor. Appl. Genet. – 1999. – Vol. 98. – P. 496-501.