Наследование экспрессивности мутации tph2 в скрещивании с нормальным генотипом подсолнечника

В семенах культурного и дикорастущего подсолнечника токоферольный комплекс включает ОС-, р- иу-форму с явным преобладанием ос-токоферола. Содержание ОС-формы в среднем около

96 % с пределами варьирования от 89 до 99 %. 5-токоферол при тонкослойной хроматографии не наблюдается. Общее содержание токоферолов в масле около 800 мг/кг [1].

При самоопылении растений сорта ВНИИМК 8931 ул. обнаружен в гетерозиготе мутантный рецессивный аллель гена, обозначенного Tph1 , приводящий в гомозиготе к скачкообразному увеличению содержания Р-формы в составе токоферолов. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ15, гомозиготной по мутантному аллелю tph1 , около 50 % ос- и 50 % Р -токоферола. В образце коллекции ВИР № К44 обнаружен в гомозиготе другой мутантный рецессивный аллель гена, обозначенного Tph2 , приводящий к преобладающему содержанию в составе токоферолов ү-формы. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ17, гомозиготной по мутантному аллелю tph2 , около 5 % ос- и 95 % Ү-токоферола.

Аллельное взаимодействие в обнаруженных генах осуществляется по типу неполного доминирования при степени доминирования в обоих случаях 0,87. Гены Tph1 и Tph2 неаллельны и несцеплены. Межгенное взаимодействие относится к типу комплементарности с проявлением всех четырёх фенотипических классов. При этом мутация tph2 эпистатирует над tph1 с появлением необычного для подсолнечника 5-токоферола. На основе рекомбинантной двойной рецессивной гомозиготы, получена инбредная линия ЛГ24 в составе токоферолов семян которой около 8 % ос-, 84 % Ү- и 8 %5-формы при отсутствии Р -токоферола [2].

На экспрессивность мутаций tph1 и tph2 влияет созревание семян. Это выражается в увеличении содержания ос-формы в составе токоферолов у линии ЛГ15 с 33 до 50 % и у линии ЛГ17 с 0 до 6 %, а также в появлении у 10- и 17-дневных семян этих линий 5-формы, исчезающей в ходе дальнейшего созревания. Увеличение температуры воздуха с 20 до 30 ^оС в процессе налива семян увеличивает содержание ос-токоферола на 9 % у линии ЛГ15 и не влияет на состав токоферолов линии ЛГ17.

Созданные аналоги линии по генам Tph1 и Tph2 на основе нормальных линий ВК373 и ВК66 позволили установить, что мутация tph1 обладает в семенах стабильным фенотипическим выражением в различных генотипических средах, тогда как экспрессивность мутации tph2 уменьшается в линии ВК373 с 95 до 50 %, а в линии ВК66 – до 30 % Ү-токоферола при пропорциональном увеличении содержания ос-формы [3].

Это уменьшение экспрессивности мутации tph2 приводит к одновременному появлению у двойной рецессивной гомозиготы всех четырёх форм токоферолов – ос ,р,Үи5 в одном фенотипе, например, на генотипической среде линии ВК66 в количестве 40, 25, 25 и 10 % соответственно. Появление Р -токоферола в фенотипе двойной рецессивной гомозиготы всегда было связано с увеличением содержания ос-токоферола за счет уменьшения доли Ү-формы. Это соответствует случаю, когда мутация tph2 , проявляя частичную экспрессивность, объединяется с генетическим блоком мутации tph1 [3] .

Гибридологический анализ при скрещивании константных сублиний подсолнечника с максимальной и минимальной экспрессивностью мутации tph2 у линий ВК175 tph2 и ВК876 tph1, tph2 показал, что наследование признака различной экспрессивности этой мутации в F 1 носит промежуточный характер. В F 2 наблюдалось континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов. Среднее значение признака в F 1 , F 2 и арифметическое среднее между родителями достоверно не различались между собой, что указывает на аддитивное действие генов-модификаторов, контролирующих различие в содержании γ-токоферола между соответствующими сублиниями как для ВК175, так и ВК876 [4].

Изучение наследования различной степени экспрессивности мутации tph2 при скрещивании с линией дикого типа было целью данной работы.

Материал и методы . Три созданные в лаборатории генетики линии использовались в скрещивании: α-токоферольная линия дикого типа ЛГ26 ( Tph1Tph1Tph2Tph2 ), а также генотипы с различной степенью экспрессивности мутации tph2 – две сублинии ВК639 ( Tph1Tph1 tph2tph2 ) и две сублинии ВК876 ( tph1tph1 tph2tph2 ) .

Полевые опыты проводили на ЦЭБ ВНИИМК в 2006-2007 гг. при расстановке растений 70×35 см, использовании индивидуальных изоляторов для самоопыления корзинок, ручной кастрации и гибридизации. В лабораторных условиях в 2008 г. определяли состав токоферолов в отдельных семенах методом тонкослойной хроматографии с окрашиванием по Эммери-Энгелю с денситометрической оценкой.

Результаты и обсуждение . Линия ЛГ26 с обычным α-токоферольным фенотипом была скрещена в качестве отцовской формы с сублиниями ВК639 и ВК876. При этом минимальная степень экспрессивности проявлялась у сублиний в уменьшении содержания γ- и увеличении доли α-формы и, кроме того, появлении β-токоферола до 6 % у ВК876 (табл.1).

Таблица 1 – Состав токоферолов в семенах родительских линий подсолнечника c различной экспрессивностью мутации tph2

ВНИИМК, Краснодар, 2006 г.

НСР 05      10               10       6

Все семена F 1 обладали нормальным фенотипом, что подтверждает рецессивный характер обеих мутаций. В F₂ от скрещиваний ВК639×ЛГ26 и ВК876×ЛГ26 для всех сублиний наблюдалось соответствующее моно- и дигенное расщепление – 72:18 (χ² 3:1 =1,2); 63:27 (χ² 3:1 =1,2); 45:22:17:6 (χ² 9:3:3:1 =2,2); 95:29:26:7 (χ² 9:3:3:1 =1,7), р>0,05.

Содержание γ-токоферола в семенах F₂ у рецессивной мутантной гомозиготы tph2 в скрещиваниях сублиний с минимальной экспрессивностью было достоверно ниже, чем в комбинациях с максимальной экспрессивностью (табл. 2). Для комбинации с ВК639 это уменьшение было с 62 до 32 %, а для ВК876 – с 85 до 49 %. Достоверных различий по составу токоферолов у мутантных дигомозигот в F₂ в скрещивании сублиниий ВК876 с ЛГ26 обнаружено не было.

Таблица 2 – Состав токоферолов в семенах F 2 с гомозиготным мутантным генотипом

ВНИИМК, Краснодар, 2007 г.

НСР 05                     9        4         14         15

Заключение. Генотипические различия в степени экспрессивности мутации состава токоферолов tph2 в семенах подсолнечника заключаются в уменьшении содержания γ-формы с 90 до 68 % для сублиний ВК639 и с 69 до 47 % для сублиний ВК876. Все семена F 1 в скрещивании с обычной линий ЛГ26 обладали нормальным фенотипом. В F₂ от скрещиваний ВК639×ЛГ26 и ВК876×ЛГ26 для всех сублиний наблюдалось соответствующее моно- и дигенное расщепление. Содержание γ-токоферола в семенах F₂ у рецессивной мутантной гомозиготы tph2 в скрещиваниях сублиний с минимальной экспрессивностью было достоверно ниже, чем в комбинациях с максимальной экспрессивностью. Этот факт указывает на действие генов-модификаторов на экспрессивность мутации tph2 при наследовании в скрещивании с линией дикого типа.

Полученные экспериментальные данные об эффекте генотипической среды в контроле степени экспрессивности мутации состава токоферолов при скрещивании с нормальным генотипом следует учитывать в научном обеспечении селекции подсолнечника на повышение устойчивости масла к окислению за счёт изменения содержания в нём антиоксидантов.

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2(141), 2009