Анализ эффективности гибридизации по степени проявления целевых признаков в поколениях F2, F3 при селекции форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники

Автор: Пивоваров В.Ф., Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г., Пинчук Е.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Генетические и физиологические основы селекции

Статья в выпуске: 5 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Классические генетические методы сохраняют актуальность при решении вопросов наследуемости и наследования признаков в селекционной практике. Томат ( Solanum lycopersicum L.) хорошо изучен генетически, но для решения конкретной селекционной задачи необходимы специальные подходы. Анализ наследуемости основных селекционно ценных признаков в поколении F1, проведенный в 2009-2011 годах на базе коллекции маркерных мутантов томата, позволил установить ряд закономерностей. Так, нами впервые было показано, что основные характеристики продуктивности, средняя масса одного плода (h2 = 0,99) и среднее число плодов на растении (h2 = 0,96) у томата наследуются по материнской линии, а низкорослость (h2 = 0,83) и скороспелость (h2 = 0,73) - по отцовской. В настоящей работе оценивается эффективность метода целевой гибридизации, разработанного нами ранее на основе результатов пребридинга. В качестве исходного материала для целевой гибридизации использовали крупноплодные высокопродуктивные материнские формы и карликовые скороспелые отцовские формы. Получили гибриды F1 и поколение F2 от самоопыления растений F1. Анализ наследования признака «карликовость» у трех гибридных комбинаций F2 с помощью критерия c2 подтвердил рецессивность гена d : наблюдалось менделевское расщепление растений по высоте (три части высокорослых и одна часть низкорослых). Из низкорослых форм с помощью дисперсионного анализа отобрали наиболее продуктивные и крупноплодные растения, от которых получили семена. У поколения F3 проанализировали сохранение признаков карликовости и крупноплодности. Исследование осуществили у шести родительских форм и трех гибридов F3 с помощью дисперсионного анализа. Скрещивание крупноплодной и высокорослой материнской формы с низкорослой отцовской у всех гибридов привело к снижению высоты растений до показателей низкорослого отца. Признак сохранился в поколении F3, что подтверждает сделанные ранее выводы о наследуемости низкорослости по отцовской линии. Наследуемость массы плода по материнской линии, установленная в пребридинговых исследованиях, также была подтверждена в поколении F3. Повышение средней массы плода (почти в 2 раза по сравнению с мелкоплодной отцовской формой) наблюдалось только у тех гибридов F3, которые происходили от крупноплодных материнских форм Вспышка и Крайний Север. Признак сохранялся в потомстве, несмотря на очевидное негативное влияние d генов на некоторые количественные показатели. Использование высокопродуктивной, но мелкоплодной материнской формы Мо 411 приводило к снижению массы плода у гибрида. Таким образом, признак «низкорослость» у Solanum lycopersicum L., который необходим для форм томата, выращиваемых по технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники, наследуется по отцовской линии. Признак масса плода наследуется по материнской линии. Для получения низкорослых форм с плодами массой 30-50 г крупноплодные формы томата необходимо вовлекать в скрещивания в качестве материнских форм.

Еще

Томат, селекция, наследуемость, низкорослость, средняя масса плода

Короткий адрес: https://sciup.org/142214082

IDR: 142214082 | DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.1049rus

Текст научной статьи Анализ эффективности гибридизации по степени проявления целевых признаков в поколениях F2, F3 при селекции форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники

Томат ( Solanum lycopersicum L.) — это сельскохозяйственная культура, наиболее изученная в генетическом плане (1-5). К концу прошлого века S.D. Tanksley и M.A. Mutshler составили классическую карту 12 хромосом томата, на которую нанесли некоторые участки сцепления (6). Широкомасштабные молекулярно-генетические исследования значительно продвинули маркирование генома томата (5, 7-10) и обеспечили успех в решении ряда селекционных задач, например в маркировании доминантных генов при простом наследовании признака (11, 12). В остальных случаях вопросы наследуемости основных хозяйственно ценных признаков решаются методами традиционной генетики (13-17).

Карликовость у Solanum lycopersicum L. контролируется семейством d генов, которые локализованы в длинном плече 2-й хромосомы, связаны с биосинтезом брассиностероидов и представлены 11 аллелями (2, 6, 18). Получение карликовых гибридов, сочетающих низкорослость, скороспе- лость и высокую продуктивность, затруднено из-за некоторых характеристик d генов — негативного влияния на массу плода и рецессивности (признак, согласно второму закону Менделя, проявляется в потомстве F2 только у четвертой части особей, то есть имеет место расщепление 3:1) (2). В селекционной практике можно использовать такие положительные характеристики d генов, как локализация во 2-й хромосоме поблизости от генов, контролирующих скороспелость (при наличии сцепления могут наследоваться вместе) (2), и проявление на ранней стадии развития растения, что позволяет вести отбор по спорофиту, в три раза ускоряя селекционный процесс (19).

Анализ наследуемости основных селекционно ценных признаков в поколении F1, проведенный в 2009-2011 годах на базе коллекции маркерных мутантов томата (материнские формы), позволил установить ряд закономерностей. Было показано, что основные характеристики продуктивности — средняя масса одного плода (h2 = 0,99) и среднее число плодов на растении (h2 = 0,96) наследуются по материнской линии (20), а низкорослость (h2 = 0,83) и скороспелость (h2 = 0,73) — по отцовской (21).

В представленной работе мы впервые показали эффективность метода целевой гибридизации, разработанного ранее на основе результатов пребридинга (15-19).

Нашей целью было определение характера проявления признаков «низкорослость» и «средняя масса плода» в поколениях F₂ и F₃ у новых форм томата Solanum lycopersicum L., предназначенных для многоярусной узкостеллажной гидропоники.

Методика. На основании данных пребридинга (19-21) провели целевой отбор материнских и отцовских форм. Материнские формы отбирали в основном по крупноплодности и продуктивности, отцовские — по низкорослости и скороспелости. Часть из этих исходных форм использовали для целевых скрещиваний, в результате которых получили гибриды F₁ (2011 год). От самоопыления гибридов было получено поколение F₂ (2012 год).

Экспериментальным материалом в 2013 году служили 3 гибридные комбинации F2 сортов и образцов — Мо 411 ½ Комнатная груша, Вспышка ½ Tiny Team, Крайний Север ½ Комнатный, 6 родительских форм и 3 гибридных формы поколения F3. Проводили морфологическое описание растений, биометрию основных параметров, оценку продуктивности и средней массы плода весовым методом. После расщепления по высоте в гибридном потомстве F2 отобрали наиболее продуктивные и крупноплодные из низкорослых растений. В 2014 году определили проявление низкорослости и среднюю массу плода у потомков F3 трех гибридных форм, родителями которых были 2 материнские формы с крупными плодами, 1 высокопродуктивная, но мелкоплодная материнская форма и 3 низкорослых и скороспелых отцовских формы.

Исследования осуществляли в теплице с поликарбонатным типом покрытия («Richel», Франция) в рассадном отделении (2013 год) и на оригинальной установке пятиярусной узкостеллажной гидропоники (с растворным узлом фирмы «ФИТО», Россия) (2014 год). Повторность опытов — 5(2013 год) и 10-кратная (2014 год).

Статистическую обработку данных проводили с помощью дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (22).

Результаты. Ключевые характеристики исходных родительских форм, используемых ранее в процессе целевой гибридизации, представлены в таблице 1. После их скрещиваний было получено поколение F1, от которого в процессе самоопыления мы получили поколение F2. Наиболее крупноплодные и продуктивные образцы отбирали из низкорослого потомства, расщепившегося по высоте растения в соотношении 3 (высокорослые растения):1 (низкорослые растения). В результате в поколении F2 из низкорослых особей были отобраны 7 образцов (табл. 2), от которых получили семена.

1. Характеристика исходных родительских форм томата ( Solanum lycopersicum L.), отобранных в результате пребридинга для технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники (теплица «Richel» с поликарбонатным типом покрытия; Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур, Московская обл., 2009-2011 годы)

Образец	Продуктивность растения, г		Масса плода, г	Число плодов на растении, шт.		Высота растения, см		Период всходы— созревание, сут
	Х 1	∆	Х ∆	Х 1	∆	Х 1	∆	Х 1	∆
St (Фунтик)	221		53	4		46		110
			Материнск	ие формы
Мо 411	614	+393	16 - 37	34	+30	91	+45	106	- 4
Вспышка (1С)	846	+625	79 +26	11	+7	75	+29	96	- 14
Крайний Север	842	+621	95 +42	9	+5	88	+42	108	- 2
	НСР 05	129	НСР 05 16	НСР 05	3	НСР 05	16	НСР 05	7
			Отцовски	е формы
Комнатная груша (3С)	248,6	+27,6	11 - 42	21	+17	42	- 4	103	- 7
Tiny Team (11C)	303,8	+82,8	12 - 41	21	+17	36	- 10	105	- 5
Комнатный	292,2	+71,2	19 - 34	20	+16	33	- 13	108	- 2
	НСР 05	76,0	НСР 01 12	НСР 01	10	НСР 01	16	НСР 05	7
Примечание	. Х — среднее значение признака, ∆			— отклонение от стандарта (сорт Фунтик).

2. Продуктивность низкорослых гибридов томата ( Solanum lycopersicum L.) в поколении F₂ и отбор перспективных образцов (теплица «Richel» с поли-карбонатным типом покрытия, рассадное отделение; Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур, Московская обл., 2013 год)

¹ растения	Продуктивность одного растения по повторностям, г					∑ v	X	Отклонение от St	Группа
¹ растения	1-я 1	2-я	3-я	4-я	5-я	∑ v	X	Отклонение от St	Группа
St	170 155 165 265 Низкорослые гибриды				180 F 2 Мо	935 187 411 ½ Комнатная груша
1^а	234^а	150^а	275^а	220^а	285^а	1164^а	233^а	+46^а	I
2	80	105	75	98	85	43	87	- 100	IV
6	15	15	35	15	22	102	20	- 167	IV
14	72	86	88	90	60	396	79	- 108	IV
21	133	175	185	115	205	813	163	- 24	III
30	70	35	25	70	90	290	58	- 129	IV
39	152	150	110	150	130	692	138	- 49	IV
44	85	100	125	110	90	510	102	- 85	IV
46^а	225^а	249^а	200^а	205^а	265^а	1144^а	229^а	+42^а	I
47	50	60	65	110	70	355	71	- 116	IV
48	170	128	135	207	125	765	153	- 34	III
50	175	139	110	210	164	798	160	- 27	III
НСР 05 3	Ни 109	зкор 186	ослые 139	гибриды F₂ 150 118		38 Вспышка ½ Tiny Team 702 140 - 47			III
5	140	134	232	135	190	831	166	- 21	III
8^а	108^а	295^а	253^а	195^а	190^а	1041^а	208^а	+21^а	II
10	64	60	65	78	80	341	69	- 138	IV
22	150	135	194	140	120	739	148	- 39	III
26	35	66	80	60	70	311	62	- 125	IV
33^а	255^а	190^а	145^а	205^а	152^а	947^а	189^а	+2^а	II
49	32	48	42	45	50	217	43	- 144	IV
НСР 05	Низкорослые гибриды				F₂ Крайний		50 Север ½ Комнатный
1^а	227^а	220^а	195^а	250^а	253^а	1145^а	229^а	+42^а	I
2	95	54	50	52	60	311	62	- 125	IV
4	132	170	145	108	130	685	137	- 50	IV
10^а	175^а	140^а	248^а	195^а	180^а	938^а	188^а	+1^а	II
11	145	260	140	158	150	853	171	- 16	III
28	125	120	145	130	100	620	124	- 63	IV

3. Высота растения и масса плода у родительских и гибридных форм томата ( Solanum lycopersicum L.) в поколении F₃ (теплица «Richel» с поликарбо-натным типом покрытия, установка пятиярусной узкостеллажной гидропоники Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур, Московская обл., 2014 год)

Продолжение таблицы 2

38	140	130	141	90	120	621	124	- 63	IV
46	55	40	35	90	75	295	59	- 128	IV
47^а	210^а	230^а	224^а	190^а	205^а	1059^а	212^а	+25^а	II
48	95	85	80	110	90	460	92	- 95	IV
49	168	165	110	145	130	718	144	- 43	IV
51	95	85	60	74	80	394	79	- 108	IV

НСР 05 35

П р и м еч а ния. St — стандарт (сорт Фунтик), ∑ _v — сумма по вариантам, Х — среднее значение признака; ^а — перспективные образцы, отобранные для получения семян. Группы обозначают отклонения среднего квадрата (дисперсии) выборочной средней от среднего квадрата (дисперсии) средней генеральной совокупности.

Генотип	Повторность										Х
Генотип	1-я	2-я	1 3-я	4-я	1 5-я	1 6-я 1	7-я	8-я	9-я	10-я	Х
Средняя			вы с от а р астения, см
Мо 411	95	90	93	90	88	92	90	90	93	95	91,6
Комнатная груша	38	33	35	35	35	33	35	38	35	37	35,4
F₃ Мо 411 ½ Комнатная груша	33	37	33	38	35	32	30	37	35	30	34,0
НСР 05											2,5
Вспышка	53	57	57	55	55	60	50	55	53	53	54,8
Tiny Team	37	35	37	32	38	40	33	37	45	37	37,1
F₃ Вспышка ½ Tiny Team	43	40	38	37	42	38	40	38	37	32	38,5
НСР 05											4,3
Крайний Север	58	50	55	55	58	57	53	57	55	57	55,5
Комнатный	32	28	30	27	28	27	28	28	28	28	28,4
F₃ Крайний Север ½ Комнатный	18	17	22	15	20	18	22	18	22	17	18,9
НСР 05											1,7
Средняя масса				одного		пл од а,	г
Мо 411	14	18	12	15	12	15	16	17	13	17	14,9
Комнатная груша	10	12	8	10	12	9	11	11	8	10	10,1
F₃ Мо 411 ½ Комнатная груша	9	10	9	9	9	8	9	7	9	8	8,7
НСР 05											1,0
Вспышка	74	84	77	84	74	71	84	79	88	84	79,9
Tiny Team	9	10	8	10	11	11	8	12	10	9	9,8
F₃ Вспышка ½ Tiny Team	18	14	19	16	22	21	18	14	16	18	17,6
НСР 05											3,7
Крайний Север	27	48	37	46	50	46	38	26	56	50	42,3
Комнатный	7	8	7	9	10	7	8	6	10	9	8,1
F₃ Крайний Север ½ Комнатный	17	16	14	16	14	18	12	16	14	12	14,9
НСР 05											1,5

Примечание. Х — среднее значение признака.

Потомство растений ¹ 1 из комбинации F₂ Мо 411 ½ Комнатная груша, ¹ 8 из F₂ Вспышка ½ Tiny Team, ¹ 1 из F₂ Крайний Север ½ Комнатный использовали для анализа эффективности гибридизации в поколении F₃, изучая степень проявления ключевых признаков (низкорослость и средняя масса плода). Скрещивание крупноплодной и высокорослой материнской формы с низкорослой отцовской у всех гибридов привело к снижению высоты растений до показателей, наблюдавшихся у низкорослого отца. Признак сохранился в поколении F₃ (табл. 3), что подтверждает сделанные в пребридинге выводы о наследуемости низкорослости по отцовской линии (21). Наследуемость массы плода по материнской линии, установленная в пребридинговых исследованиях (20), также была подтверждена в поколении F_3. Повышение средней массы плода (почти в 2 раза по сравнению с таковой у мелкоплодной отцовской формы) наблюдалось только у тех гибридов F₃, которые происходили от крупноплодных материнских форм Вспышка и Крайний Север (табл. 3). Признак сохранялся в потомстве, несмотря на очевидное негативное влияние d генов на некоторые количественные признаки. Использование высокопродуктив-1052

ной, но мелкоплодной материнской формы Мо 411 приводило к снижению массы плода у гибрида (см. табл. 3).

В настоящее время большинство работ по генетике посвящено маркированию генов, анализу их взаимодействия, маркированию локусов количественных признаков (QTL), в то время как в практической селекции ощущается нехватка сведений о наследуемости и наследовании селекционно ценных признаков. Несмотря на существенные успехи биотехнологического подхода к реализации генетической информации в потомстве (9-12), гибридизация остается ключевым способом искусственного получения новых форм и вписывается в современную концепцию органического земледелия (13-15). Сведения о наследуемости и наследовании признаков до сих пор востребованы, хотя на сегодняшний день их немного и они получены в основном при анализе результатов диаллельных скрещиваний. Так, исследователи из Сербии, изучая результаты диаллельных скрещиваний шести генотипов томата, выяснили, что генотипы с высокими значениями признаков «число плодов на растении» и «масса плода» могут эффективно вовлекаться в скрещивания при селекции на высокую урожайность (23). Это согласуется с нашими данными.

Таким образом, классические генетические подходы в селекционной практике сохраняют актуальность и не противоречат задачам маркирования геномов основных сельскохозяйственных культур. У Solanum lycopersicum L. низкорослость (признак, который необходим для форм томата, выращиваемых по технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники) наследуется по отцовской линии, масса плода — по материнской. Для получения низкорослых форм с плодами массой 30-50 г крупноплодные формы томата необходимо вовлекать в скрещивания в качестве материнских форм.

Список литературы Анализ эффективности гибридизации по степени проявления целевых признаков в поколениях F2, F3 при селекции форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники

Жученко А.А. Генетика томатов. Кишинев, 1973.
Жученко А.А., Балашова Н.Н., Король А.Б., Самовол А.П., Грати В.Г., Кравченко А.Н., Добрянский В.А., Смирнов В.А., Бочарникова Н.И. Эколого-генетические основы селекции томатов. Кишинев, 1988.
Балашова Н.Н. Фитофтороустойчивость рода Lycopersicon Tourn. и методы использования ее в селекции томата. Кишинев, 1979.
Балашова Н.Н., Король М.М., Тимина О.О., Рущук В.С. Генетические основы селекции овощных культур на устойчивость к ВТМ. Кишинев, 1983.
Tanksley S.D., Ganal M.W., Prince J.P. High-density molecular linkage maps of the tomato and potato genomes. Genetics, 1992, 132: 1141-1160.
Tanksley S.D., Mutschler M.A. Linkage map of the tomato (Lycopersicon esculentum) (2N = 24). In: Genetic maps. Locus maps of complex genomes. Book 6. Plants/S.J. O’Brien (ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1990: 6.3-6.15.
De Vienn D., Causse M. Mapping and characterization quantitative traits loci. In: Molecular marker in plant genetics and biotechnology/D. de Vienne (ed.). New Hampshire, Science Publishers Inc., 2003: 89-124.
Ohmori T., Murata M., Motoyoshi F. Identification of RAPD-markers linked to the Tm-2 locus in tomato. Theor. Appl. Genet., 1995, 90: 307-311 ( ) DOI: 10.1007/BF00221969
Alpert K.B., Tanksley S.D. High-resolution mapping and isolation of a yeast artificial chromosome contig containing fw.2.2: a major fruit weight quantitative trait locus in tomato. PNAS USA, 1996, 93: 15503-15507 ( ) DOI: 10.1073/pnas.93.26.15503
Frary A., Nesbitt T., Grandillo S. Fw.2.2: a quantitative trait locus key to the evolution of tomato fruit size. Science, 2000, 289(5476): 85-88 ( ) DOI: 10.1126/science.289.5476.85
Crosbie T.M., Eathington S.R., Johnson G.R., Edwards M.D., Reiter R.S., Stark S., Mohanty R.G., Oyervides M., Buehler R.E., Walker A.K., Dobert R., Delannay X., Pershing J.C., Hall M.A., Lamkey K.R. Plant breeding. Past, present and future. In: Plant breeding: The Arnel R. Hallauer International Symposium/K.R. Lamkey, M. Lee (eds.). Wiley-Blackwell, IA, Ames, 2006: 3-50 ( ) DOI: 10.1002/9780470752708
Hoisington D.A., Melchinger A.E. From theory to practice: marker-assisted selection in maize. In: Biotechnology in agriculture and forestry. V. 55. Molecular marker systems in plant breeding and crop improvement/H. Lörz, G. Wenzel (eds.). Springer, Berlin, Heidelberg, 2004: 335-352 ( ) DOI: 10.1007/3-540-26538-4_20
Eathington S.R., Crosbie T.M., Edwards M.D., Reiter R.S., Bull J.K. Molecular markers in a commercial breeding program. Crop Sci., 47(S3), 2007: 154-163 ( ) DOI: 10.2135/cropsci2007.04.0015IPBS
Visscher P.M., Hill W.G., Wray N.R. Heritability in the genomic era -concepts and misconceptions. Nat. Rev. Genet., 2008, 9: 255-266 ( ) DOI: 10.1038/nrg2322
Jevtić G., Andelković B., Lugić Z., Radović Ja., Dinić B. Heritabilnost proizvodnih osobina regionalnih populacija medonosne pćele iz Serbije. Genetika (Beograd), 2012, 44(1): 47-54.
Marti E., Gisbert C., Bishop G.J., Dixon M.S., Garsia-Martinez J.L. Genetic and physiological characterization of tomato cv. Micro-Tom. J. Exp. Bot., 2006, 57, 9: 2037-2047 ( ) DOI: 10.1093/jxb/erj154
Нестерович А.Н. Влияние гена rin на проявление хозяйственно ценных признаков у гибридов F1 томата в условиях защищенного грунта. Канд. дис. М., 2007.
Tomato locus dwarf. Режим доступа: http://solgenomics.net/locus/428/view. Дата обращения: 30.05.2014.
Balashova I.T., Sirota S.M., Kozar E.G., Mitrofanova O.A., Pivova rov V.F. New hydroponic technology for vegetables: obtaining special tomato forms. Materialele Conferinţei ştiinţifice internaţionale «Genetica, fiziologia şi ameliorerea plantelor». Chișinău, 2014: 15-21 (ISBN 978-9975-56-194-5).
Пивоваров В.Ф., Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г., Пинчук Е.В. Усовершенствование селекции по спорофиту с целью ускорения отбора форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники. Сельскохозяйственная биология, 2013, 1: 95-101 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2013.1.95rus
Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г., Митрофанова О.А. Создание карликовых форм томата для новой гидропонной технологии. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Современное состояние и перспективы инновационного развития сельского хозяйства». Тирасполь, 2015: 22-27 (ISBN 978-9975-53-552-6).
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
Đorđević R., Zečević B., Zdravković J., Živanović T., Todorović G. Inheritance of yield components in tomato. Genetika, 2010, 42(3): 575-583 ( ) DOI: 10.2298/GENSR1003575D

Еще

Статья научная