Результаты изучения наследования признака урожайности семянок у межлинейных гибридов подсолнечника

Введение. В работе селекционеров и генетиков большое значение имеет знание закономерностей наследования, числа генов, контролирующих проявление признаков у растений и факторов, влияющих на их проявление.

Существуют две основные модели, учитывающие количество генов, контролирующих тот или иной признак, с помощью которых описывают и объясняют явление наследственности. В случае каче-19

ственной модели наследования признаки определяются одним, двумя или тремя генами. При этом в потомстве проявляются закономерности моно-, ди- или тригибрид-ного расщепления, открытые в 1865 г. Г. Менделем [1]. В отдельных случаях экспрессия признаков может выражаться в эпистатическом и комплиментарном взаимодействии генов, что уменьшает число фенотипических классов в расщепляющемся потомстве [2].

Под эпистазом понимается подавление действия генов одной аллельной пары генов доминантным или рецессивным геном другой, не аллельной им пары генов, даже в тех случаях, если эпистатичный ген находится в гетерозиготном, гомозиготном, рецессивном или доминантным состоянии [3].

Комплиментарное взаимодействие генов – совместное действие двух или большего числа самостоятельно мендели-рующих генов на проявление одного какого-либо признака. При этом каждый из комплиментарных генов в отдельности не обладает способностью вызывать развитие данного признака, и лишь сочетание их в одном геноме обслуживает его развитие. Первые тесты по компллементации аллелей были проведены Н.П. Дубининым в 1929 г. [4].

В полигенной модели наследования предполагается, что признаки контролируются большим числом генов, каждый из которых вносит небольшой вклад в эффект их проявления. Основной задачей при этом типе наследования является учет средовых влияний на фенотипические проявления того или иного признака. Принципы полимерного наследования открыл в 1908 г. H. Nilsson-Enle [5]. Большой вклад в развитие этого направления внесли E.M. East [6], J.M. Rus-musson [7], K. Mather [8] и другие. Следует отметить, что термин «полигены» предложил K. Mather, и после него стали применять понятие «полигенная наследственность». Сущность действия полигенов, в случае количественной наследственности, состоит в том, что каждый из них включает признак слабо. В связи с этим для полноценного выражения признака требуется ряд полигенов.

Как известно, в процессе селекции основной целью гибридизации растений является достижение гетерозисного эффекта тех или иных хозяйственно-биологических признаков и получение новых трансгрессивных форм с новым их сочетанием и проявлением.

Одним из наиболее важных признаков является урожайность.

По подсолнечнику работ, касающихся изучения наследования урожайности семянок, не так много, и они носят противоречивый характер.

В опытах В.Г. Вольфа и Л.П. Думаче-вой [9] отмечалось преобладающее значение в структуре генетического влияния аддитивных эффектов на этот признак, т.е. наследуемость в широком смысле, обусловленная разнообразием материнских и отцовских линий.

J.F. Miller и G.N. Fick [10] отметили, что аддитивное и неаддитивное взаимодействие генов (или эффекты) играет важную роль в контроле урожайности семянок у подсолнечника.

• S.    Joсic [11] изучал процесс наследования и зависимость аддитивных доминантных и двухлокусных эпистатических эффектов генов, используя модель, основанную на семи параметрах и нашел, что доминантные гены имеют значительно большее влияние на урожайность семянок, чем аддитивные гены. К такому же выводу пришли ряд других авторов [12; 13; 14].

В исследованиях J.F. Miller et al. [15], E. Gangappa et al. [16], P.M. Panchabae [17] установлено, что эпистатические эффекты, контролирующие урожайность, имели наибольшее значение. При этом некоторое влияние на проявление этого признака оказывают такие взаимодействия генов, как неполное доминирование и аддитивные эффекты, наименьшее значение имеет доминирование.

Учитывая сравнительную немногочисленность исследований по наследованию признака урожайность семянок подсолнечника и то, что в последнее время во ВНИИМКе созданы новые линии подсолнечника, нами была поставлена задача изучения этой темы применительно к вновь созданному селекционному материалу.

Материалы и методы. Опыты проводили в 2012–2014 гг. на полях центральной экспериментальной базы ФГБНУ ВНИИМК, г. Краснодар.

Две современные материнские формы: линия ВА 93 А и простой гибрид на основе ЦМС Кубанский 93 А в 2012 г. опылялись под изоляторами типа «рукав» с каждой из 10 отцовских линий-закрепителей стерильности пыльцы подсолнечника: СЛ 13 2310, СЛ 13 3854, ВК654, СЛ 05 16, СЛ 13 2196, СЛ 13 2272, СЛ 13 3870, СЛ 13 2286, СЛ 13 2260, и СЛ 13 2266.

Все вышеотмеченные отцовские линии характеризуются высокой или средней комбинационной способностью по урожайности семянок. Линия ВА 93 А отличается меньшей урожайностью (1,30 т/га) по сравнению с простым гибридом Кубанский 93 (2,56 г/га). Опыление материнских форм фертильными линиями проводили под изолятором типа «рукав».

Полученные гибриды в количестве 20 образцов и их родительские компоненты выращивались в 2013–2014 гг. на 4-рядных делянках в 3-кратной повторности, общая площадь делянки 24,5 м2, учетная – 12,2 м2, густота стояния растений 55– 60 тыс. шт./га.

После уборки определяли урожайность семянок (т/га) в пересчете на 10 %-ную влажность.

Достоверность различий между вариантами опыта (НСР 05 ) вычисляли методом дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [18].

В 1969 г. J.L. Jinks et al. [19] предложили метод, позволяющий в основном получать ту же информацию, что дает ди-аллельный анализ при сокращении объема работы: если диаллельный анализ требует n2 скрещиваний, то двутестерный метод только 2n. В связи с выше изложенным в своих исследованиях мы воспользовались методикой этих авторов.

Этот метод был проверен ими на чистых линиях табака, которые предварительно испытывали классическим диаллельным анализом. При сопоставлении результаты обоих методов оказались идентичными [19].

Сущность двутестерного метода сводится к следующему. Две тестерные линии L 1 и L 2 отбирают из совокупности анализируемых сортов. Тестеры желательно брать максимально контрастными по изучаемому признаку. Каждую линию (i) скрещивают с двумя тестерами, при этом получают гибриды L 1i и L 2i . Анализ состоит из двух частей: 1) испытание на наличие эпистаза; 2) исследование на аддитивную и доминантную компоненты, если эпистаз отсутствует. Математическую обработку полученных цифровых данных проводили на основе компьютерной программы [20].

Результаты и обсуждение. В процессе исследований изучали 20 межлинейных гибридов подсолнечника и их 10 отцовских линий и двух тестеров на ЦМС-основе, одни из которых характеризуются низким показателем урожайности семянок – линия ВА 93 А (1,28 т/га), другой высокими показателями признака – простой гибрид Кубанский 93 А (2,56 т/га).

Итоговые результаты, полученные в 2013 г., отражены в таблице 1.

Таблица 1

Средняя урожайность семянок подсолнечника, г/дел.

г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

Линия опылитель	Гибрид опылителя с тестером		Среднее
	ВА 93 А	Куб. 93 А	гибрида	линии опылителя
СЛ 13 2310	4018	4074	4046	1540
СЛ 13 3854	3612	4060	3836	1526
ВК654	3437	4186	3811	1694
СЛ 05 16	4410	5208	4809	2072
СЛ 13 2196	4648	4956	4802	1918
СЛ 13 2272	3626	3976	3801	1554
СЛ 13 3870	4018	4116	4067	1540
СЛ 13 2286	4466	4816	4641	1862
СЛ 13 2260	4606	5250	4928	2086
СЛ 13 2266	2511	4606	3558	1638

Результаты дисперсионного анализа (L 1i + L 2i + P) указывают на отсутствие эпистатического эффекта (табл. 2) взаимодействия генов, так как определение наличия эпистаза позволило получить F факт. = 2,325, что было ниже F 05 табл. = 2,460.

Таблица 2

Тест на эпистаз методом двутестерного анализа родительских линий подсолнечника по признаку урожайность семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	36753780	29	1267371,72
Линии	18595620	9	2066180,00	2,325	2,460
Повторность	2159092	2	1079546,13
Ошибка	15999066	18	888837,00

Следовательно, в данном опыте при уровне значимости 0,05 эпистаз отсутствовал.

Отсутствие эпистатического эффекта позволило нам провести дальнейший анализ на наличие аддитивного взаимодействия генов и доминирования.

После проведения дисперсионного анализа сумм (L 1i + L 2i ) было установлено, что параметр доминирования D составил 1769922, критерий F факт. = 3,357 и был значительно выше F 05 табл. = 2,460, что позволяет сделать вывод о наличии аддитивного взаимодействия генов в наследовании признака урожайности семянок (табл. 3).

Таблица 3

Тест на аддитивность методом двутестерного анализа линий подсолнечника по признаку урожайности семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	47011472,0	29	1621085,24
Линии	28131020,0	9	3125668,89	3,357	2,460
Повторность	2120775,5	2	1060387,75
Ошибка	16759674,0	18	931093,00

Примечание: параметр доминирования D = 1769922

В процессе осуществления дисперсионного анализа разностей (L1 – L2i) был рассчитан параметр доминирования H1 = 370498, при этом степень доминирования JtiJ) = 0,458, однако критерий Fфакт. = 1,093 при F05 табл. = 2,460 свидетельствует о несущественном влиянии доминирования в проявлении изучаемого признака (табл. 4).

Аналогичные результаты были получены в 2014 г. Сводные данные урожайности семянок представлены в таблице 5.

Таблица 4

Тест на доминирование методом двутестерного анализа линий подсолнечника по признаку урожайность семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	28258820,00	29	974442,069
Линии	9238787,00	9	1026531,89	1,093	2,460
Повторность	2114315,25	2	1057157,63
Ошибка	16905718,00	18	939206,56

Параметр доминирования H 1 = 370498

Степень доминирования ^p t /JD =0,458

Таблица 5

Средняя урожайность семянок родительских линий и гибридов подсолнечника, г/дел.

г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

Линия опылитель	Гибрид опылителя с тестером		Среднее
	ВА 93	Куб. 93	гибрида	линии опылителя
СЛ 13 2310	3396	4102	3749	1498
СЛ 13 3854	3868	3990	3929	1414
ВК654	2690	3837	32630	1624
СЛ 05 16	4475	5146	4810	1960
СЛ 13 2196	4275	4874	45740	1848
СЛ 13 2272	3583	3759	3671	1470
СЛ 13 3870	3905	3894	3899	1582
СЛ 13 2286	4592	4739	4665	1813
СЛ 13 2260	4767	5002	4884	2072
СЛ 13 2266	3574	2438	3006	742

В процессе дисперсионного анализа величин (L 1i + L 2i – P) было определено отсутствие эпистаза, так как F факт. = 2,325 при F 05 табл. = 2,460 (табл. 6).

Таблица 6

Тест на эпистаз методом двутестерного анализа родительских линий подсолнечника по признаку урожайность семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	30955980,00	29	1067447,59
Линии	15743034,00	9	17492126,00	2,195	2,460
Повторность	870344,063	2	435172,031
Ошибка	14342601,25	18	796811,181

Учитывая отсутствие эпистатического взаимодействия генов, контролирующих урожайность гибридов подсолнечника, нами были осуществлены тесты на аддитивность и доминирование.

Дисперсионный анализ сумм L 1i + L 2i позволил выявить величину параметра доминирования, которая составила 3303129, при этом критерии F факт. = 10,880, что значительно выше F 05табл. = 2,460, а это позволяет сделать вывод о наличии аддитивного взаимодействия генов в наследовании признака урожайности семянок (табл. 7).

Таблица 7

Тест на аддитивность методом двутестерного анализа линий подсолнечника по признаку урожайность семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	р, факт.	F 05 табл.
Общее	57570428,00	29	1985187,17
Линии	46896176,00	9	5210686,22	10,880	2,460
Повторность	2053877,00	2	1026938,50
Ошибка	8620378,00	18	478909,889

Примечание: параметр доминирования D = 3303129

Проведение дисперсионного анализа разностей (L 1i – L 2i ) дало возможность рассчитать параметр доминирования H 1 = 56 9430, при этом степень доминирования /нСОо составила 0,415, однако Ғ ф_акт. =

2,035, что ниже F 05табл. = 2,460, следовательно влияние доминирования не существенно (табл. 8).

Таблица 8

Тест на доминирование методом двутестерного анализа линий подсолнечника по признаку урожайность семянок г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	р, факт.	F 05 табл.
Общее	20826306,000	29	718148,483
Линии	9991244,000	9	1110138,22	2,035	2,460
Повторность	1015639,313	2	507819,656
Ошибка	9819422,000	18	545523,444

Примечание: параметр дом иниро вания H₁ = 569430 степень доминирования ^Н//D = 0,415

Учитывая результаты наших исследований, можно рекомендовать использо- вать применительно к изученному селекционному материалу подсолнечника периодический отбор на общую комбинационную способность (ОКС), предложенный Дж. Спрэгом [21], конвергентное улучшение, разработанное F.D. Richey [22], и метод кумулятивной селекции, основанный F.D. Richey [23]. Все три метода отбора базируются в теоретическом отношении на признании основной причиной гетерозиса гипотезы доминантных сцепленных факторов, обладающих аддитивным эффектом.

Выводы. В наследовании признака урожайности семянок у межлинейных гибридов подсолнечника на ЦМС-основе эпистаз отсутствовал. Основную роль в генетическом контроле этого признака играет аддитивное взаимодействие генов. Для улучшения изученных нами линий и гибридов подсолнечника целесообразно использовать методы рекуррентного отбора на ОКС, конвергентное улучшение и кумулятивную селекцию.