Генетический контроль формы язычковых цветков у почти изогенных линий подсолнечника

ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010

руемым признаком. Кроме стандартной формы, встречаются образцы подсолнечника с длинными, средними, короткими, трубкообразными, скрученными вдоль продольной оси, скрученными поперек продольной оси, колокольчико-образными и другими язычковыми цветками. С помощью химических мутагенов получены мутанты подсолнечника с курчавыми (М-2006-1) и воронковидными лепестками [1].

В литературе используют разные термины для обозначения признака язычковых цветков: колокольчиковые, колокольчикообразные, трубчатые, трубкообразные, язычковые цветки, краевые цветки, цветки. Не для всех идентифицированных генов изучены аллельные отношения. Возможно одни и те же гены обозначены разными авторами разными символами, что связано с отсутствием единого курирующего научного центра и единой эталонной генетической коллекции подсолнечника, доступной большинству исследователей.

Для некоторых нестандартных форм язычковых цветков установлен генетический контроль и предложены гены (табл. 1).

Таблица 1 - Список генов, контролирующих форму язычковых цветков у подсолнечника

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ

ЯЗЫЧКОВЫХ ЦВЕТКОВ У ПОЧТИ ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА

Ю.В. Лобачёв,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Л.Г. Курасова,

кандидат биологических наук

ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» В.М. Лекарев,

кандидат сельскохозяйственных наук Е.А. Константинова,

кандидат биологических наук

ГНУ НИИСХ Юго-Востока Россельхозакадемии

Ключевые слова: подсолнечник, почти

изогенные линии, гибридологический анализ

УДК 575.1:633.854.78

Ген Фенотип Литературный источник

bl Колокольчиковые язычковые цветки [2]

fl Короткие трубкообразные язычковые цветки [3, 4]

fl Короткие трубчатые краевые цветки [2]

ft Короткие трубчатые цветки [2]

ft1 Длинные трубчатые цветки [2]

ft2 Длинные трубчатые цветки [2]

fl1 Длинные трубкообразные краевые цветки [5]

fl2 Длинные трубкообразные краевые цветки [5]

fd Короткие трубкообразные краевые цветки [5]

tul Длинные трубкообразные краевые цветки [6]

tu2u Длинные трубкообразные краевые цветки [6]

tu?b Перьевидные краевые цветки [6]

kba Короткие трубкообразные краевые цветки [5, 6]

hbz Колокольчикообразные краевые цветки [5, 6]

sks Короткие полосовидные краевые цветки [5, 6]

lr Локально-свернутые краевые цветки [5, 6]

fs Короткие язычковые цветки [7]

ft Короткие трубкообразные язычковые цветки [7]

fm Средние язычковые цветки [7]

ftw Скрученные язычковые цветки [7]

Введение. У подсолнечника форма язычковых цветков является генетически детермини-

Материалы и методы. Целью наших исследований являлось изучение наследования

формы язычковых цветков у набора почти изо-генных линий (ПИЛ) подсолнечника, созданных доктором сельскохозяйственных наук, профессором Ю.В. Лобачёвым и кандидатом биологических наук Е.А. Константиновой в генофоне самофертильной линии ЮВ-28Б.

В качестве изучаемого материала использовали ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков: ПИЛ-1 fs - короткие (short) язычковые цветки, ПИЛ-3 ft- короткие трубкообраз-ные (tubular) язычковые цветки, ПИЛ-5 fm -средние (middle) язычковые цветки, ПИЛ-7 ftw - скрученные (twisted up) язычковые цветки. Используемые в экспериментах линии ЮВ-28А и ЮВ-28Б имели стандартную форму язычковых цветков.

Для определения характера наследования короткой, трубкообразной, средней и скрученной формы язычковых цветков у подсолнечника провели два эксперимента.

В первом эксперименте для получения Fj и F2 в качестве материнской формы использовали набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков, а в качестве отцовской формы - линию-реципиент ЮВ-28Б со стандартной формой язычковых цветков.

Во втором эксперименте для получения F3 в первом скрещивании в качестве материнской формы использовали мужскистерильную линию ЮВ-28А со стандартной формой язычковых цветков, а во втором скрещивании -мужскистерильные F1, а в качестве отцовской формы - набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков.

В третьем эксперименте для изучения аллель-ных отношений генов fs, ft, fm, ftw, контролирующих форму язычковых цветков, провели скрещивания между четырьмя ПИЛ, различающимися нестандартной формой язычковых цветков.

Родительские формы и гибриды Fb F2 и F3 высевали вручную на полях ГНУ НИИСХ Юго-Востока в 2006-2009 гг. Анализ формы язычковых цветков проводили визуально в период цветения корзинки. Анализ соответствия фактически полученного расщепления гибридов теоретически ожидаемому провели с использованием критерия Пирсона (критерия %2) [8].

Результаты и обсуждение. Для изучения наследования четырех разных нестандартных форм язычковых цветков провели два полевых эксперимента с использованием Fb F2, F3, а также родительских форм.

В первом эксперименте (2008-2009 гг.) во всех комбинациях скрещиваний у F1 было еди-

нообразие по форме язычковых цветков, причем у всех гибридных растений наблюдали только стандартную форму язычковых цветков. Анализ расщепления популяции F2 в 2008 и 2009 гг. показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 3:1, характерному для моногенного типа наследования (х2факт. < Х2теор.) (табл. 2).

Таблица 2 — Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков

2008-2009

гг.

Расщепление Оцен-

Комбинация фактическое теоретическое ка гипо-

скрещивания 3(АА, Аа) 1(аа) 3(АА, Аа) 1(аа) тезы 3:1, X факт.

2008 г.

ПИЛ-1 fs х ЮВ-28Б 37 12 36,75 12,25 0,01

ПИЛ-3 ft х ЮВ-28Б 41 13 40,5 13,5 0,03

ПИЛ-5 fm х ЮВ-28Б 44 14 43,5 14,5 0,02

ПИЛ-7 ftw х ЮВ-28Б 35 12 35,25 11,75 0,01

2009 г.

ПИЛ-1 fs х ЮВ-28Б 43 13 42 14 0,10

ПИЛ-3 ft х ЮВ-28Б 54 19 54,75 18,25 0,04

ПИЛ-5 fm х ЮВ-28Б 47 15 46,5 15,5 0,02

ПИЛ-7 ftw х ЮВ-28Б 55 18 54,75 18,25 0,01

X 2 _ теор. 3,84

Во втором эксперименте (2008 г.) во всех комбинациях скрещиваний у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы.

Анализ расщепления популяции Fа показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 1:1, характерному для моногенного типа наследования (х2факт. < Х2теор.) (табл. 3).

Таблица 3 — Расщепление популяции Fа по форме язычковых цветков

2008 г.

Расщепление Оцен-

Комбинация фактическое теоретическое ка гипо-

скрещивания 1(Аа) 1(аа) 1(Аа) 1(аа) тезы 1:1, X факт.

(ЮВ-28А х ПИЛ-1 fs) х ПИЛ-1 fs 21 19 20 20 0,10

(ЮВ-28А х ПИЛ-3 ft) х ПИЛ-3 ft 18 19 18,5 18,5 0,03

(ЮВ-28А х ПИЛ-5 fm) х ПИЛ-5 fm 19 22 21,5 21,5 0,03

(ЮВ-28А х ПИЛ-7 ftw) х ПИЛ-7 ftw 20 21 20,5 20,5 0,02

X теор. 3,84

Из анализа Fb F2 и Fa следует, что феноти-пическое проявление стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов, а признаки короткой, средней, трубкообразной, скрученной формы язычковых цветков контролируются рецессивными аллелями генов, обозначенных соответственно как fs, fm, ft, ftw [7].

Для изучения аллельных отношений и взаимодействий генов fs, fm, ft, ftw провели скрещивания между четырьмя ПИЛ, различающимися нестандартной формой язычковых цветков. Анализ родительских форм, растений Fi и F2 выполнен в 2009 г.

В скрещивании ПИЛ-lfs х ПИЛ-3 ft у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только трубкообразной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 3:1 на два фенотипических класса: трубкообразная и короткая форма язычковых цветков (табл. 4).

Таблица 4 — Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков в скрещивании ПИЛ-1 fs х ПИЛ-3 А

Расщепление Соотношение классов гибридов Оценка гипотезы 3:1, Х факт.

3

Фактическое 62 23 0,19

Теоретически ожидаемое 63,75 21,25

X теор. 3,84

Из анализа Fl и F2 следует, что рецессивные аллели fs и й принадлежат к одному локусу, причем аллель й доминирует над аллелем fs.

В скрещивании ПИЛ-1 fs * ПИЛ-5 у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции Б2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три феноти-пических класса: стандартные, средние и короткие язычковые цветки (табл. 5).

Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели fs и принадлежат к разным локусам, причем аллель fs взаимодействует с аллелем £т по типу рецессивного эпистаза £ - эпистатич-ный аллель, :1т - гипостатичный аллель).

В скрещивании ПИЛ-3 й * ПИЛ-5 £т у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции

Б2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три феноти-пических класса: стандартные, средние и труб-кообразные язычковые цветки (см. табл. 5).

Таблица 5 — Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков в скрещиваниях ПИЛ-1 fs х ПИЛ-5Ат, ПИЛ-3 А X ПИЛ-5т ПИЛ-3 А X ПИЛ- 7

Расщепление Соотношение классов гибридов Оценка гипотезы 9-3-4, Х факт.

9

ПИЛ-1 fs х ПИЛ-5 fm

Фактическое 50 14 23 0,42

Теоретически ожидаемое 48,9375 16,3125 21,75

ПИЛ-3 ft х ПИЛ-5 fm

Фактическое 49 15 24 0,32

Теоретически ожидаемое 49,5 16,5 22

ПИЛ-3 ft х ПИЛ-7 ftw

Фактическое 51 18 25 0,17

Теоретически ожидаемое 52,875 17,625 23,5

Х теор. 5,99

Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели й и :1т принадлежат к разным локусам, причем аллель взаимодействует с аллелем :1т по типу рецессивного эпистаза (£1 - эпистатич-ный аллель, :£т - гипостатичный аллель).

В скрещивании ПИЛ-3 й * ПИЛ-7 ftw у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции Б2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три феноти-пических класса: стандартные, скрученные и трубкообразные язычковые цветки (табл. 6).

Таблица 6 - Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков в скрещиваниях ПИЛ-1 fs х ПИЛ-7 ПИЛ-5Ат х ПИЛ-7

Соотношение классов гибридов Оценка

Расщепление 9(А-В-) 3(A-bb) 3(ааВ-) 1(aabb) гипотезы 9:3:3:1, Х факт.

ПИЛ-1 fs х ПИЛ-7 ftw

Фактическое 52 16 18 6

Теоретически ожидаемое 51,75 17,25 17,25 5,75 0,13

ПИЛ-5 fm х ПИЛ-7 ftw

Фактическое 52 17 14 5

Теоретически ожидаемое 49,5 16,5 16,5 5,5 0,56

Х теор. 7,81

Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели й и Ада принадлежат к разным локусам, причем аллель й взаимодействует с аллелем ftw по типу рецессивного эпистаза (й - эписта-тичный аллель, йда - гипостатичный аллель).

На основании проведенных исследований установлены генотипы изучаемых почти изо-генных и реципиентных линий подсолнечника (табл. 7).

Таблица 7 — Фенотипы и генотипы

изучаемых линий подсолнечника

Линия Фенотип (язычковые цветки) Генотип Изучаемый ген

ЮВ-28А Стандартные П^ПР шР шР -

ЮВ-28Б Стандартные П^ПР шР шР -

ПИЛ-1 Короткие Й8Й8ршГ шР

ПИЛ-3 £1 Короткие трубкообразные АйР шР шР Й

ПИЛ-5 йп Средние ПР ИшйшР Шш

ПИЛ-7Й№ Скрученные FtFtF шР шй^Шж

Ранее было показано отсутствие влияния этих рецессивных аллелей fs, А!, Ат и йда на селекционные и хозяйственные признаки подсолнечника [9].

В.В. Толмачев [6] при изучении наследования формы язычковых цветков у подсолнечника установил, что аллель 1и2а, контролирующий длинную трубкообразную форму краевых цветков у линии LD951, и аллель 1и2Ь, контролирующий длинную перьевидную форму язычковых цветков у линии 1пК235, принадлежат одному локусу. Аллель 1и2а доминирует над аллелем ш2Ь.

Также было установлено, что аллель №а, контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки у линии LD831, и аллель контролирующий колокольчиковидные краевые цветки у линии L207, принадлежат одному локусу. При этом аллель №а характеризуется неполным доминированием по отношению к аллелю hbz [6].

Аллель №а, контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки, и аллель 1иь контролирующий длинные трубкообразные краевые цветки, взаимодействуют между собой по типу рецессивного эпистаза с расщеплением в F2 в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные, длинные трубкообразные и короткие трубкообразные краевые цветки. Аналогично по типу рецессивного эпистаза взаимодействуют между собой и аллели №а и 1и2а. Также по типу рецессивного эпистаза

взаимодействуют между собой и аллели №а и 1и2Ь. В трех вышеприведенных примерах взаимодействий рецессивных генов эпистатичным аллелем был №а, контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки [6].

В наших исследованиях аллель А!, контролирующий короткие трубкообразные язычковые цветки, и аллель fs, контролирующий короткие язычковые цветки, были аллелями одного ло-куса. Аллель А! доминировал над аллелем fs. Аллель й взаимодействовал с аллелем Ат, контролирующим средние язычковые цветки, по типу рецессивного эпистаза. Аналогично по типу рецессивного эпистаза аллель А! взаимодействовал с аллелем ftw, контролирующим скрученные язычковые цветки. Причем в обоих случаях в роли эпистатичного выступал аллель А!.

В.В. Толмачев [6] установил комплементарное взаимодействие между аллелем контролирующим колокольчиковидные краевые цветки, и аллелем 1и2Ь, контролирующим длинные перьевидные краевые цветки, с расщеплением в F2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, длинные перьевидные, колокольчиковидные и коло-кольчико-перьевидные краевые цветки. Также комплементарное взаимодействие было установлено между аллелем 1г, контролирующим локально свернутые язычковые цветки, и аллелем shs, контролирующим короткие полосо-видные язычковые цветки, с расщеплением в F2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные; локально свернутые; короткие полосовидные и короткие полосовид-ные локально свернутые язычковые цветки.

В наших исследованиях между аллелем fs, контролирующим короткие язычковые цветки, и аллелем контролирующим скрученные язычковые цветки, установлено комплементарное взаимодействие с расщеплением в F2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, короткие, скрученные и укороченные скрученные язычковые цветки. Также нами установлено комплементарное взаимодействие между аллелем Ат, контролирующим средние язычковые цветки, и аллелем контролирующим скрученные язычковые цветки с расщеплением в F2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, средние, скрученные и укороченные скрученные язычковые цветки.

Выводы. Изучен генетический контроль четырех нестандартных форм язычковых цветков у подсолнечника. Установлено, что фенотипи-

ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010

ческое проявление стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов, а признаки короткой, средней, короткой трубкообразной, скрученной формы язычковых цветков контролируются рецессивными аллелями генов, обозначенных соответственно как fs, fm, ft, ftw.

Тест на аллельность генов fs, fm, ft, ftw показал, что аллели fs и ft принадлежат к одному локусу. Аллель ft доминирует над аллелем fs. Аллели fs, fm, ftw принадлежат к разным локу-сам, аналогично и аллели ft, fm, ftw принадлежат к разным локусам. Установлены факты и типы взаимодействий аллелей fs, fm, ft, ftw.

Сравнительный анализ результатов наших и других исследований по изучению аллельности генов, контролирующих нестандартную форму язычковых цветков, позволяет сделать следующее обобщение:

- за нестандартную форму язычковых цветков отвечают рецессивные аллели генов;

- для части рецессивных генов характерен множественный аллелизм;

- рецессивные аллели неаллельных генов взаимодействуют между собой по типу рецессивного эпистаза или по комплементарному типу.

Установлены генотипы изучаемых линий ЮВ-28А, ЮВ-28Б со стандартной формой и набора ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков.

Список литературы

1. Калайджян, А.А. Российский солнечный цветок / А.А. Калайджян, Л.В. Хлевной, Н.Н. Нещадим, В.П. Головин, В.В. Вартанян, А.М. Бурдун. - Краснодар: Сов. Кубань, 2007. - 352 с.

2. Гаврилова, В.А. Генетика культурных растений. Подсолнечник / В.А. Гаврилова, И.Н. Анисимова. - СПб.: ВИР, 2003. - 209 с.

3. Тихонов, О.И. Биология, селекция и возделывание подсолнечника / О.И. Тихонов, Н.И. Бочкарев, А.Б. Дьяков и др. - М.: Агропромиз-дат, 1991. - 281 с.

4. Лобачёв, Ю.В. Наследование девяти маркерных признаков у подсолнечника / Ю.В. Лобачёв, В.Ф. Пимахин, Ю.Ю. Лобачёв // Вопросы генетики и селекции зерновых культур на Юго-Востоке России. - Саратов, 1993. -

С.138-140.

5. Ведмедева, Е.В. Генетика морфологических признаков подсолнечника: состояние и перспективы / Е.В. Ведмедева, В.В. Толмачёв //Сб. докл. Междун. науч.-практ. конф. «Современные проблемы научного обеспечения производства подсолнечника», посвященной 120-летию со дня рождения академика В.С. Пустовойта. ВНИИМК. - Краснодар, 2006. - С. 127-140.

6. Толмачёв, В.В. Генетический контроль формы краевых цветков подсолнечника // Масличные культуры. Науч.-техн. бюлл. ВНИИМК. -Краснодар, 2006. - Вып. 2 (135). - С. 50-60.

7. Курасова, Л.Г. Генетический контроль формы язычковых цветков у подсолнечника / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв // Вестник Саратовского агроуниверситета им. Н.И. Вавилова.

- Саратов, 2009. - № 7. - С. 19-21.

8. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1985. - 351 с.

9. Курасова, Л.Г. Селекционная ценность формы язычковых цветков у подсолнечника / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв // Вестник Саратовского агроуниверситета им. Н.И. Вавилова.

- Саратов, 2009. - № 3. - С. 20-22.