Гомо- и гетерозиготная мозаичность семян подсолнечника по содержанию олеиновой кислоты в масле

Я. Н. Демурин,

доктор биологических наук, профессор

О. М. Борисенко,

научный сотрудник ГНУ ВНИИ масличных культур

ГОМО- И ГЕТЕРОЗИГОТНАЯ МОЗАИЧНОСТЬ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА ПО СОДЕРЖАНИЮ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ В МАСЛЕ

УДК 633.854.78:575

Введение. Семянка подсолнечника состоит из семени и околоплодника. Семя включает в себя семенную оболочку, остаток эндосперма и зародыш [7]. Анатомически зародыш подразделяется на две семядоли и геммулу, состоящую из зародышевых корешочка, гипокотиля и почечки. Все части зародыша содержат клетки с высоким содержанием запасного масла. Масличность семени при этом около 65 % [1, 2].

Впервые фенотипические различия по содержанию олеиновой кислоты между геммулой и семядолями были обнаружены у подсолнечника для высокоолеиновой и нормальной гомозигот. Содержание олеиновой кислоты изменялось от 87,5 до 91,3 % для высокоолеиновых генотипов и от 44,4 до 56,9 % для обычных линий. Следовательно, увеличение содержания олеиновой кислоты составило 3,8 и 12,5 %, соответственно [5]. Другой тип пространственного градиента связан с уменьшением содержания олеиновой кислоты от 82,1 до 77,5 % между внутренней и внешней (разросшейся за пределы околоплодника) частью семядолей у высокоолеиновых генотипов [5].

Кроме того, обнаружено увеличение доли олеиновой кислоты на 5 % в дистальном конце семядолей относительно геммулы у нормальной линии СЛ8-6. Это явление, вероятно, объясняется градиентом концентрации кислорода, связанного с его проникновением в ткани семени через место при-

крепления семяпочки к цветоложу корзинки при газовой непроницаемости семенных покровов. С другой стороны, известно, что кислород является лимитирующим фактором окружающей среды в процессе десатурации олеиновой кислоты в лино-левую. Однако для семян мутантной линии CAS-14 с высоким содержанием стеариновой кислоты обнаружена противоположная зависимость. Содержание олеиновой кислоты снизилось при этом в 2 раза (с 39,3 до 16,8 %) в дистальном конце семядолей за счёт увеличения содержания стеариновой кислоты [4]. Следовательно, для этой мутации состава жирных кислот в семенах наблюдается специфическая закономерность.

Все вышеуказанные случаи фенотипической разнокачественности семян были описаны для гомозиготных генотипов подсолнечника. Пространственная гетерогенность семян F1 была впервые обнаружена в скрещивании высокоолеиновой линии НА89 и нормальной линии ВК678. Около 35 % индивидуальных семянок F1 были мозаичными по типу "высокоолеиновая геммула - нормальные семядоли". Целые семянки при этом относились к промежуточному классу, содержащему от 45 до 65 % олеиновой кислоты [3].

В статье представлены результаты изучения мо-заичности семян по содержанию олеиновой кислоты в скрещиваниях высокоолеиновых генотипов с нормальными линиями подсолнечника, обладаю-

щими генотипическим фактором супрессии. Этот подход основан на гипотезе о неполной пенетрант-ности мутации высокоолеиновости.

Материалы и методы. В скрещиваниях были использованы семь инбредных линий: высокоолеиновые ВК508, ВК876; повышенноолеиновая ЛГ27; низкоолеиновые RIL100, RHA416, ЛГ28 и К824.

Выращивание и самоопыление растений производили в полевых условиях на ЦЭБ ВНИИМК в 2004 г. Гибридизацию проводили с использованием ручной кастрации. Для определения жирно -кислотного состава каждую семянку разрезали на две части - геммулу и семядоли, которые анализировались отдельно. Содержание олеиновой кислоты в целом семени рассчитывали по 10 %-ной части геммулы от суммы с семядолями.

Жирно-кислотный состав масла разных частей семян определяли с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров на хроматографе Хром 5.

Результаты и обсуждение. У линии ЛГ27 обнаружены различия по содержанию олеиновой кислоты между семядолями и геммулой, составляющие 12,7 % (табл. 1). Высокоолеиновые линии ВК508, ВК876 и низкоолеиновые линии RIL100, ЛГ28, ЯНА416, К824 не показали достоверных отличий. Этот тип мозаичности семени, вероятно, связан с уменьшением концентрации кислорода к дисталь-ному концу семени. Данное явление можно назвать физиологической (средовой) гомозиготной мозаич-ностью олеиновой кислоты в семенах. Полученные результаты согласуются с данными других исследований [4, 6].

Таблица 1 — Содержание олеиновой кислоты в семенах инбредных линий

Содержание олеиновой ки-

Линия слоты, % НСР05

семян- гем- семя- А1

ка мула доли

ВК508 92,3 92,2 92,3 0,1 0,4

ВК876 89,2 88,8 89,2 0,4 1,9

ЛГ27 72,0 60,6 73,3 12,7 2,32

RIL100 36,3 35,8 36,3 0,5 9,1

ЛГ28 28,4 27,9 28,5 0,6 5,1

RHA416 27,3 24,8 27,6 2,8 3,7

1 Разница между семядолями и геммулой

2 p< 0,05

При скрещивании ВК876хЛГ28 и ВК876хК824 в F1 наблюдался большой размах изменчивости содержания олеиновой кислоты у гетерозигот 01о1. Одна часть семян относилась к высокоолеиновому (76-91 %), другая - к промежуточному классу (4676 %). Предполагается, что данное распределение происходит под влиянием генетического фактора супрессии мутации 01, который присутствует в линиях ЛГ28 и К824. В результате наблюдается неполная пенетрантность доминантной мутации 01 в гетерозиготе.

У мутантного класса семян Fь так же как и у высокоолеиновых линий, содержание олеиновой кислоты в геммуле и семядолях было сходным, и в среднем для семени составило 87,6 % (табл. 2). Различия между частями отдельных семян носили случайный характер. Напротив, достоверная разница обнаружена в семенах промежуточного класса. В среднем, семена содержали 60,1 % олеиновой кислоты. Семядоли накапливали меньше олеиновой кислоты, чем геммула, разница при этом достигала 11,6 %. Такую изменчивость предложено называть эпигенетической гетерозиготной мозаичностью содержания олеиновой кислоты. В гетерозиготе 01о1 под воздействием супрессора, вероятно, происходит реверсия к нормальному фенотипу во время митотических делений клеток семядолей при развитии семени. Очевидно, что физиологическая гомозиготная мозаичность содержания олеиновой кислоты противоположно направлена по отношению к эпигенетической гетерозиготной мозаичности (рисунок).

Таблица 2 — Среднее значение и размах варьирования

содержания олеиновой кислоты в семенах гибридов Fl

Феноти-пический класс семени Число семян Содержание олеиновой кислоты, % НСР05

семя гем-мула семядоли А1

Мутантный, высокоолеиновый класс 20 87,6 (77,391,4) 87,5 (75,690,7) 87,6 (77,391,5) 0,1 2,4

Промежуточный 20 60,1 (45,875,6) 70,5 (51,487,3) 58,9 (44,775,3) -11,62 6,6

Разница между семядолями и геммулой

2 p < 0,05

Увеличение содержания опеиноюй киспоты 2 гомозиготе о1о1

Уменьшение содержания опеино! ой киспоты г гетерозиготе ОМ

Рисунок - Мозаичность семени подсолнечника по содержанию олеиновой кислоты

Таблица 3 - Структура распределения значений Л по содержанию олеиновой кислоты в отдельным семенах Fl

Феноти-пический класс Д+ Д-

число семян, шт. " , % число семян, шт. " , %

Мутантный (76-91%) 10 2,5 10 -2,2

Промежуточный (46-75%) 2 5,3 18 -13,5

Д+ - положительная разница; Д" - отрицательная разница между семядолями и геммулой

Данные о наличии совпадения значений содержания олеиновой кислоты между геммулой и семядолями представлены в таблице 4. Доля мозаичных семян F1 составила 0,23 (9/40). Кроме того, был обнаружен только один тип мозаичности гетерозиготных семян: мутантная геммула и промежуточные семядоли. Эти результаты соответствуют ранее полученным предварительным данным [3].

Таблица 4 - Фенотипическое совпадение содержания олеиновой кислотыь между геммулой и семядолями в семенах F1

Скрещивание Число семян F1, шт. Доля мозаичных семян

Гм/См Г /С Г м/Сп Гп/См Гп/Сп

ВК876хДГ28 13 4 0 3 0,20

ВК876хК824 7 5 0 8 0,25

I 20 9 0 11 0,23

Г - геммула, C - семядоли, м - мутантный (высокоолеиновый), п - промежуточный класс

Заключение. Явление мозаичности семян должно учитываться при использовании прижиз-

ненного определения содержания олеиновой кислоты в семядолях.

Благодарности. Работа выполнена при поддержке региональных грантов РФФИ № 06-0497603 и № 08-04-99109.

Литература

1. Дьяков А. Б. Морфология и анатомия подсолнечника / А. Б. Дьяков, T. A. Перестова // Подсолнечник, монография / Под ред. Пустовойта В. С. -М: Колос, 1975. - С. 21-29.

2. Попов П. С. Созревание семян подсолнечника / П. С. Попов, А. Б. Дьяков // Подсолнечник, монография / Под ред. Пустовойта В. С. - М: Колос, -1975. - С. 87-103.

3. Demurin Y. Unstable expression of Ol gene for high oleic acid content in sunflower seeds / Y. Demurin, D. Skoric // (Breeding). In: Proc. 14th Int. Sunfl. Conf., Beijing/Shenyang, China. - 1996. - Р. 145-150.

4. Fernández-Moya V. Temperature-related non-homogeneous fatty acid desaturation in sunflower (He-lianthus annuus L.) seeds / V. Fernández-Moya, E. Martínez-Force, R. Garcés. // Planta. - 2003. - V. 216.

- P. 834-840.

5. Garcés R. Oleate desaturation in seeds of two genotypes of sunflower / R. Garcés, M. Mancha // Phyto-chemistry. - 1989. - V. 28. - P. 2593-2595.

6. Garcés R. Lipid characterization in seeds of a high oleic acid sunflower mutant / R. Garcés, J. M. García, M. Mancha // Phytochemistry. - 1989. - V. 28.

- P. 2597-2600.

7. Seiler G. J. Anatomy and Morphology of Sunflower / G. J. Seiler // In: A.A. Schneiter (ed.), Sunflower Production and Technology. Agronomy Monograph 35. ASA, CSSA and SSSA, Madison, WI, USA.

- 1997. - P. 67-111.