Устойчивость мутации высокоолеиновости масла к действию супрессора в семенах подсолнечника

Введение. Изучение гибридных семян в скрещивании образцов мировой коллекции подсолнечника с высокоолеиновыми тестерами показало, что мутация Ol была доминантной в 59 % комбинаций скрещиваний, неполностью доминантной в 38 % и рецессивной в 3 % [1] . Наблюдаемое варьирование содержания олеиновой кислоты в отдельных семенах F 1 от мутантного до нормального фенотипов объясняется как неполной пенетрантностью гена Ol в гетерозиготе при наличии супрессора [3] , так и потенциальной гетерозиготностью нормальных образцов по супрессору. Предполагается, что гомозиготное состояние супрессора может идентифицироваться и контролироваться только на генотипической среде OlOl гомозиготы, вызывая нормальный фенотип [4].

Наследование мутации высокоолеиновости в семьях F2 при скрещивании высокоолеиновых и супрессорных линий соответствовало различным схемам расщепления: моногенной рецессивной, моногенной доминантной, полигенной и без расщепления. Важно, что доля мутантных семян в популяции F2 положительно коррелировала с содержанием олеиновой кислоты в исходном семени F1 [2].

У высокоолеинового мутанта в период активного биосинтеза запасного жира в созревающих семенах отсутствует активность фермента микросомальной олеат-десатуразы, катализирующего превращение олеиновой кислоты в линолевую [5] . Позже было установлено существенное уменьшение уровня накопления в клетках м-РНК этого фермента [6] . Следовательно, с молекулярно-генетической точки зрения, мутация высокоолеиновости вызывается нарушением регуляции транскрипции экспрессирующегося только в клетках зародыша семени ФАД2 гена [7].

Изучение эффекта супрессии мутации высокоолеиновости в ходе гибридологического анализа было целью данной работы.

Материал и методы . В скрещиваниях использованы линии генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК: высокоолеиновые ЛГ26 и ВК508; линолевые ЛГ28, 83HR4, RIL100, К1587 и ВИР721. Гибридологический анализ выполнен принятыми в лаборатории генетики ВНИИМК методами.

Определение жирно-кислотного состава масла проводили с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот на хроматографе Хром-5 с пламенно ионизационным детектором.

Показатель степени доминирования признака рассчитывали как отношение h/d, где h – отклонение фенотипа F1 от среднего (m) между ранжированными родителями P1 и P2, а d – половина разности между родителями P1 и P2 или модуль разности любого родителя и m.

Результаты и обсуждение. В рамках международной программы изучения генетики мутации высо-коолеиновости у подсолнечника нами была получена из INRA (г. Монпелье, Франция) в 2003 г. рекомбинантная инбредная линия RIL100. Эта линия представляла собой F₆ (I₅) поколение скрещивания 83HR4×RHA345. Главной особенностью RIL100 являлось необычное сочетание мутации высокоолеиново-сти, идентифицируемой по молекулярному маркеру, с нормальным низкоолеиновым фенотипом.

В задачи нашей работы входила проверка присутствия Ol мутации у RIL100 путём гибридологического анализа. В скрещиваниях участвовали три нормальные по жирно-кислотному составу линии: RIL100 (40 % олеиновой кислоты), 83HR4 (42 %) и ЛГ28 (27 %). Все семена F₁ двух комбинаций скрещиваний RIL100×83HR4 и ЛГ28×RIL100 обладали нормальным фенотипом. У семян F₂ от скрещивания RIL100×83HR4 и одной семьи ЛГ28×RIL100 наблюдались только нормальные фенотипы (табл. 1). В другой семье ЛГ28×RIL100 обнаружено 9 мутантных семян (80-92 % олеиновой кислоты) из 120 штук.

Таблица 1 – Наследование мутации высокоолеиновости в F₂ в скрещиваниях с линией RIL100

ВНИИМК, Краснодар, 2003 г.

Скрещивание	Число семян F2, шт.
	нормальных (27-71 % С18:1*)	мутантных (77-93 % С18:1)
RIL100×83HR4	30	0
ЛГ28×RIL100	80 111	0 9

* - С18:1 – олеиновая кислота

Факт появления рекомбинантных высокоолеиновых семян в F 2 при скрещивании обычных по жирно-кислотному составу линий был обнаружен впервые и доказывает наличие мутации Ol у RIL100 в гипостатическом состоянии. Данные гибридологического анализа подтвердили предположение, высказанное французскими учёными в молекулярно-генетическом исследовании мутации [4].

Второй аспект изучения особенностей супрессорного эффекта был связан с проведением гибридологического анализа мутации в скрещивании с предварительно отобранными из мировой коллекции подсолнечника линиями, существенно снижающими содержание олеиновой кислоты у гетерозиготных семян.

Так, в скрещивании высокоолеиновой ВК508 с двумя супрессорными линиями К1587 и ВИР721 в F₁ доминировал признак нормального содержания олеиновой кислоты со значениями h/d 0,05 и 0,25. Этот факт подтвердил ингибиторный эффект супрессорных линий. Тем не менее, высокоолеиновая ЛГ26 в скрещивании с супрессорами показала полное доминирование мутации в F 1 с h/d, равным 1,12 и 0,96 (табл. 2).

Таблица 2 – Степень доминирования высокоолеиновости в семенах F₁

ВНИИМК, Краснодар, 2003 г.

Скрещивание	Содержание олеиновой кислоты, % (n = 20)			Степень доминирования, h/d	НСР 05
	♀	F 1	♂
K1587XВК508	53	71	91	-0,05	5
ВИР721 XВК508	32	54	91	-0,25	6
K1587XЛГ26	53	89	87	1,12	2
ВИР721 XЛГ26	32	86	87	0,96	3
НСР 05	4	8	1

Смена доминирования признака в различных скрещиваниях F1 может объясняться взаимодействием супрессора и мутации Ol по типу доминантного эпистаза. Более парадоксальным представляется феномен отсутствия единообразия гибридов F1, заключающийся в существенном варьировании содержания олеиновой кислоты в отдельных семенах по всем фенотипическим классам от нормального до мутантного для двух первых комбинаций скрещиваний. Очевидно, что дигетерозиготное состояние мутации Ol и супрессора может сопровождаться неопределённостью значений признака у семян F1, тогда как гомозигота по супрессору приводит во всех случаях к нормальному фенотипу (RIL100).

В шести семьях F 2 с участием ВК508 наблюдалось дигенное расщепление на фенотипические классы нормальный и высокоолеиновый в модельном отношении 13 (9 Ol-Sup- , 3 olol Sup- , 1 olol supsup ): 3 ( Ol- supsup ). Кроме того, в одной корзинке все семена оказались фенотипически нормальными. При скрещивании ЛГ26 с супрессорами, однако имело место моногенное расщепление 1 нормальный : 3 высокоолеиновых (табл. 3).

Таблица 3 – Расщепление в F 2 по мутации высокоолеиновости масла в отдельных семенах при скрещивании с супрессорными линиями

ВНИИМК, Краснодар, 2003-2004 гг.

Скрещивание	Фенотип F1, %	Число семян F2, шт.		Доля мутантов	χ2
		норма	мутация		13:3	1:3
ВИР721×ВК508	29	40	0	0,00	-	-
	35	34	6	0,15	0,37*	76,80
	35	37	3	0,08	3,32*	97,20
	72	34	6	0,15	0,37*	76,80
	85	33	7	0,18	0,04*	70,53
К1587×ВК508	55	33	7	0,18	0,04*	70,53
	70	30	10	0,25	1,03*	53,33
ВИР721×ЛГ26	85	10	30	0,75	83,08	0,00*
	85	15	25	0,63	50,25	3,33*
	85	5	35	0,88	124,10	3,33*
	85	14	26	0,65	56,16	2,13*
К1587×ЛГ26	85	8	32	0,80	98,50	0,53*
	85	9	31	0,78	90,62	0,13*

* – р > 0,05, χ² st = 3,84

В полевых условиях 2005 г. из отдельных семян F 2 с известным жирно-кислотным составом получено 79 семей F 3 в трёх комбинациях скрещиваний ВИР721×ЛГ26, К1587×ВК508 и ВИР721×ВК508. В каждой корзинке проанализировано по 10 отдельных семян для оценки гомогенности потомства (табл. 4).

Первое скрещивание ВИР721×ЛГ26 характеризовалось в F₃ классическим типом моногенного наследования 1:2:1 по числу нормальных, расщепляющихся и мутантных семей. Кроме того, мутантные семена F₂ дали потомство в F₃ двух видов: или мутантное, или расщепляющееся, тогда как нормальные семена F₂ – только нормальное. Следовательно, мутация Ol наследовалась в F₃, как моногенный доминантный признак.

Во втором скрещивании К1587×ВК508 не обнаружено ни одной гомогенной семьи F₃ с мутантными семенами. При этом расщепление в F₂ на 30 нормальных : 10 мутантных соответствовало схеме 13:3, согласно которой класс мутантных семян должен давать в самоопылённом потомстве два вида семей F 3 – мутантные и расщепляющиеся в отношении 1:2. Из шести полученных семей F 3 четыре показали расщепление, а две были гомогенными, но с нормальными семенами. Следовательно, в F 3 не удалось получить рекомбинантный гомозиготный мутантный фенотип после пребывания мутации Ol в гетерозиготном сочетании с супрессором.

Таблица 4 – Гомогенность семей F₃ по мутации высокоолеиновости масла в отдельных семенах при скрещивании с супрессорными линиями

ВНИИМК, Краснодар, 2005 г.

Скрещивание	Число семей F3, шт.
	нормальных, без расщепления	расщепляющихся	мутантных, без расщепления	всего
ВИР721×ЛГ26	7	15	7	29
К1587×ВК508	18	7	0	25
ВИР721×ВК508	25	0	0	25

В третьем скрещивании ВИР721×ВК508, начиная с нормального cемени F1, у 40 нормальных семян F2 и 25 гомогенных семей F3 с 250 нормальными семенами наблюдалось полное отсутствие семян с мутантным фенотипом. Это "исчезновение" мутации не может быть отнесено к артефакту за счёт отсутствия гибридизации отдельного трубчатого цветка корзинки материнской формы ВИР721 и его самоопыления. Прямым доказательством успешной гибридизации явилось моногибридное расщепление в F2 по гену антоциановой окраски всего растения T (121 антоциановых : 36 зелёных, χ2(3:1)=0,36; р > 0,05) и дигибридное расщепление по гену T и гену-локализатору антоциановой окраски в лепестках язычковых цветков G (78 антоциановых : 79 не антоциановых, χ2(9:7)=2,75; р > 0,05). Рецессивные аллели этих маркерных генов находились у отцовской формы ВК508.

Заключение. В результате гибридологического анализа установлено наличие у нормальной по жирно-кислотному составу линии RIL100 мутации Ol в гипостатическом состоянии. При скрещивании нормальных линий ЛГ28×RIL100 в F₂ обнаружены рекомбинантные высокоолеиновые фенотипы с частотой около 8 %.

Наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ЛГ26 с супрессорами К1587 и ВИР721 соответствовало моногенной доминантной схеме в F 1 , F 2 и F 3 . Это явление указывает на устойчивость мутации Ol в генотипической среде линии ЛГ26 к действию супрессора. С другой стороны, наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ВК508 с супрессорами в F 1 и F 2 описывалось дигенной моделью по типу доминантного эпистаза Sup над Ol в отношении 13 нормальных : 3 мутантных. Комбинация К1587×ВК508 показала в F 3 отсутствие гомозиготных высокоолеиновых семей, а ВИР721×ВК508 – отсутствие не только гомозиготных высокоолеиновых, но и расщепляющихся семей, т.е. полное исчезновение мутантных семян. Подобное явление реверсии признака к дикому типу, вероятно, может объясняться репарационным механизмом действия супрессора.