Взаимодействие между природными популяциями arabidopsis thaliana и их мутантами в модельных фитоценозах

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2014, том 57, №1_

ГЕНЕТИКА

УДК 581.15.582.683.2

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

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПРИРОДНЫМИ ПОПУЛЯЦИЯМИ ARABIDOPSIS THALIANA И ИХ МУТАНТАМИ В МОДЕЛЬНЫХ

ФИТОЦЕНОЗАХ

Центр инновационной биологии и медицины АН Республики Таджикистан

В статье представлены результаты исследования по характеру взаимодействия между природными популяциями и их мутантами при выращивании в чистых и бинарных посевах растений арабидопсиса. Показано, что изменение количественных признаков, оказывающих влияние на конкурентоспособность между природными популяциями и их мутантами в модельных фитоценозах, в значительной степени обусловлены ценотическим взаимодействием.

Ключевые слова: арабидопсис - природные популяции - мутанты - конкурентоспособность - семенная продуктивность.

При отборе лучших генотипов по хозяйственно ценным признакам из расщепляющихся популяций возникают определённые трудности в дальнейшем, при выведении их в чистую линию. Отобранные линии при выращивании их в однокомпонентных чистых посевах, как правило, теряют многие приобретенные ценные признаки, полученные благодаря разной конкурентоспособности в гетерогенном фитоценозе. В связи с этим при селекционном отборе целесообразно учитывать факторы, определяющие ценотическое взаимодействие растений в фитоценозе. Известно, 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, взаимоугнетении или конкуренции и, в итоге, на общебиологической продуктивности [1, 2]. Особенно актуально использовать растения арабидопсиса как модель для изучения характера взаимодействия между природными популяциями и их мутантами на конкурентоспособность в модельных фитоценозах.

В качестве объекта исследования из генетической коллекции [3] были подобраны природные популяции (расы) En (Enkheim) и Col (Columbia) и полученные от них два моногенно наследуемых продуктивных мутанта trs1 и 315 (tr2), детерминирующие тройные стручки на плодоножке.

Для выявления характера взаимоотношений между мутантной линией tr 1 и его исходной расой En, мутанта 315 (tr2) c его исходной расой Col арабидопсиса, а также сочетая их между собой (бинарные варианты) проведён посев этих линий, с учетом рандомизации. В процессе роста и развития фенотипические эффекты взаимодействия наиболее четко проявлялись на растениях, вступивших в фазу массового цветения-плодообразования, поэтому учет количественных признаков провели на фазе плодоношение-созревание.

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

Результаты опытов показали, что при выращивании мутантных растений (Г и 315) отдельно в чистых и бинарных посевах фенотипические признаки (тройные стручки на плодоножке) стабильно сохраняются. Однако в бинарных посевах изменчивость количественных признаков отразилась на показателях семенной продуктивности.

Таблица

Показатели количественных признаков у диких форм и их мутантов при выращивании растений ара-

бидопсиса в чистых и бинарных 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 45.60 52.02 38.86 4147.27 33.92 2.76

tr 44.48 54.56 44.80 4390.12 37.00 2.64

Col 43.36 26.58 41.16 2960.65 32.32 4.46

315 42.41 60.66 32.62 3969.40 35.64 2.06

315 (315+En) 40.02 32.32 17.72 2008.38 25.14 1.42

En (En+315) 45.80 47.70 33.02 3688.01 28.90 2.06

tr4 (tr'+En) 46.71 68.14 34.08 4765.54 39.52 2.34

En (En+tr) 46.82 46.94 42.00 4165.74 35.26 2.30

Col(Col+315) 43.56 27.06 34.68 2680.24 28.08 3.84

315(315+Col) 45.80 47.70 33.02 3688.00 28.90 2.06

Col(Col+tr) 39.68 30.80 42.44 2921.84 30.70 4.10

tr(tr+Col) 45.26 35.66 27.56 2987.42 27.24 2.30

Как видно из таблицы, все испытуемые линии различаются между собой по всем количественным признакам как в чистых, так и бинарных вариантах опыта. Следует отметить, что и природные популяции (расы) En и Col различаются по признакам продуктивности. У растений расы Col, как видно из таблицы, формируется больше боковых ветвей и плодов на них, однако другие показатели, как число семян в стручке и количество плодов на главном стебле в итоге дали заниженное, по сравнению с расой En, число семян на растение. В бинарных посевах (tr+En, 315+Col) при сочетании мутанта trs со своей исходной расой En показатели признаков продуктивности у мутантов оказались выше, чем у исходной расы. В бинарных посевах, где совмещаются мутанты trs с расой Col, основные показатели продуктивности с незначительным перевесом в пользу мутанта, а совмещение мутанта 315 с неисходной расой En выявило, что природная раса En оказалась более продуктивной.

На представленном рисунке более чётко видно различие в показателях семенной продуктивности - число семян на растение, между природными популяциями арабидопсиса и их мутантами, по которым можно судить о конкурентоспособности растений в ценозе.

Генетика

О.В.Усманова, М.М.Якубова, Ш.Д.Саидмурадов

Рис. Взаимное влияние природных популяций En и Col и их мутантов trs и 315 на число семян на 1 растение в

чистом (а) и бинарных (б, в) посевах.

Как видно из рисунка, мутант trs по сравнению с исходной расой En формирует большее количество семян на растение, а также и в сравнении с мутантом 315 (тоже тройные стручки) и его же исходной расой Col при выращивании растений в чистых посевах (рис.а).

При совмещении En + 315 (рис. б) конкурентоспособность в пользу расы En. Очевидно потому, что в одинарном посеве семенная продуктивность мутанта 315 ниже и раса En не является исходной для этого мутанта. Однако при совмещении 315 с исходной расой Col мутант оказался более конкурентоспособным, судя по показателю общей семенной продуктивности на растение. В бинарных посевах trx+En (рис. в) число семян на растение у исходной расы показал почти те же цифры, что и в чистом посеве, однако высокопродуктивный мутант trs в сочетании с исходной расой En оказался более конкурентоспособным, показав наибольшую семенную продуктивность, даже в сравнении с другими линиями. А сочетания Col + trs и tr'+Col (рис. ) не выявили существенной разницы по показателям семенной продуктивности на растение, хотя с небольшим перевесом у trs больше число семян на растение такое же, как и в одинарных посевах.

Таким образом, результаты исследования показали, что изменение количественных признаков у изученных линий и конкурентоспособность между природными популяциями и их мутантами в модельных фитоценозах может зависеть от генотипа, однако в значительной степени эти изменения обусловлены ценотическим взаимодействием.

Поступило 21.11.2013 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 растений. - Л.:Наука, 1978, с.4.

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

О.В.Усманова, М.М.Якубова, Ш.Д.Саидмурадов ТАЪСИРИ МУТАЦОБИЛАИ ПОПУЛЯТСИЯ^ОИ ТАБИИ A.THALIANA ВА МУТАНТ^ОИ ОН ДАР ФИТОСЕНОЗ^ОИ

СОХТА

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

Дар макола натичах,ои тадкикот оид ба таъсири мутакобилаи популятсиях,ои табии рас-тании арабидопсис ва мутантх,ои он дар х,олати чудогона ва якчоя парвариш намудани онх,о дар фитосенозх,ои моделй оварда шудааст. Нишон дода шудааст, ки тагйирёбии аломатх,ои микдорие, ки ракобатпазирии намудх,ои табий ва мутантии арабидопсисро дар фитосенозх,ои моделй зохдр менамоянд аз хусусиятх,ои таъсири мутакобилаи растаних,о дар фитосеноз вобас-тагии зич доранд.

Калима^ои калиди: арабидопсис - популятсияуои табии - мутантуо - рацобатпазирй -уосилнокии тухми

O.V.Usmanova, М.М.Yakubova, Sh.D.Saidmuradov INTERACTION BETWEEN NATURAL POPULATIONS OF A.THALIANA AND THEIR MUTANTS IN PHYTOCOENOSIS MODEL

Innovation Center of Biology and Medicine, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan In this article the results of research on the nature of the interaction between natural populations of Arabidopsis and their mutants grown in pure and binary plant crops are presents. It is shown that the variation of quantitative traits that affect competitiveness between natural populations and their mutants in phytocoenosis model considerably conditioned by coenosis interaction. Key words: arabidopsis - natural populations - mutants - competitiveness - seed production.