Материнский эффект в наследовании признака среднеолеиновости масла в семенах подсолнечника у гибридов первого поколения

Введение. В настоящее время в мировом промышленном производстве существует три типа подсолнечного масла: обычное, высокоолеиновое ( high oleic ) и среднеолеиновое ( mid-oleic ). Обычное подсолнечное масло по жирно - кислотному составу относится к линолевому типу и содержит от 48 до 74 % линолевой (цис -9- цис -12- окта - декадиеновая, С18:2) кислоты от общей суммы [1]. Современные высо-коолеиновые гибриды, происходящие из сорта Первенец, накапливают до 90 % олеиновой кислоты (цис -9- октодеценовая С18:1 ) в масле семян [2]. Данный тип подсолнечного масла ( « high oleic » ) обладает бóльшей оксистабильностью по сравнению с традиционным и хорошо подходит для жарки и консервации. Третий тип масла – среднеолеиновый, широко распространен за рубежом и по действующему международному стандарту CODEX Stan 210 содержит около 43–72 % олеиновой кислоты. В генотипах линий и гибридов, используемых для получения данного масла, содержится мутация высокоолеи-новости Ol [3].

Среднеолеиновое подсолнечное масло NuSun – это натуральная разновидность масла, которое было выпущено на рынок в

1999 г. в США в соответствии с изменяющимися потребностями пищевой промышленности [4]. Это масло обладает сбалансированным сочетанием высокого уровня окислительной стабильности и оптимальным содержанием эссенциальной линолевой кислоты, а также оно свободно от транс - жиров. Кроме того, содержание линолевой кислоты на уровне около 18– 20 % придаёт пище удовлетворяющие потребителей вкусовые качества [5]. Подсолнечник данного типа занимает более 80 % посевных площадей этой культуры в США, а также возделывается в Канаде.

В 1976 г. во ВНИИМК при использовании метода химического мутагенеза впервые в мире был создан высокоолеиновый сорт подсолнечника Первенец [6]. Этот сорт с содержанием олеиновой кислоты около 70 % был неоднородным по составу биотипов и относится по современной классификации к среднеолеиновому типу. Сорт Первенец стал уникальным донором признака высокоолеиновости – около 84 % в селекционных программах во всем мире.

В результате гибридологического анализа был установлен моногенный контроль мутации высокоолеиновости, обозначенной Ol [7]. Дальнейшее изучение наследования этого признака дало возможность идентифицировать ген - модификатор Ml , гомозиготное рецессивное состояние которого позволяет надежно проявляться мутации высокоолеино - вости в относительно холодных условиях [8]. Гипотеза о трех комплементарных генах была предложена испанскими учеными для объяснения различных типов расщепления у гибридов второго поколения и в беккроссах [9].

Во ВНИИМК показано неполное проявление доминантной мутации высоко-олеиновости Ol в гетерозиготе за счёт действия нестабильного супрессора, находящегося в геноме некоторых нормальных линий [10] .

Генетическая коллекция инбредных линий подсолнечника ВНИИМК по признаку состава жирных кислот в семенах разделяется по следующим фенотипическим классам по содержанию олеиновой кислоты: мутантный высокоолеиновый – около 84 %, нормальный с повышенным содержанием – 60 %, нормальный с обычным содержанием – 35 %, а также нормальный с пониженным содержанием – 25 %. Различные условия выращивания однонаправленно изменяют средние значения, не приводя к перекрытию классов. При этом высокоолеиновый фенотип является относительно термостабильным [11].

В США среднеолеиновые гибриды NuSun получают путем скрещивания ин-бредных линий, одна из родительских форм при этом высокоолеиновая, а другая линолевая. За счет расщепления в F 2 в товарных семенах образуется жирно кислотный состав масла с содержанием олеиновой кислоты на уровне 60 %.

В лаборатории биохимической генетики ВНИИМК из образца К2210 коллекции ВИР путем индивидуального отбора и самоопыления получена инбредная линия ЛГ27, характеризующаяся фенотипической среднеолеиновостью (около 67 % С18:1) и не обладающая мутацией Ol . Первые исследования привели к гипотезе, что признак повышенного содержания олеиновой кислоты линии ЛГ27 контролируется рецессивным аллелем, обозначенным ol 1 , отличающимся от мутантного аллеля Ol и аллеля дикого типа ol [12] .

Получены экспериментальные доказательства существования у подсолнечника трёх генетически контролируемых фенотипических классов по содержанию олеиновой кислоты в масле семян : обычному низкоолеиновому – около 34 % (линия ВК580), повышенноолеиновому – около 69 % (ЛГ27) и высокоолеиновому – около 87 % (ЛГ26). В скрещивании линий ЛГ27 × ЛГ26 наблюдались моногенность и рецессивность признака повышенно-олеиновости без материнского эффекта. В реципрокном скрещивании линий ЛГ27 и ВК580 впервые описан полный материнский эффект в F 1 и BC 1 без материнского наследования признака в F 2 [13].

Целью данной работы являлось изучение закономерностей наследования признака среднеолеиновости масла в семенах F 1 для научного обеспечения селекции подсолнечника на улучшение качества масла.

Материалы и методы. Использовали четыре константные линии генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК с различным жирно - кислотным составом масла в семенах: низкоолеиновую RHA416 , повышенноолеиновую ВК678, среднеолеиновую ЛГ27 и высокоолеино-вую ЛГ26 (мутация Ol ).

Родительские растения изолировали за несколько дней до начала цветения – в фазе появления краевых цветков из - под обёртки. Нижние края индивидуального сетчатого изолятора из синтетического волокна «Спанбонд» плотно обжимали по стеблю и обвязывали шнуром с этикеткой. На этикетке указывали данные о растении, номер делянки, дату изоляции. Гибридизацию проводили с использованием ручной кастрации. В некоторых случаях, при достаточно больших различиях скрещиваемых форм по срокам цветения, пыльцу собирали в пергаментный пакет и хранили в холодильнике при + 5 ° С до семи дней. В полевых условиях 2013 и 2014 гг. получены реципрокные гибриды первого поколения от скрещиваний линии ЛГ27 с линиями разных фенотипических классов по содержанию олеиновой кислоты.

Для анализа состава жирных кислот использовали отдельные семена само-опыленных и гибридных корзинок (по 10 семянок из каждой из двух корзинок на линию или комбинацию скрещиваний).

Определение жирно-кислотного состава масла проводили с помощью газожидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот. Для этого использовался хроматограф «Хром-5» с пламенно ионизационным детектором, интегрированным с АЦП и компьютерной программой Хроматэк Аналитик 2.5. Для анализа состава жирных кислот ис- пользовали целые отдельные семена и средние пробы семян (25 штук). Навеску помещали в пробирку, добавляли 20–30 мг Na2SO4, растирали с помощью стеклянной палочки содержимое, после чего приливали 0,2 мл раствора КОН (3 Н.) в метаноле, 1 мл гексана и выдерживали пробирки, периодически встряхивая, при комнатной температуре два часа. Затем добавляли 0,2 мл воды, содержимое в пробирке центрифугировали в течение 4 мин на скорости 3000 оборотов, и отбирали верхний гексановый слой с метиловыми эфирами жирных кислот. Растворитель упаривали под вентилятором, остаток растворяли в определенном объеме гексана и вводили в хроматограф посредством микрошприца. Условия хроматографирования: температура термостата колонки 184 °С; расход азота, как газа-носителя – 30 мл/мин, водорода – 25 мл/мин; стеклянная колонка длиной 1,5 метра и диаметром 3 мм; жидкая фаза – этиленгликольсукцинат (15 %) на твёрдом носителе Хроматон-N с дисперсностью 0,1 мм.

Результаты и обсуждение. При скрещивании среднеолеиновой линии ЛГ27 с низкоолеиновой RHA416 в F 1 установлено достоверное отличие в реципрокных скрещиваниях по содержанию олеиновой кислоты на 21,4 %. При этом реципрокные значения F 1 отклонялись в сторону материнского родительского фенотипа ( табл. 1). Наследование изучаемого признака в F 1 относилось к промежуточному типу.

Таблица 1

Содержание олеиновой кислоты в масле семян реципрокных F 1 и родительских линий RHA416 и ЛГ27

ВНИИМК, г. Краснодар, 2013–2014 гг.

Генотип	Содержание олеиновой кислоты, %
	2013 г.	2014 г.	среднее за 2013–2014 гг.
RHA416	22,9	33,4	28,2
F 1 (RHA416 × ЛГ27)	33,1	42,9	38,0
F 1 (ЛГ27 × RHA416)	56,1	62,6	59,4
ЛГ27	66,1	66,1	66,1
НСР 05	2,6	3,2	-

При скрещивании ЛГ27 с линией ВК678 с повышенным содержанием олеиновой кислоты в пределах обычного фенотипического класса разница в реципрокных F 1 составила в среднем за два года 5,9 %. Отклонение также было направлено в сторону материнской линии ( табл. 2). Наследование изучаемого признака в F 1 классифицировалось как промежуточное.

Таблица 2

Содержание олеиновой кислоты в масле семян реципрокных F 1 и родительских линий ВК678 и ЛГ27

ВНИИМК, г. Краснодар, 2013–2014 гг.

Генотип	Содержание олеиновой кислоты, %
	2013 г.	2014 г.	среднее за 2013–2014 гг.
ВК678	47,3	48,3	47,8
F 1 (ВК678 × ЛГ27)	57,3	54,5	55,9
F 1 (ЛГ27 × ВК678)	62,0	61,5	61,8
ЛГ27	66,1	66,1	66,1
НСР 05	3,0	3,5	-

При скрещивании ЛГ27 с высокоолеи-новой линией ЛГ26 в реципрокных F 1 наблюдали ожидаемое доминирование мутации высокоолеиновости. Кроме того, использование линии ЛГ27 в качестве материнской формы увеличило содержание олеиновой кислоты в F 1 до 90 % (табл. 3).

Таблица 3

Содержание олеиновой кислоты в масле семян реципрокных F 1 и родительских линий ЛГ26 и ЛГ27

ВНИИМК, г. Краснодар, 2013–2014 гг.

Генотип	Содержание олеиновой кислоты, %
	2013 г.	2014 г.	среднее за 2013–2014 гг.
ЛГ26	88,2	87,9	88,1
F 1 (ЛГ26 × ЛГ27)	85,0	86,5	85,8
F 1 (ЛГ27 × ЛГ26)	90,4	89,5	90,0
ЛГ27	66,1	66,1	66,1
НСР 05	1,8	1,1	-

Наличие достоверных различий между значениями реципрокных F 1 говорит о материнском эффекте. Показатель степени материнского эффекта признака рассчитывали по формуле, предложенной

К. Мазером и Дж. Джинксом [14] , как отношение h/d , где h – отклонение фенотипа F 1 от среднего ( m ) между ранжированными родителями P 1 и P 2 , а d – половина разности между родителями P 1 и P 2 или модуль разности любого родителя и m (рисунок ).

Рисунок – Степень материнского эффекта h/d

Степень материнского эффекта признака среднеолеиновости линии ЛГ27, при оценке через отношение h/d , варьировала от 0,48 до 0,79 при нанесении пыльцы обычных линий RHA416 и ВК678 ( табл. 4). Это позволяет сделать вывод о том, что материнский эффект линии ЛГ27 не является полным (< 100 %) и генотип пыльцы также имеет значение в наследовании признака. Однако при нанесении на линию ЛГ27 пыльцы высокоолеиновой линии ЛГ26 наблюдается синергизм мутации Ol и признака среднеолеиновости (h/d = 1,18), что приводит к сверхдоминированию, т.е. превышению значения содержания олеиновой кислоты у гибрида F 1 по отношению к высокознаковой родительской линии ЛГ26.

Таблица 4

Материнский эффект (h/d) в наследовании признака среднеолеиновости масла семян линии ЛГ27

ВНИИМК, г. Краснодар, 2013–2014 гг.

Генотип	h/d
	2013 г.	2014 г.	среднее за 2013–2014 гг.
F 1 (ЛГ27 × RHA416) F 1 (ЛГ27 × ВК678) F 1 (ЛГ27 × ЛГ26)	0,54 0,56 1,20	0,79 0,48 1,15	0,67 0,52 1,18

Заключение . Наследование признака среднеолеиновости масла семян линии ЛГ27 в F 1 при скрещивании с низкоолеи- 20

новой RHA416 и повышенноолеиновой ВК678 характеризуется промежуточным типом. Существенные различия в реципрокных F 1 указывают на сильный материнский эффект. В скрещивании линии ЛГ27 с высокоолеиновой ЛГ26 наблюдали явление сверхдоминирования.