Оценка селекционно значимых морфологических признаков в популяции удвоенных гаплоидов Brassica rapa L. в контролируемых условиях регулируемой агроэкосистемы

Род Brassica (Капустные) успешно и широко используется для генетических и молекулярных исследований. К капустным относятся большое количество овощных, масличных, пряных и кормовых сельскохозяйственных культур [1], что делает многих представителей этого рода удачными модельными объектами. В состав B. rapa входят экономически значимые культуры разнообразных морфотипов и различного направления использования [2]. Почти все работы по изучению морфологических признаков у B. rapa осуществлялись в основном в полевых условиях, которые не позволяли четко моделировать действие физических факторов. Такие работы проводились и в различных эколого-географических зонах на территории РФ [1, 2, 3].

Для изучения количественных признаков капустных наиболее перспективно использовать картирующие популяции, представляющие собой набор генетически фиксированных информативных рекомбинантных линий, удвоенных гаплоидов (double haploid, DH), все локусы которых находятся в гомозиготном состоянии [4]. Технология получения удвоенных гаплоидов применяется как один из способов генетического улучшения сельскохозяйственных растений. Удвоенные гаплоиды являются так называемыми “бессмертными”, то есть генетически не изменяются, поэтому требуют только однократного генотипирования [1]. Использование линий удвоенных гаплоидов имеет ряд преимуществ перед традиционной схемой селекции: сокращение временных и трудовых затрат в несколько раз [5, 6], стабильность полученных линий, их однородность по фенотипу и генотипу (все гены удвоенных гаплоидов, в том числе и рецессивные, находятся в гомозиготном состоянии и проявляются, что необходимо для стабильного закрепления комплекса полезных признаков на генетическом уровне), отсутствие летальных форм, так как такие растения погибают на стадии создания, и, наконец, возможность получить большое количество высокопродуктивных и генетически стабильных линий, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам. Популяции линий DH идеально подходят для генетического анализа количественных признаков благодаря своей генетической однородности [4]

Отдельные генотипы могут быть воспроизведены в разных условиях среды для предоставления фенотипических данных, которые позволяют разделить фенотипические изменения на экологические и генетические эффекты [2, 3]. Результативность и эффективность использования технологии DH в селекции овощных капустных теоретически может быть улучшена путем сочетания ее с маркер-вспомогательной селекцией (Marker Assisted Selection, MAS).

Особенностью нашего исследования является изучение линий картирующих популяций B. rapa в условиях РАЭС при заданных параметрах окружающей среды (длина светового дня, освещенность, температура, условия в корнеобитаемой среде). Результатом изучения генотипов в РАЭС служит четкое выявление реакции генотипа на действие определенных факторов среды и ее оценка, которая позволяет целенаправленно исследовать влияние конкретных параметров окружающей среды на реализацию селектируемых признаков. Особенно это важно для количественных признаков, которые в большой мере зависят от взаимодействия генотип-среда. В РАЭС также имеется возможность оценки вклада генотипа и окружающей среды в реализацию селектируемых признаков [7]. До сих не было проведено ни одного исследования по выявлению и локализации на группах сцепления генетических детерминант, определяющих проявление хозяйственно ценных количественных признаков B. rapa в условиях РАЭС.

Материалы и методы

Выращивание растений в условиях регулируемой агроэкосистемы

Изучение селекционно значимых морфологических признаков проводилось в строго контролируемых условиях светокультуры на биополигоне ФГБНУ АФИ.

Пророщенные семена высаживали в горшочки для рассады 10x9x9 см, заполненные субстратом на основе верхового торфа с минеральными добавками, рН субстрата 6,0-6,2. Размер выборки – 4-5 растений для каждой линии. Растения выращивали в оригинальной вегетационной светоустановке, оборудованной в качестве источника света лампами ДНаТ-400 (производитель ООО «Рефлакс»). Освещенность растений в опытах составляла 15-20 клк, продолжительность светового периода – 12 часов в сутки. Полив осуществляли водой, подкормку – раствором Кнопа три-четыре раза в неделю. Температуру поддерживали на уровне 23±3oС в течение суток (днем и ночью). Внешний вид растений на разных стадиях развития показан на рисунке 1.

Рис.1. Растения DH линий B. rapa на разных стадиях развития:

1 – горшочки с высаженными семенами; 2 – всходы; 3 – середина вегетационного периода; 4 – цветение

Fig.1. DH line plants B.rapa at different stages of development:

1 – pots with planted seeds; 2 – seedlings; 3 -– mid-vegetation period; 4 – flowering