Генетический контроль формы язычковых цветков у почти изогенных линий подсолнечника

Введение . У подсолнечника форма язычковых цветков является генетически детермини

Таблица 1 - Список генов, контролирующих форму язычковых цветков у подсолнечника

Ген	Фенотип	Литературный источник
bl	Колокольчиковые язычковые цветки	[2]
fl	Короткие трубкообразные язычковые цветки	[3, 4]
fl	Короткие трубчатые краевые цветки	[2]
ft	Короткие трубчатые цветки	[2]
ft 1	Длинные трубчатые цветки	[2]
ft 2	Длинные трубчатые цветки	[2]
fl 1	Длинные трубкообразные краевые цветки	[5]
fl 2	Длинные трубкообразные краевые цветки	[5]
fd	Короткие трубкообразные краевые цветки	[5]
tu 1	Длинные трубкообразные краевые цветки	[6]
tu2а	Длинные трубкообразные краевые цветки	[6]
tu 2b	Перьевидные краевые цветки	[6]
hb a	Короткие трубкообразные краевые цветки	[5, 6]
hb z	Колокольчикообразные краевые цветки	[5, 6]
shs	Короткие полосовидные краевые цветки	[5, 6]
lr	Локально-свернутые краевые цветки	[5, 6]
fs	Короткие язычковые цветки	[7]
ft	Короткие трубкообразные язычковые цветки	[7]
fm	Средние язычковые цветки	[7]
ftw	Скрученные язычковые цветки	[7]

Материалы и методы. Целью наших исследований являлось изучение наследования формы язычковых цветков у набора почти изогенных линий (ПИЛ) подсолнечника, созданных доктором сельскохозяйственных наук, профессором Ю.В. Лобачёвым и кандидатом биологических наук Е.А. Константиновой в генофоне самофертильной линии ЮВ-28Б.

В качестве изучаемого материала использовали ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков: ПИЛ-1 fs – короткие (short) язычковые цветки, ПИЛ-3 ft– короткие трубкообразные (tubular) язычковые цветки, ПИЛ-5 fm – средние (middle) язычковые цветки, ПИЛ-7 ftw – скрученные (twisted up) язычковые цветки. Используемые в экспериментах линии ЮВ-28А и ЮВ-28Б имели стандартную форму язычковых цветков.

Для определения характера наследования короткой, трубкообразной, средней и скрученной формы язычковых цветков у подсолнечника провели два эксперимента.

В первом эксперименте для получения F₁ и F 2 в качестве материнской формы использовали набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков, а в качестве отцовской формы – линию-реципиент ЮВ-28Б со стандартной формой язычковых цветков.

Во втором эксперименте для получения F_а в первом скрещивании в качестве материнской формы использовали мужскистерильную линию ЮВ-28А со стандартной формой язычковых цветков, а во втором скрещивании – мужскистерильные F 1 , а в качестве отцовской формы – набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков.

В третьем эксперименте для изучения аллельных отношений генов fs, ft, fm, ftw, контролирующих форму язычковых цветков, провели скрещивания между четырьмя ПИЛ, различающимися нестандартной формой язычковых цветков.

Родительские формы и гибриды F 1 , F 2 и F а высевали вручную на полях ГНУ НИИСХ Юго-Востока в 2006-2009 гг. Анализ формы язычковых цветков проводили визуально в период цветения корзинки. Анализ соответствия фактически полученного расщепления гибридов теоретически ожидаемому провели с использованием критерия Пирсона (критерия χ ² ) [8].

Результаты и обсуждение . Для изучения наследования четырех разных нестандартных форм язычковых цветков провели два полевых эксперимента с использованием F 1 , F 2 , F а , а также родительских форм.

В первом эксперименте (2008-2009 гг.) во всех комбинациях скрещиваний у F1 было еди- нообразие по форме язычковых цветков, причем у всех гибридных растений наблюдали только стандартную форму язычковых цветков. Анализ расщепления популяции F2 в 2008 и 2009 гг. показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 3:1, характерному для моногенного типа наследования (χ2факт. < χ2теор.) (табл. 2).

Таблица 2 – Расщепление популяции F₂ по форме язычковых цветков

2008-2009 гг.

Комбинация скрещивания	Расщепление				Оценка гипотезы 3:1, χ факт.
	фактическое		теоретическое
	3(АА, Аа)	1(аа)	3(АА, Аа)	1(аа)
2008 г.
ПИЛ-1 fs × ЮВ-28Б	37	12	36,75	12,25	0,01
ПИЛ-3 ft × ЮВ-28Б	41	13	40,5	13,5	0,03
ПИЛ-5 fm × ЮВ-28Б	44	14	43,5	14,5	0,02
ПИЛ-7 ftw × ЮВ-28Б	35	12	35,25	11,75	0,01
2009 г.
ПИЛ-1 fs × ЮВ-28Б	43	13	42	14	0,10
ПИЛ-3 ft × ЮВ-28Б	54	19	54,75	18,25	0,04
ПИЛ-5 fm × ЮВ-28Б	47	15	46,5	15,5	0,02
ПИЛ-7 ftw × ЮВ-28Б	55	18	54,75	18,25	0,01
χ 2теор. = 3,84

Во втором эксперименте (2008 г.) во всех комбинациях скрещиваний у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы.

Анализ расщепления популяции F а показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 1:1, характерному для моногенного типа наследования ( χ ²факт. <  χ ²теор. ) (табл. 3).

Таблица 3 – Расщепление популяции F а по форме язычковых цветков

2008 г.

Комбинация скрещивания	Расщепление				Оценка гипотезы 1:1, χ факт.
	фактическое		теоретическое
	1(Аа)	1(аа)	1(Аа)	1(аа)
(ЮВ-28А × ПИЛ-1 fs) × ПИЛ-1 fs	21	19	20	20	0,10
(ЮВ-28А × ПИЛ-3 ft) × ПИЛ-3 ft	18	19	18,5	18,5	0,03
(ЮВ-28А × ПИЛ-5 fm) × ПИЛ-5 fm	19	22	21,5	21,5	0,03
(ЮВ-28А × ПИЛ-7 ftw) × ПИЛ-7 ftw	20	21	20,5	20,5	0,02

χ ²теор. = 3,84

Из анализа F 1 , F 2 и F а следует, что фенотипическое проявление стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов, а признаки короткой, средней, трубкообразной, скрученной формы язычковых цветков контролируются рецессивными аллелями генов, обозначенных соответственно как fs, fm, ft, ftw [7].

Для изучения аллельных отношений и взаимодействий генов fs, fm, ft, ftw провели скрещивания между четырьмя ПИЛ, различающимися нестандартной формой язычковых цветков. Анализ родительских форм, растений F 1 и F₂ выполнен в 2009 г.

В скрещивании ПИЛ-1fs × ПИЛ-3 ft у F 1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только трубкообразной формы. В популяции F 2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 3:1 на два фенотипических класса: трубкообразная и короткая форма язычковых цветков (табл. 4).

Таблица 4 – Расщепление популяции F₂ по форме язычковых цветков в скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-3 ft

Расщепление	Соотношение классов гибридов		Оценка гипотезы 3:1, χ ф акт.
	3(а1а1, а1а2)	1(а2а2)
Фактическое	62	23	0,19
Теоретически ожидаемое	63,75	21,25
χ 2теор. = 3,84

Из анализа F 1 и F 2 следует, что рецессивные аллели fs и ft принадлежат к одному локусу, причем аллель ft доминирует над аллелем fs.

В скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-5 fm у F 1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции F 2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные, средние и короткие язычковые цветки (табл. 5).

Из анализа F 1 и F 2 следует, что рецессивные аллели fs и fm принадлежат к разным локусам, причем аллель fs взаимодействует с аллелем fm по типу рецессивного эпистаза (fs – эпистатич-ный аллель, fm – гипостатичный аллель).

В скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-5 fm у F 1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции

F2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные, средние и трубкообразные язычковые цветки (см. табл. 5).

Таблица 5 – Расщепление популяции F₂ по форме язычковых цветков в скрещиваниях ПИЛ-1 fs × ПИЛ-5 fm, ПИЛ-3 ft × ПИЛ-5 fm, ПИЛ-3 ft × ПИЛ-7 ftw

Расщепление	Соотношение классов гибридов			Оцен ка гипотезы 9:3:4, χ 2факт.
	9(А-В-)	3(А-bb)	4(ааВ-, aabb)
ПИЛ-1 fs × ПИЛ-5 fm
Фактическое	50	14	23	0,42
Теоретически ожидаемое	48,9375	16,3125	21,75
ПИЛ-3 ft × ПИЛ-5 fm
Фактическое	49	15	24	0,32
Теоретически ожидаемое	49,5	16,5	22
ПИЛ-3 ft × ПИЛ-7 ftw
Фактическое	51	18	25	0,17
Теоретически ожидаемое	52,875	17,625	23,5
χ 2теор. = 5,99

Из анализа F 1 и F 2 следует, что рецессивные аллели ft и fm принадлежат к разным локусам, причем аллель ft взаимодействует с аллелем fm по типу рецессивного эпистаза (ft – эпистатич-ный аллель, fm – гипостатичный аллель).

В скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-7 ftw у F 1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы. В популяции F 2 расщепление по форме язычковых цветков происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные, скрученные и трубкообразные язычковые цветки (табл. 6).

Таблица 6 – Расщепление популяции F 2 по форме язычковых цветков в скрещиваниях ПИЛ-1 fs × ПИЛ-7 ftw, ПИЛ-5 fm × ПИЛ-7 ftw

Расщепление	Соотношение классов гибридов				Оценка гипотезы 9:3:3:1, χ факт.
	9(А-В-)	3(А-bb)	3(ааВ-)	1(aabb)
ПИЛ-1 fs × ПИЛ-7 ftw
Фактическое	52	16	18	6	0,13
Теоретически ожидаемое	51,75	17,25	17,25	5,75
ПИЛ-5 fm × ПИЛ-7 ftw
Фактическое	52	17	14	5	0,56
Теоретически ожидаемое	49,5	16,5	16,5	5,5
χ теор. = 7,81

Из анализа F 1 и F 2 следует, что рецессивные аллели ft и ftw принадлежат к разным локусам, причем аллель ft взаимодействует с аллелем ftw по типу рецессивного эпистаза (ft – эписта-тичный аллель, ftw – гипостатичный аллель).

На основании проведенных исследований установлены генотипы изучаемых почти изогенных и реципиентных линий подсолнечника (табл. 7).

Таблица 7 – Фенотипы и генотипы изучаемых линий подсолнечника

Линия	Фенотип (язычковые цветки)	Генотип	Изучаемый ген
ЮВ-28А	Стандартные	FtFtFmFmFtwFtw	-
ЮВ-28Б	Стандартные	FtFtFmFmFtwFtw	-
ПИЛ-1 fs	Короткие	fsfsFmFmFtwFtw	fs
ПИЛ-3 ft	Короткие трубкообразные	ftftFmFmFtwFtw	ft
ПИЛ-5 fm	Средние	FtFtfmfmFtwFtw	fm
ПИЛ-7 ftw	Скрученные	FtFtFmFmftwftw	ftw

Ранее было показано отсутствие влияния этих рецессивных аллелей fs, ft, fm и ftw на селекционные и хозяйственные признаки подсолнечника [9].

• В .В. Толмачев [6] при изучении наследования формы язычковых цветков у подсолнечника установил, что аллель tu 2a , контролирующий длинную трубкообразную форму краевых цветков у линии LD951, и аллель tu 2b , контролирующий длинную перьевидную форму язычковых цветков у линии I n K235, принадлежат одному локусу. Аллель tu 2a доминирует над аллелем tu 2b .

Также было установлено, что аллель hb a , контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки у линии LD831, и аллель hb z , контролирующий колокольчиковидные краевые цветки у линии L207, принадлежат одному локусу. При этом аллель hb a характеризуется неполным доминированием по отношению к аллелю hb z [6].

Аллель hba, контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки, и аллель tu1, контролирующий длинные трубкообразные краевые цветки, взаимодействуют между собой по типу рецессивного эпистаза с расщеплением в F2 в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные, длинные трубкообразные и короткие трубкообразные краевые цветки. Аналогично по типу рецессивного эпистаза взаимодействуют между собой и аллели hba и tu2a. Также по типу рецессивного эпистаза взаимодействуют между собой и аллели hba и tu2b. В трех вышеприведенных примерах взаимодействий рецессивных генов эпистатичным аллелем был hba, контролирующий короткие трубкообразные краевые цветки [6].

В наших исследованиях аллель ft, контролирующий короткие трубкообразные язычковые цветки, и аллель fs, контролирующий короткие язычковые цветки, были аллелями одного локуса. Аллель ft доминировал над аллелем fs. Аллель ft взаимодействовал с аллелем fm, контролирующим средние язычковые цветки, по типу рецессивного эпистаза. Аналогично по типу рецессивного эпистаза аллель ft взаимодействовал с аллелем ftw, контролирующим скрученные язычковые цветки. Причем в обоих случаях в роли эпистатичного выступал аллель ft.

• В .В. Толмачев [6] установил комплементарное взаимодействие между аллелем hb z , контролирующим колокольчиковидные краевые цветки, и аллелем tu 2b , контролирующим длинные перьевидные краевые цветки, с расщеплением в F 2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, длинные перьевидные, колокольчиковидные и коло-кольчико-перьевидные краевые цветки. Также комплементарное взаимодействие было установлено между аллелем lr, контролирующим локально свернутые язычковые цветки, и аллелем shs, контролирующим короткие полосовидные язычковые цветки, с расщеплением в F₂ в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные; локально свернутые; короткие полосовидные и короткие полосовидные локально свернутые язычковые цветки.

В наших исследованиях между аллелем fs, контролирующим короткие язычковые цветки, и аллелем ftw, контролирующим скрученные язычковые цветки, установлено комплементарное взаимодействие с расщеплением в F 2 в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, короткие, скрученные и укороченные скрученные язычковые цветки. Также нами установлено комплементарное взаимодействие между аллелем fm, контролирующим средние язычковые цветки, и аллелем ftw, контролирующим скрученные язычковые цветки с расщеплением в F₂ в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартные, средние, скрученные и укороченные скрученные язычковые цветки.

Выводы . Изучен генетический контроль четырех нестандартных форм язычковых цветков у подсолнечника. Установлено, что фенотипи-

ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научноисследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010

ческое проявление стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов, а признаки короткой, средней, короткой трубкообразной, скрученной формы язычковых цветков контролируются рецессивными аллелями генов, обозначенных соответственно как fs, fm, ft, ftw.

Тест на аллельность генов fs, fm, ft, ftw показал, что аллели fs и ft принадлежат к одному локусу. Аллель ft доминирует над аллелем fs. Аллели fs, fm, ftw принадлежат к разным локусам, аналогично и аллели ft, fm, ftw принадлежат к разным локусам. Установлены факты и типы взаимодействий аллелей fs, fm, ft, ftw.

Сравнительный анализ результатов наших и других исследований по изучению аллельности генов, контролирующих нестандартную форму язычковых цветков, позволяет сделать следующее обобщение:

• -    за нестандартную форму язычковых цветков отвечают рецессивные аллели генов;

• -    для части рецессивных генов характерен множественный аллелизм;

• -    рецессивные аллели неаллельных генов взаимодействуют между собой по типу рецессивного эпистаза или по комплементарному типу.

Установлены генотипы изучаемых линий ЮВ-28А, ЮВ-28Б со стандартной формой и набора ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков.