Генетика, цитогенетика. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Важным компонентом апомиктичного размножения у растений служит способность к формированию нередуцированных зародышевых мешков (ЗМ). Гетероплоидные скрещивания - эффективный инструмент для выявления таких ЗМ, поскольку при оплодотворении диплоидных ЗМ пыльцой тетраплоидов в центральной клетке ЗМ происходит слияние двух диплоидных полярных ядер с диплоидным спермием, ведущее к восстановлению геномного баланса в эндосперме (2♀:1♂) и развитию полноценных зерновок. Ранее мы обнаружили, что на початках диплоидной линии кукурузы АТ, способной к гаплоидному партеногенезу, и ее гибридов при опылении пыльцой тетраплоидов формировались выполненные зерновки, из которых развивались диплоидные растения матроклинного типа и тетраплоидные гибриды. Нашей целью стала дальнейшая проверка гипотезы о возникновении выполненных зерновок в гетероплоидных скрещиваниях 2 n × 4 n на основе нередуцированных зародышевых мешков, образующихся у материнских линий, с помощью анализа плоидности эндосперма таких зерновок методом проточной цитометрии. В работе использовали выполненные зерновки, развившиеся на початках диплоидных линий кукурузы: АТ ГПЛ (2 n), обладающей способностью к гаплоидному партеногенезу, 18-10-4 (2 n), В47 (2 n), Коричневый Маркер (КМ) (2 n), Краснодарская 2 (2 n), Краснодарская 9 (2 n), Краснодарская 22 (2 n), а также гибридов F1 и F3(В47/АT ГПЛ) (2 n), F1(КМ1/Сахарная1) (2 n) и F1(КМ/АТ ГПЛ) (2 n), которые были опылены пыльцой тетраплоидных линий Тетра-Парий (ТП) (4 n), Краснодарский тетраплоид (КрТ) (4 n) и Черная Тетра (ЧТ) (4 n). Скрещивания были проведены в 2022 году. Растения выращивали на опытном участке Селекционного комплекса ФАНЦ Юго-Востока (г. Саратов). Пыльцу с метелки каждого тетраплоидного растения стряхивали в индивидуальный чистый изолятор и наносили на рыльца початка диплоидного материнского растения. На 18-е сут после опыления с початков диплоидных линий собирали крупные выполненные зерновки, стерилизовали, отделяли эндосперм и фиксировали его в смеси спирта (95 %) и пропионовой кислоты (3:1) в течение 3 ч, отмывали в 70 % спирте и оставляли в нем на хранение при температуре -20 °C для последующего исследования плоидности с помощью проточной цитометрии. Зародыш помещали в пробирки на питательную агаризованную среду MS и выращивали в растильной комнате (фотопериод 16 ч день/8 ч ночь; 26±1 °C). Проростки с развитыми корнями переносили на несколько суток в пробирки с водой для адаптации к нестерильным условиям, после чего высаживали в теплицу в пластиковые сосуды и затем - на делянку экспериментального поля Селекционного центра ФАНЦ Юго-Востока. Для определения плоидности использовали кончики корешков растений, выращенных в пластиковых сосудах, на 12-е-14-е сут после высаживания в землю. Для каждого растения плоидность определяли на основании анализа 8-10 метафазных пластинок. При исследовании плоидности с помощью проточной цитометрии в качестве стандартов использовали ядра из листа гаплоидного растения линии АТ ГПЛ и из эндоспермов зерновок АТ ГПЛ и тетраплоидной линии Черная Тетра. У разных линий и гибридов частота початков с выполненными зерновками варьировала от 7 до 75 %; частота выполненных зерновок от общего числа семян варьировала от 0,7 до 85,4 % и зависела от генотипа опылителя: при использовании ТП и ЧТ частота была значимо выше, чем для КрТ; частота початков с выполненными зерновками была наибольшей у ТП. Из выполненных зерновок, как показал цитологический анализ корневых меристем проростков, развивались диплоидные, триплоидные и тетраплоидные растения. В эндосперме выполненных зерновок было обнаружено несколько пиков флюоресценции, при этом 1-й пик наблюдался при значениях, в 2 раза превышающих таковые в эндосперме диплоидной линии (3С) и соответствовал 6С, аналогично показателю 1-го пика флюоресценции эндосперма тетраплоидной линии. Такой результат наблюдался у эндосперма зерновок, из которых были получены как тетраплоидные гибриды, так и диплоидные «матроклинные» растения. Кроме того, как в триплоидном, так и в гексаплоидном эндосперме наблюдались пики, соответствовавшие более высоким значениям плоидности (12С, 24С), которые были обусловлены процессами эндополиплоидизации. Полученные данные свидетельствуют в пользу гипотезы о развитии выполненных зерновок в скрещиваниях 2 n × 4 n у кукурузы на основе нередуцированных ЗМ, важного компонента апомиксиса, и демонстрируют эффективность использования тетраплоидных опылителей для выявления таких зародышевых мешков у линий и гибридов кукурузы, в том числе в работах по созданию апомиктичных генотипов с помощью геномного редактирования. Кроме того, полученные результаты впервые подкрепляют балансовую теорию развития эндосперма прямыми экспериментальными доказательствами, поскольку плоидность эндосперма зерновок, формирующихся в гетероплоидных скрещиваниях, с помощью проточной цитометрии ранее не исследовалась.
Бесплатно
Статья научная
На юге Дальнего Востока рис Oryza sativa L. выращивается в северном пределе ареала, для которого характерны возвратные холода в начальные периоды роста и развития риса. Почвенно-климатические условия позволяют получать урожай зерна до 6,0 т/га с использованием скороспелых сортов. Регион всегда характеризовался значительной фитопатологической напряженностью. Здесь отмечается значительное разнообразие рас Pyricularia oryzae Cav., поскольку в муссонном климате создаются благоприятные влажные условия для их развития. В настоящей работе в условиях Приморского края впервые выделены продуктивные образцы из 159 образцов коллекции риса O. sativa ; выявлены коллекционные образцы с аллелями устойчивости генов Pi ; идентифицированы полиморфные, гетерозиготные образцы и образцы с пирамидой генов Pi . Целью исследования стал отбор наиболее продуктивных и скороспелых форм в обновленной коллекции риса в условиях Приморского края и определение аллельного состояния ряда генов устойчивости (Pi-ta , Pi-1 , Pi-2 , Pi-b , Pi-zt , Pi-ta2 , Pi-9) к P. oryzae с помощью молекулярных маркеров. В работе было изучено 159 коллекционных образцов риса O. sativa из 22 стран. Семена были собраны в 2018-2021 годах и хранились в холодильнике при 4 °С. Исследования проводили на вегетационной площадке ФГБНУ ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки (Приморский край, г. Уссурийск, пос. Тимирязевский) в 2022-2023 годах. Рис высевали в рекомендованные сроки: 25 мая в 2022 году и 19 мая в 2023 году. Для эксперимента использовали пластиковые сосуды объемом 460 л, наполненные почвой, характерной для рисовых полей, - лугово-бурой с тяжелым механическим составом. Режим орошения - укороченное затопление. Погодные условия вегетационного периода соответствовали биологическим требованиям культуры, превышая среднемноголетние данные региона по месяцам на 0,2-0,8 °С в 2022 году и на 1,4-2,4 °С в 2023 году. Сбор растений проводили до 30 сентября. Позднеспелые образцы в 2022 году пересадили в пластиковые сосуды и поместили в тепличные условия при температуре 18-20 °С для дозревания. В 2023 году все растения созрели до уборки на вегетационной площадке. Проводили ручной уход за посевами. Фиксировали дату всходов и созревания (не менее трех растений в повторности в нужной фазе), усредняя для каждого образца. Измеряли следующие биометрические показатели: кущение (шт.), высота растения (см), длина метелки (см), число зерен в главной метелке (шт.), пустозерность (%), масса зерна главной метелки и растения (г); массу 1000 зерен получали посредством пересчета (г). Всего в работе проанализировали 4804 растения. Сравнительную оценку коллекционных образцов с контролем проводили методом дисперсионного анализа. Для выделения ДНК использовали листья трех-четырех растений одного образца, проанализировано 598 растений. В случае обнаружения полиморфизма образца дополнительно выращивали 26-30 растений для определения доли аллелей устойчивости. ПЦР-реакцию проводили в 25 мкл реакционной смеси по общепринятой методике. В результате работы были выделены образцы (Таврический, б/н (4764) и УкрНИС 3455), превышающие по продуктивности контрольный сорт Приморский 29. Выделено 15 образцов с аллелем устойчивости гена Pi-ta , 9 - Pi-b , 2 - Pi-zt , 12 - Pi-ta2 , 8 - Pi-1 , 52 - Pi-2 . Сортообразцов с аллелем устойчивости Pi-9 не выявлено. Полученные результаты могут быть включены в базы данных, характеризующие коллекции риса O. sativa , и использованы в селекции на устойчивость к пирикуляриозу. Среди 15 сортообразцов выявлен полиморфизм по генам устойчивости к P. oryzae . Доля образцов с аллелем восприимчивости колебалась от 3,6 до 96,4 %. По двум генам оказались полиморфными образцы Long Jing 15, Sui Jing 4, Mu 07-1233 и Дубрава; по трем генам - Лон-до-6. Образец LD-122 был полиморфен по четырем генам. Гетерозиготные растения детектированы в трех образцах, их доля достигала 21,4 %. У сортообразца LD-122 гетерозиготы выявили по генам Pi-b , Pi-2 и Pi-1 . Эти образцы могут быть использованы в селекции на гетерозис в северной части ареала культурного вида O. sativa, поскольку способны в таких условиях к аллогамии. Пирамида из двух-трех наиболее ценных генов устойчивости риса к P. oryzae для Приморского края определена у пяти образцов: LD-122, X-н-20-09, Long Jing 19, Oxy 2x, Long Jing 14. Все они уступали по продуктивности и скороспелости контрольному сорту Приморский 29 и пригодны для интрогрессии комплекса целевых генов в селекции на устойчивость к P. oryzae с молекулярно-генетическим сопровождением.
Бесплатно
Цитологическое изучение некоторых видов Fritillaria флоры Узбекистана
Статья научная
Резюме: Fritillaria L. - род геофитных многолетних растений, распространенных в умеренных регионах Северного полушария. Некоторые виды Fritillaria используются в традиционной китайской медицине и садоводстве. Цитогенетические исследования дают представление об эволюционных связях и путях одомашнивания. Настоящее сообщение представляет собой первый отчет о морфологии хромосом у видов Fritillaria из Узбекистана. В представленной работе выполнено изучение морфологии хромосом у четырех видов Fritillaria - F. bucharica , F. baisunensis , F. eduardii и F. sewerzowii . Все виды имели постоянное диплоидное число хромосом 2 n = 24. На основе положения центромеры были идентифицированы четыре различных типа хромосом (m, sm, st, t). У F. buch-arica и F. baisunensis обнаружены три типа (m, st, t), тогда как у F. eduardii и F. sewerzowii - все четыре (m, sm, st, t). Общая гаплоидная длина хромосом и другие кариотипические параметры были измерены и сравнены между видами. Сравнительный анализ показал, что наиболее симметричный кариотип наблюдался у F. eduardii , что подтверждается его минимальными значениями коэффициента вариации длины хромосом (CVCL = 19,56±0,79), индекса асимметрии (AI = 29,88±1,54), а также классификацией по Stebbins - 1A. Остальные виды - F. bucharica , F. baisunensis и F. sewerzowii - отнесены к категории 1B, что указывает на более выраженную степень асимметрии. Наибольшее значение AI (42,45±1,44) и коэффициента межхромосомной вариации (A2 = 0,27±0,02) было зафиксировано у F. baisunensis . Показатель общей гаплоидной длины (HCL) варьировал от 163,27±7,37 у F. sewerzowii до 177,48±5,78 у F. bucharica . Результаты предоставляют новые цитогенетические данные, которые улучшают понимание кариотипического разнообразия и эволюции в пределах рода Fritillaria . Впервые для видов F. bucharica , F. baisunensis , F. eduardii и F. sewerzowii , произрастающих в Узбекистане, получены хромосомные изображения высокого разрешения с использованием современного микроскопического оборудования, что позволило точно измерить морфологические параметры хромосом. Представленные данные включают полные показатели диплоидного числа (2 n = 24), типы хромосом по положению центромеры (m, sm, st, t), а также детальные кариотипические индексы - AI, A1, A2, CVCL, CVCI и другие. Выявленные различия в степени симметрии кариотипа между видами отражают различную степень хромосомной дифференциации и могут быть интерпретированы как проявления направленной эволюции внутри рода Fritillaria . Например, более симметричный кариотип у F. eduardii (Stebbins 1A) может указывать на базальное положение этого вида, тогда как повышенная асимметрия у F. baisunensis и F. sewerzowii (Stebbins 1B) свидетельствует о более продвинутом эволюционном статусе. Таким образом, результаты нашего исследования расширяют представления о кариотипической эволюции и внутридородовом разнообразии Fritillaria .
Бесплатно
