Перспективная технология создания гибридов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)



Перспективная технология создания гибридов сахарной свеклы

П редставлены новые методы ускорения селекционного процесса сахарной свеклы с использованием g – облученной пыльцы диких видов и молекулярных маркеров. Созданы гамма-линии, формирующие жизнеспособное потомство в условиях строгой изоляции. Рассматривается возможность получения гибридов нового поколения на основе апомиктич-ных g-линий.

Важнейшей задачей селекции является сокращение сроков создания новых гибридов, обладающих комплексом хозяйственно-полезных признаков и ценных биологических свойств. Широкие перспективы в интенсификации селекционного процесса сахарной свеклы открывает применение современных методов индуцированного мутагенеза, молекулярной генетики в сочетании с гибридизацией и отбором. Большой теоретический и практический интерес представляет, в частности, использование g-облученной пыльцы. Известно, что ионизирующие излучения, действуя на генеративные органы растений, вызывают апомиктическое развитие семян. Принцип таких воздействий заключается в побуждении яйцеклетки к развитию опылением пыльцевыми зернами, имеющими функционально неполноценные спер-мии, поврежденные высокими дозами гамма-радиации. Было установлено, что облученная радиацией пыльца блокирует нормальное оплодотворение и стимулирует яйцеклетку к апомиктическому размножению. В связи с этим большую актуальность приобретает проблема разработки новых подходов и совершенствование

методов создания исходного материала сахарной свеклы, совмещающего высокую урожайность с другими хозяйственно ценными признаками и свойствами и направлений его селекционного использования.

В качестве исходного материала нами были использованы пыльцесте-рильные растения сахарной свеклы различного происхождения с высокой раздельноплодностью, отличающиеся наличием рецессивного признака зеленой окраски гипокотиля. В качестве отцовского родителя использовалась пыльца диких видов свеклы: Beta corolliflora Z. (2n=36), Beta trigyna Wet.К. (2n=54) с элементами апомиксиса. За сутки до проведения опылений пыльцу опылителя подвергали воздействию высоких доз гамма-радиации от 1 до 3500 Гр на установке РХМ-g-20 с источником излучения Со60. На каждом из отобранных по раздельноплодности, стерильности МС-растений, маркированных по гену Ме-1, проводили принудительные опыления, в том числе контрольное опыление необлученной пыльцой и самоопыление. Изоферментный анализ осуществляли по методике Е.В. Левитеса. Молекулярный анализ по ДНК-маркерам проводили по методу Sagai-Marоof (1984), в модификации для сахарной свеклы.

В результате проведения опылений диплоидных МС-растений сахарной свеклы пыльцой тетраплоидной дикой свеклы B. corolliflora Z. и пыльцой гексаплоидного вида дикой свеклы B.trigyna W.et K., облученной высокими дозами g-радиации нами были получены гамма-линии с апомиктическим способом семенной репродукции. Так, К. Панди считал, что трансформация яйцеклетки с помощью облученной пыльцы имеет большое значение для селекции, поскольку открывает возможность генетической реконструкции определенных генотипов при партеногенезе и позволяет получать большое количество семян материнского типа с изменениями единичных признаков.

У полученных нами апомиктичных линий сахарной свеклы были выявлены некоторые цитоэмбриологиче-ские отклонения от нормы, выражающиеся в нарушении или отсутствии процесса мейоза: было обнаружено 38,7 % зародышей, у которых наблюдалось замедление и нарушение в разви-

Таблица 1. Характеристика гамма-линий, склонных к апомиктичному способу семенной репродукции

тии, тогда как остальные развивались нормально, не отличаясь от амфимик-тичных. Среди множества выделенных нами линий хотелось бы отметить стерильные линии g-МС-2113-АР, g-МС-70-АР и g-МС-94-АР, а также само-фертильную линию g-РФ-70 АР. Эти уникальные линии в течение десяти поколений формируют жизнеспособное потомство в условиях строгой изоляции (табл.1).

Для проведения идентификации у полученных гамма-линий сахарной свеклы нами были применены RAPD – праймеры (РawS 5, РawS 6, РawS 11, РawS 16, РawS 17), фланкирующие концевые повторы ретротранспозонов семейства R 173. При сравнительном анализе ПЦР-спектров созданных инбредных гамма-линий сахарной свеклы наилучшие результаты были получены при амплификации с праймерами PawS5, PawS6 и с парами этих праймеров, а также с парой праймеров PawS16 + PawS17. При этом удалось обнаружить как сходство, так и различия между исследованными формами по продуктам полимеразной цепной реакции. Так, выявлено, что апомиктичные гамма – линии сахарной свеклы характеризовались большей генетической выравненно-стью – количество амплифицирован-ных ПЦР – продуктов варьировало от 2 до 4-х, тогда как у инбредных линий, созданных традиционными методами, их количество достигало 6-ти. Это связано, по-видимому, с тем, что в процессе создания гамма – линий были отобраны формы, гомозиготные по изоферментным локусам. В наших исследованиях было установлено, что гамма-МС-линия 2113 отличается от всех исследованных селекционных номеров присутствием фрагмента с молекулярной массой 1000 п. н. Данный ампликон отсутствует в геномной ДНК срост-ноплодных опылителей – №№ 14840

и 15465. Анализируя данные RAPD-анализа, можно также отметить отличие линии-закрепителя стерильности «О» – типа от ее МС-аналога по количеству и размеру амплифицированных фрагментов. Что, по-видимому, объясняется влиянием ядерных генов (xxzz/ XXZZ), определяющих стерильность или фертильность цитоплазмы.

На основе выделенных апомиктич-ных линий нами был сформирован ряд гибридных комбинаций, одна из которых представлена на примере апомик-тичной гамма-индуцированной линии МС-2113, так как она обладает хорошей комбинационной способностью как по урожайности корнеплодов, так и по сахаристости, что, в конечном счете, влияет на сбор сахара.

Следует отметить, что с одним и тем же опылителем № 14044 урожайность была значительно выше у гибрида, где в качестве материнской формы использовалась линия g-МС-2113. На основе этой линии был создан гибрид Витязь. По данным Рамонского ГСУ гибрид Витязь превысил стандарт РМС-46 в среднем за 3 года по урожайности корнеплодов на 10,7%, сахаристости на 2,0% и сбору сахара на 11,5%.

Таким образом, применение новых селекционных технологий с использованием g-облученной пыльцы диких видов и молекулярных маркеров позволяет в значительной степени сократить сроки и затраты на создание исходного материала и использовать полученные данным способом апомиктичные гам-малинии для создания перспективных гибридов сахарной свеклы.