Взаимное влияние мутантных генов на продуктивность растений Arabidopsis thaliana в модельных фитоценозах

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2012, том 55, №10_

ГЕНЕТИКА

УДК 581.15.582.683.2

О.В.Усманова, Ш.Д.Саидмурадов, академик АН Республики Таджикистан М.М.Якубова

ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАНТНЫХ ГЕНОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ ARABIDOPSIS THALIANA В МОДЕЛЬНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ

Центр инновационной биологии и медицины АН Республики Таджикистан

В статье приводятся результаты исследования по взаимному влиянию мутантных генов на продуктивность растений арабидопсиса (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.) при их выращивании различными способами в модельных фитоценозах. Показано, что при совместном выращивании пяти генетически чистых линий арабидопсиса происходит взаимоугнетение и взаимопомощь, что приводит к понижению или повышению семенной продуктивности.

Ключевые слова: арабидопсис - мутанты - модельный фитоценоз - конкурентоспособность - продуктивность.

В селекционной практике существуют определённые трудности при отборе из расщепляющихся популяций лучших генотипов по хозяйственно-ценным признакам. Как правило, отобранные формы при их дальнейшем выращивании в однокомпонентных чистых посевах теряют многие ценные признаки и свойства, которые они имели в гетерогенном посеве, что связано с разной конкурентоспособностью генотипов. В связи с этим селекционный отбор целесообразно проводить с учётом факторов, определяющих ценотическое взаимодействие растений в фитоценозе. Изучение ценотиче-ских взаимодействий мутантных генотипов позволяет расширить наши представления о характере действия мутантных генов на качественные и количественные признаки в условиях фитоценоза. Все это необходимо для разработки эффективных методов управления продуктивностью растительных сообществ.

А.Л.Курсанов на основе своих собственных исследований пришёл к выводу, что физиология отдельно произрастающего растения иная, чем физиология растения в фитоценозе, так как сам факт совместного существования растений, как известно, отражается на их росте, развитии и в итоге на общебиологической продуктивности [1].

Из литературы известны два типа взаимного влияния растений по характеру наблюдаемых эффектов - взаимоугнетающие или конкурентные, и взаимоблагоприятные [2]. Если первые изучались более интенсивно, то вторые, особенно между растениями одного вида, исследованы недостаточно.

В связи с этим мы поставили перед собой задачу изучить закономерности изменчивости ряда количественных признаков у различных форм арабидопсиса при раздельном и смешанном их выращивании.

Адрес для корреспонденции: Якубова Мухиба Мухсиновна, Усманова Ольга Владимировна. 734017, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Карамова, 27, Центр инновационной биологии и медицины АН РТ. E-mail: mukhiba@mail. ru, rustim. us@mail. ru

В качестве объекта исследований из генетической коллекции [3] были взяты четыре моно-генно наследуемые продуктивные мутантные линии арабидопсиса: tr (triplex) - стручки тройные; cla (clavata) - булавовидные стручки; as (asymmetrica) - листья розетки асимметричные, выпуклые; xas (xanthoseminalis) - жёлтая окраска семян и исходная раса En (Enkheim).

Для выявления характера взаимоотношений между различными мутантными линиями и исходной расой арабидопсиса создавали модельные популяции, а в других вариантах опыта перечисленные линии выращивались в отдельных ящиках, то есть в чистом виде. В процессе роста и развития фенотипические эффекты взаимодействия наиболее чётко проявлялись на растениях, вступивших в фазу массового цветения-плодообразования, а регистрацию количественных признаков проводили в фазу плодоношения-созревания. Растения выращивали в весенний период на опытном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан.

Результаты опытов показали, что при размножении растений каждой линии отдельно в чистом посеве фенотипические признаки, характеризующие мутантные формы, стабильно сохранялись. Вместе с тем при выращивании этих линий в смеси были обнаружены различные эффекты взаимодействия.

Как видно из таблицы, по всем основным показателям - числу семян в стручке и на растение, как более конкурентоспособные в общем смешанном посеве оказались мутантные формы tr, xas и раса En, а формы as и cla оказались менее конкурентоспособными, и в чистом посеве у них показана пониженная семенная продуктивность.

Таблица

Изменчивость основных показателей семенной продуктивности у пяти линий арабидопсиса

при выращивании в чистых и смешанных посевах

Шифр линий Число семян в стручке, шт. Число плодов на главном стебле, шт. Число плодов на боковых ветвях, шт. Число семян на растение, шт. Высота растения, см Число боковых ветвей, шт.

En 48.96 36.32 97.60 6836.36 30.06 5.28

tr 46.85 55.25 106.02 7730.32 29.63 3.65

cla 49.25 46.13 28.16 3900.43 32.16 2.06

as 45.22 30.77 53.81 4006.94 29.10 3.35

xas 48.03 41.04 109.48 7678.82 33.24 3.54

En (tr-En) 47.96 31.67 60.35 4631.45 29.00 3.39

tr (En-tr) 42.07 51.03 123.38 7953.29 33.25 2.22

En (cla-En) 46.90 49.23 124.47 8562.21 35.70 5.57

cla (En-cla) 62.39 56.60 13.37 4463.04 36.33 1.57

En (as-En) 45.81 33.50 33.81 3222.75 24.75 2.72

as (En-as) 44.85 29.97 40.87 3320.41 29.19 2.16

En (xas-En) 45.83 29.65 27.77 2723.29 22.03 2.48

xas (En-xas) 50.85 33.00 21.35 2805.56 24.48 1.90

tr (cla-tr) 44.45 49.53 105.20 7452.67 38.70 4.93

cla (tr-cla) 64.43 43.73 12.00 3725.89 33.47 1.84

tr (as-tr) 32.77 29.00 18.94 1557.95 23.42 1.65

as (tr-as) 37.66 21.42 19.65 1616.63 24.23 1.26

tr (xas-tr) 43.32 41.88 48.22 3932.43 31.66 2.75

xas (tr-xas) 49.91 41.48 80.77 6484.75 34.32 3.39

cla (as-cla) 56.64 43.91 18.10 3754.17 23.63 2.34

as (cla-as) 45.98 29.58 38.10 3131.44 24.84 2.87

Шифр линий Число семян в стручке, шт. Число плодов на главном стебле, шт. Число плодов на боковых ветвях, шт. Число семян на растение, шт. Высота растения, см Число боковых ветвей, шт.

xas (as-xas) 47.56 42.32 29.32 3529.32 30.00 1.52

as (xas-as) 42.66 29.26 12.10 1811.95 24.48 0.77

cla(xas-cla) 61.80 37.13 5.35 2719.19 31.71 0.74

xas(cla-xas) 49.57 39.16 46.47 4463.47 33.31 2.31

En(общ.5) 46.11 35.00 55.75 4223.98 29.80 3.50

&(общ.5) 43.45 40.90 18.30 2584.52 26.70 1.90

cla(общ.5) 56.37 34.55 25.40 3753.71 27.20 1.30

as (общ.5) 46.05 36.50 23.40 2935.24 28.75 1.70

xas(общ.5) 49.39 38.37 28.80 3415.72 29.87 1.70

Примечание: последние пять строчек обозначений в колонке «Шифр линий» En (общ.5) и т.д. - смешанный посев, включающий в себя все пять линий.

Рис. Взаимное влияние мутантных генов на количество семян на растение в бинарных

и смешанном (6) посевах.

Положительный эффект взаимодействия проявился в бинарных посевах: 1 - tr(En-tr); 2 -En(cla-En); 3 - tr(cla-tr); 4 - xas(tr-xas); а отрицательный эффект обнаружился в смеси tr(as-tr) и as(tr-as); 5 - по числу семян на растение, а также по числу дополнительных ветвей. На основании этого можно включить расу En и мутанты tr и xas в более конкурентоспособные формы, а мутант as и cla -в менее конкурентоспособные.

Обращает на себя внимание мутантная форма cla повышенным числом семян в стручках в смешанном посеве, показывая положительный эффект взаимодействия. Мутант cla отличалась от других линий трёхстворчатой структурой булавовидных стручков, которые располагаются в основном только на одном, главном стебле растения.

В смешанном посеве мутант cla оказался на втором месте по общей семенной продуктивности после контрольного варианта расы En. Линия xas - на третьем месте, as - на четвертом, а высокопродуктивный мутант tr оказался вне конкуренции по сравнению с чистыми и бинарными посевами. В смешанном посеве испытываемые мутантные линии показывают заниженное количество семян на растение (см.рис. 6).

Таким образом, результаты опытов на модельных фитоценозах A.thaliana совершенно ясно говорят о том, что гены, детерминирующие сложные физиологические процессы и признаки, по-разному влияют на рост, развитие и продуктивность растений, выращенных в смешанных посевах. Создание посевов смешанных культур является перспективным методическим приёмом для выявления механизмов влияния генетических факторов на конкурентоспособность в связи с формированием высокопродуктивных растительных сообществ.

Поступило 26.6.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курсанов А.Л. - В сб. Физиолого-биохимические основы взаимного влияния растений в фитоценозе. - М.:Наука, 1966, с.5.

2. Титов Ю.В. - Эффект группы у растений. - Л.:Наука, 1978, с.4.

3. Генетическая коллекция арабидопсиса (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh..). Атлас. (Ред-состав. Ус-манова О.В.) - Душанбе: ООО «Контраст», 2010, 96 с.

О.В.Усманова, Ш.Д.Саидмурадов, М.М.Ёкубова ТАЪСИРИ ДУТАРАФАИ ГЕЩОИ МУТАНТЙ БА ^ОСИЛНОКИИ РАСТАНИИ ARABIDOPSIS THALIANA ДАР ФИТОСЕНОЗ^ОИ СОХТА

Маркази инноватсионии биологи ва тиббии Академия илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола натичах,ои тадкикот оиди таъсири дутарафаи генх,ои мутантй ба х,осилнокии растании арабидопсис (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), ки бо тарзи гуногун дар фитосенозх,ои сохта (модели) парвариш ёфтаанд оварда шудааст. Нишон дода шудааст, ки дар полати якчоя парвариш намудани панч фардх,ои аз лих,ози генетики тозаи арабидопсис, аз як тараф ин намуд

усули парвариш ба растаних,о таъссуроти бад ва аз тарфи дигар таъссуроти мусбат расонда ба баланд ва ё паст шудани х,осилнокии растаних,о оварда мерасонад.

Калима^ои калиди: арабидопсис - мутантуо - фитосинози модели - рацобатпазирй - хосилноки.

O.V.Usmanova, Sh.D.Saidmuradov, M.M.Yakubova MUTUAL INFLUENCE OF MUTANT GENES ON PLANT PRODUCTIVITY OF ARABIDOPSIS THALIANA IN MODEL PLANT COMMUNITIES

Innovation Center of Biology and Medicine, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan.

The article presents a study on the mutual influence of mutant genes in productivity of Arabidopsis plant (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), in different growing models of plant communities. It is shown that under the joint cultivation of five genetically pure lines of Arabidopsis is occurring mutual inhibition and aid, which leads decreasing or increasing of seed production plants.

Key words: arabidopsis - mutants - model phytocoenosis - competitiveness - productivity.