Плейотропное влияние мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости масла семян на морфологические признаки растения подсолнечника

Введение. Влияние мутаций жирно-кислотного состава масла семян подсолнечника на другие селекционные признаки привлекало внимание учёных в ряде исследовательских программ.

Наиболее значимая работа была посвящена сравнительной оценке обычных и высокоолеи-новых гибридов по комплексу хозяйственно ценных признаков в различных экологических условиях в Испании [5]. Изогенные компоненты четырёх селекционных линий RHA271, RHA274, HA89 и HAJ152 не показали воздействия мутации высокоолеиновости Ol , полученной К.И. Солдатовым во ВНИИМК [3], на высоту растений, число листьев, диаметр корзинки, период всходы–цветение, автофертильность и масличность семянок [5]. С другой стороны, мутация Ol обладала позитивным эффектом на урожай семянок, их масличность и надземную биомассу, а также негативно воздействовала на период всходы–цветение, автофертильность и всхожесть у четырёх пар полученных изогенных гибридов. Кроме того, наблюдалось достоверное взаимодействие признак × генетическая среда [5].

Мутация высокопальмитиновости масла семян подсолнечника впервые получена П. Ивановым в Болгарии [6] после использования физического мутагенеза при облучении гамма-лучами семянок сорта Заря селекции ВНИИМК. Самоопылённая линия получила название 275 HP. Опубликованных данных о влиянии этой мутации на другие признаки растения нам не известно.

В работах испанских учёных сообщается о создании высокопальмитиновой линии CAS-5 после облучения семянок обычной линии рентгеновскими лучами [7, 8]. Плейотропный эффект мутации также не описан. С другой стороны, другой высокопальмитиновый мутант P-20, полученный после химического мутагенеза при обработке семянок обычной линии этилметансульфонатом (EMS), потерял всхожесть в М3, показывая наличие летального фактора в гомозиготе [7]. Кроме того, ещё одна высокопальмитиновая мутация была индуцирована нитрозоэтилмочевиной (НЭМ) в рамках программы химического мутагенеза для улучшения селекционных линий подсолнечника в Украине [2].

В ходе гибридологического анализа установлено, что наследование мутации высокопаль-митиновости р у линии CAS-5 контролируется одним или тремя генами в зависимости от комбинации скрещивания [9].

В ходе генетических исследований во ВНИИМК три независимо обнаруженные мутации высокопальтиновости были утеряны при размножении растений из-за пониженной жизнеспособности. Это произошло в M 3 после обработки семянок сорта Юбилейный 60 нитрозоэтилмочевиной, в I 2 при самоопылении растений образца K2222 и, наконец, в I 1 образца №429934 мировой коллекции ВИР. Тем не менее, высокопальмитиновая линия ЛГ30 была получена во ВНИИМК в результате скрининга ЦСМ-линий из Украины с последующим скрещиванием, индивидуальным отбором и самоопылением [1, 4].

Данная работа была направлена на изучение влияния мутаций высокоолеиновости и высо-копальмитиновости масла семян на некоторые морфометрические признаки растений с использованием линий генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК.

Материал и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии ВК580 по мутациям Ol и р . ВК580 является нормой, ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости (87 %), ВК850 – мутацией высокопальмитиновости (24 %), а ВК805 содержит обе мутации высоко-олеиновости (6 %) и высокопальмитиновости (20 %) в дигомозиготе. Мутация высокопальмитино-вости происходит из линии ЛГ30 после ВС₃ на линию ВК580.

Растения выращивали летом в полевых условиях на центральной экспериментальной базе ВНИИМК в 2007-2009 гг. Посев проводили по схеме 70×35 см по две семянки в гнездо. Полевая всхожесть семян высокопальмитиновых аналогов ВК850 и ВК805 была существенно ниже по сравнению с нормой ВК580. На стадии 3-х пар настоящих листьев проводили рендомизированную прорывку до одного растения в гнезде. Для скрещивания применяли ручную кастрацию материнской формы.

Жирно-кислотный состав масла определяли с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров на приборе Хром 5. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью программы Statistica 6.0.

Результаты и обсуждение . Плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и вы-сокоолеиновости наблюдался в течение трёхлетнего исследования серии аналогов линии ВК580 (табл. 1). Достоверно установлено, что мутация р приводит к уменьшению высоты растений на 41 см (32 %), числа листьев на 4 штук (14 %) и периода всходы-цветение на 2 дня (4 %). Мутация Ol достоверно увеличила высоту растений на 4 см (3 %).

Доля влияния мутаций р и Ol (фактор генотипа) в общем варьировании высоты растений составила 46 % (табл. 2), что является значительной величиной с учётом различных экологических условий трёхлетнего исследования. При этом влияние всех факторов, включая генотип, год, а также их взаимодействие, было статистически достоверным для трёх изученных признаков. Фактор года оказывал основное влияние на период всходы–цветение и число листьев на 83 и 73 % соответственно.

Таблица 1 – Среднее значение и отклонение от стандарта морфометрических признаков различных генотипов подсолнечника

ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.

Генотип	Высота растений, см		Период всходы-цветение, дни		Число листьев, шт.
	X	± st	X	± st	X	± st
ВК580 (st)	127	0	54	0	28	0
ВК508 Ol	131	+4*	54	0	29	+1
ВК850 p	86	-41*	56	+2*	24	-4*
ВК805 Ol, p	89	-38*	55	+1*	26	-2*
* - различия достоверны, p< 0,05

Таблица 2 – Доля влияния факторов в общем варьировании признаков у аналогов линии ВК580

ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.

Фактор	Высота растения	Период всходы-цветение	Число листьев
генотип	0,46	0,07	0,11
год	0,43	0,83	0,73
генотип×год	0,03	0,02	0,06
остаточная	0,08	0,08	0,10

С целью верификации существенного негативного эффекта мутации высокопальмитиново-сти на высоту растений, изначально обнаруженного у серии аналогов, был проведён тест на сопряжённое наследование этих двух признаков (рис. 1).

Пальмитиновая кислота, %

Рисунок 1 – Частота распределения значений содержания пальмитиновой кислоты в отдельных семенах родительских линий ВК508 и ВК850, F₁, F₂ и средних проб семян F₃ с самоопылённых корзинок F 2 ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.

Изучение семян F 1 от скрещивания аналогов ВK850( р )×ВK508 показало, что низкое содержание пальмитиновой кислоты является неполно доминирующим признаком со степенью доминирования d = -0,4. При этом среднее значение содержания пальмитиновой кислоты у родительских форм было 21 и 3 % соответственно, а у гибридных семян F 1 – 9 %.

Отдельные семена F 2 показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два дискретных фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-10%) и высокопальмитиновый (17-19 %). Соответствующее эмпирическое расщепление 36:4 согласуется с модельным отношением 15:1 для двух рецессивных несцепленных генов (χ² 15:1 = 0,96, p>0,05). Другая часть семян этой популяции F₂ была использована для посева, измерения высоты растений и их самоопыления.

Средние пробы семян F3 с 188 самоопылённых корзинок F2, как и следовало ожидать, показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-17 %) и высокопальмитиновый (18-23 %). Это эмпирическое расщепление 173:15 также достоверно соответствует схеме 15:1 с одинаковым значением χ215:1 = 0,96, p>0,05.

Изучение варьирования высоты 188 растений в F 2 и содержания пальмитиновой кислоты в семенах F 3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВK850×ВK508 (рис. 2). При этом коэффициент корреляции составил r = –0,54, а уравнение линейной регрессии имеет вид y = 157,8 – 2,3x.

Рисунок 2 – Регрессия высоты растений F₂ по содержанию пальмитиновой кислоты в масле семян F 3 , полученных при самоопылении. ВНИИМК, г. Краснодар, 2009 г.

Средняя высота 15 гомозиготных высокопальмитиновых растений в F₂ равнялась 109 см и была достоверно ниже высоты остальных 173 растений, обладающих высотой 138 см (НСР₀₅= 3 см). Очевидно, что это различие на 29 см по высоте между двумя фенотипическими классами в F 2 соответствует различию между родительскими формами ВК850 и ВК508.

Выводы. Существенное отрицательное влияние мутации высокопальмитиновости масла семян на высоту растений было установлено на основе как сравнительного изучения серии аналогов линии ВК580, так и в ходе гибридологического анализа. Генетический контроль мутации высо-копальмитиновости в скрещивании ВK850×ВK508 осуществлялся двумя независимо наследуемыми рецессивными генами. Основной вопрос заключается в поиске объяснения негативного

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010

воздействия мутации высокопальмитиновости на высоту растений как сцеплением генов, так и истинной плейотропией мутации.