Гаметоцидные гены и их использование

ГНЦ РФ Всероссийский НИИ
растениеводства имени Н.И. Вавилова
Санкт-Петербург
И.Г. Одинцова
Гаметоцидные гены и их
использование
Гаметоцидные гены - ядерные гены, экспрессия
которых выражается в нарушении
метаболических процессов развития мужского и
женского гаметофита
гаметы:
gc-абортивные
F2
_
Gcgc
Gc-жизнеспособные GcGc
Хромосомы эгилопсов, преимущественно
передаваемые потомству у мягкой пшеницы
Вид-источник
Ae. caudata
Ae. longissima
Геномная
формула
CC
S’S’
Гомеологичная Символ
группа
3
4
Gc2
Ae. longissima
Ae. sharonensis
S’S’
S’S’
2
4
Gc1
Gc2
Ae. speltoides
ssp. ausheri
Ae. speltoides
ssp. longissima
Ae. speltoides
Ae. cylindrica
Ae. triuncialis
SS
2
Gc1a
SS
2
Gc1b
SS
CCDD
UUCC
6
2
3
Gc2
Gc3
3
4
Gc3
-
Synthetic triuncialis UUCC
Ae. geniculata
UUMgMg
(Ae. ovata)
Ссылки
Endo, Katayama, 1979
Maan, 1975, 1976, 1980
Endo, 1982, 1985
Endo, 1985
Miller at. al., 1982
Miller, 1983
Tsujimoto, 1994
Tsujimoto, Tsunewaki, 1983, 1984,
1985, 1988
Tsujimoto, Tsunewaki, 1988
Tsujimoto, Noda, 1989
Kota, Dvorak, 1988
Endo, 1979, 1988
Endo, Tsunewaki, 1975, 1985
Endo, 1978, 1982, 1988
Tsujimoto, Noda, 1988
Tsujimoto, 1994
Механизм действия гаметоцидных генов
mut
Gc2
mut
Gc2
имеет только функцию рестриктазы? Тогда :
= gc2;
mut
Однако
mut
Gc2
Gc2
Gc2
mut
/ gc2 – фертильны
/ Gc2 – фертильны. Следовательно:
≠ gc2; – он имеет 2 функции: рестриктазы и
метилазы
Gc2
рестриктаза
gc
Gc
gc
Gc
метилаза
Картирование генома мягкой пшеницы с
использованием делеций, индуцированных
геном Gc2 от Aegilops cylindrica
1. Линию Chinese spring, дополненную гаметоцидной хромосомой,
скрещивали с эуплоидной формой Chinese spring.
42 ch.s +2 Ae.cil.
2. В потомстве от этого скрещивания отбирали генотипы с
делециями хромосом
3. Самоопыление и выделение гомозигот по делециям.
4. ДНК, вылеленная из гомозиготных по делециям линиям,
гибридизируют с пробами , распознающими гены на том плече
хромосомы, которое потеряло фрагмент у данной линии.
5. Сравнение полученных таким образом генетических карт с
цитологическими позволяет получить физические карты мягкой
пшеницы
Картирование генома ячменя с
использованием перестроек, индуцированных
геном Gc2 от Aegilops cylindrica
1. Получили линии мягкой пшеницы, дополненные парой хромосом
ячменя 42+2Н.
2. Их скрещивали с замещенной линией пшеницы, содержащей пару
гаметоцидных хромосом от Ae. cylindrica: 42+2H x 40+2Gc Ae.cyl.
3. ДНК, выделенную из гомозиготных по перестройкам линий ,
гибридизируют с пробами, распознающими сайты на
соответствующих хромосомах ячменя.
4. Сравнивая результаты этой гибридизации с результатами
цитологических исследований тех же линий получают материал
для физического картированя хромосом ячменя.
Aegilops speltoides
Фертильность (число зерен в 10 нижних цветках) гибридов F1
интрогрессивных линий с сортом Саратовская 29 (С-29), с линиями
Thatcher (Th) – тестерами известных Lr-генов устойчивости к бурой
ржавчине пшеницы и между собой
Линии
Гомозиготные комбинации
Гетерозиготные комбинации
4-7 5-4 6-10 7-2 12-4 17-3 С-29 ThLr9 ThLr19 ThLr24
3-4
8-9
8-9
-
4-7
-
9-10
-
5-4
6-10
7-2
12-4
9-10
-
8-9
5-7
4-5
4-5
6-7
5-6
9-10 9-10 9-10
4-5
4-5
4-5
-
-
9-10 9-10
4-5
3-4
3-4
4-5
-
9-10 9-10
-
4-5
4-5
4-5
9-10 9-10
6-7
-
-
-
-
-
-
4-5
9-10
Характеристика генотипов с различным аллельным состоянием Gc-гена
по фертильности пыльцы
Фертильность
пыльцевых зерен
Подсчитано
пыльцевых зерен
Из них:
стерильных
фертильных
% фертильных
Gc Gc
линии типа
“Кукушка”
Генотипы
gc gc
сорт
Саратовская 29
Gc gc
F1
гибриды
1052
1025
1100
83
965
41
984
682
418
92,2
96,0
38,2
Puccinia triticina,
P. graminis
Отсутствие расщепления по устойчивости к бурой ржавчине F2
гибридов от скрещивания интрогрессивных линий с
восприимчивым сортом Саратовская 29
Линии,
семьи
2-5
1
2
3-4
3
150:0
1
160:0
160:0
1
2
150:0
Линии,
семьи
6-10
150:0
2
4-7
Соотношение
R:S
50:0
50:0
1
2
7-2
50:0
50:0
1
2
12-4
Соотношение
R:S
50:0
50:0
1
2
17-3 1
2
100:0
100:0
50:0
50:0
Характеристика линий по числу хромосом, фертильности и кустистости
Линия
Число
хромосом
Завязываемость
краевых цветках
в
Число продуктивных
стеблей
2
42
10,0
3,8
3
42
10,0
2,3
4
42
10,0
3,6
5
42
10,0
2,7
12
42
9,8
2,2
17
42
9,8
3,0
15
42, 43
9,3
2,4
9
41, 42, 43
9,4
3,2
10
41, 42, 43
9,1
2,2
13
41, 42, 43
9,4
3,2
14
Саратовская 29
Thatcher Lr9
41, 42
42
42
7,4
10,0
9,8
1,7
3,2
-
Казахстанская 126
Критический
Казахстанская
126 моносомик
41 хр.
Критический моносомик
20 хр.
41 хр.
GcGc
42 хр.
Казахстанская 126
GcGc
42 хр.
Некритический моносомик
41 хр.
Х
Х
О т б о р
м о н о с о м и к о в
Критический моносомик
41 хр.
Некритический моносомик
41 хр.
F1
20 хр.
21 хр.
21 хр.
20 хр.
21 хр.
20 хр.
Гаметы
42 хр.
F2
42 хр.
41 хр.
40 хр.
Использование гаметоцидных генов:
Способность слабоэкспрессивных гаметоцидных генов
вызывать транслокации используется для:
1. получения серий телоцентрических линий мягкой
пшеницы;
2. физического картирования генов пшеницы, ячменя и
ржи;
3. интрогрессии чужеродной устойчивости.
Способность сильноэкспрессивных гаметоцидных генов
элиминировать гаметы с рецессивным аллелем может
использоваться в селекции в случае их сцепления с
полезными признаками.
СПАСИБО за внимание!