CC BY
25
3. Дарвин Чарлз. Происхождение видов. - М.: ГИСХЛ, 1952. - 483 с.
4. Дарвин Чарлз. Изменения домашних животных и культурных растений. - М.: Изд. АН СССР, 1951. - 883 с.
5. Дзюбецький Б.В., Черчель В.Ю., Антонюк С.П. Селекщя кукурудзи // Селекщя i генетика в Укршш на меж тисячолгть. Том 2. - К.: Логос, 2001. - С. 571-589.
6. Жуковский П.М. Культурные растения и их сородичи. - Л.: Колос, 1971. - 750 с.
7. Лукьяненко П.П. Избранные труды. - М.: Колос, 1973. - 448 с.
8. Ригин Б.В., Гончаров Н.П. Генетика онтогенеза пшеницы // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Генетика и селекция возделываемых растений, 1989. - 148 с.
9. Уэзеруокс П., Рандольф Л.Ф. История и происхождение кукурузы // Кукуруза и ее улучшение. - М.: Иностранная литература, 1957. - С. 7-53.
10. Чайлахян М.Х. Регуляция цветения высших растений. - М.: Наука, 1988. - 559 с.
11. Hallauer A.R. Methods used in developing maize inbreeds // Maydica. - 1990. - V. 5, N 1. - P. 1-16.
12. Stelmakh A.F. Genetic systems regulating flowering response in wheat // Euphytica. - 1998. - N 100. - Р. 359-369.
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ В ПОЛУЧЕНИИ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ С МЯГКОЙ ПШЕНИЦЕЙ
Н.А. ХАЙЛЕНКО, доктор биологических наук ДГП «Институт биологии и биотехнологии растений» РГП «НЦБ РК» КН МОН РК,
Алматы, Республика Казахстан
Введение
Повышение урожайности и устойчивости пшеницы к стрессам и болезням является главной задачей генетиков и селекционеров Казахстана, а создание гибридной пшеницы для одного из регионов республики на основе цитоплазматической или генной мужской стерильности помогло бы разрешить множество проблем, в том числе и проблему генетически чистого производства зерновой продукции. В последнее время в процессе выведения новых сортов для придания растениям полезных признаков начаты исследования эпигенетических изменений у мягкой пшеницы.
В целом эпигенетикой называют раздел биологии о причинных взаимодействиях между генами и их продуктами, образующими фенотип. Эпигенетическая теория предполагает, что эволюционное изменение начинается тогда, когда популяция попадает в непривычные условия существования, а далее реализуется онтогенезом вне зависимости от внешних условий. Сейчас эпигенетика - широкое понятие, отражающее онтогенетические, физиологические, молекулярные и эволюционные аспекты регуляции активности генов [1].
Эпигенетическая теория эволюции широко обсуждается во всех странах мира, однако конкретных законов наследования признаков, таких как в классической генетике, пока не выработано.
Большинство исследователей до сих пор считают, что у гибридных организмов, полученных при отдаленной гибридизации растений, наследование признаков определяется классическими законами генетики, но к настоящему времени часть исследователей склоняется к мысли о том, что у живых организмов, в частности у растений, существует система эпигенов, проявление которых не подчиняется общепризнанным законам генетики, а в результате их действия и проявляются явления различного типа стерильности гибридного материала, апомоксиса, пистиллоидности, нарушения в функционировании женского гаметофита [2].
На факты гибели гибридных зерновок на различных стадиях эмбриогенеза у растений F1-F3 и беккроссов, полученных при межвидовых скрещиваниях пшеницы, ученые указывали еще в прошлом веке [2, 3].
Целью исследований являлось получение in vitro регенерантов, выращенных из незрелых и зрелых зародышей от межвидовых скрещиваний пшеницы с использованием видов - носителей мужской стерильности и полноценных растений из регенерантов; разработка способов выращивания растений с помощью метода эмбриокультуры.
Объекты и методы исследования
Объектами для исследований служили виды пшениц: T. aestivum L. (AuAuBBDD) (сорта Ленинградка и Саратовская-29), T. compactum L. (AuAuBBDD), гибриды F1 T. compactum x Ленинградка.
Посев производили на полях КазНИИЗиР АО «Казагроинновация» МСХ РК. Все родительские формы, расщепляющиеся популяции гибридов, линии выращивали в поле с площадью питания растений 5 х 30 см. Во всех полевых опытах соблюдали режим агротехнических мероприятий, общепринятый для данного региона. Скрещивания всех видов и сортов проводили по общепринятым методам с некоторыми модификациями [2]. Кастрировали и опыляли по 5-10 колосьев каждой комбинации. Опыляли с помощью твел-метода, с подрезанием или без подрезания чешуй колосьев материнских сортов. Опыление проводили по мере созревания рылец в цветках, 2-3 раза, в течение 10-15 суток. Перед опылением проверяли фертильность пыльцы в цветках гибридных растений.
В ходе эксперимента использовался следующий метод стерилизации зерновок: 70%-ный этиловый спирт - 10 мин.; 0,1%-ный раствор сулемы - 1 мин.; хлорка - 5 мин.; бидистиллированная H2O - 15 мин.; промывали 3 раза, каждый раз в свежей порции. В результате эксперимента подтверждено, что метод стерилизации зерновок (обработка семян 70%-ным этиловым спиртом - экспозиция 10 мин.) является оптимальным для дальнейшей работы.
На искусственные питательные среды были посажены незрелые 15-суточные зародыши вида T. compactum, сортов Саратовская-29 и Ленинградка, а также гибридные 15-суточные зародыши комбинации T. compactum х Ленинградка. Каллусы получали из зародышей, изолированных на 15-тые сутки после опыления. Зерновки освобождали от цветковых и колосковых чешуй, зародыши изолировали в стерильных чашках Петри с помощью препаровальных игл под бинокулярной лупой МБС-9. Выделенные зародыши помещали щитком вверх на питательную среду Гамборга (В5) и на среду Мурасиге и Скуга (МС), содержащую 2 мг/л 2,4-Д, в стерильных условиях ламинарного бокса. До появления побегов экспланты выдерживались в термостате в темноте при 25 °С, затем переносились на свет в условия культуральной комнаты, обеспечивающей температуру 25°С, 16-часовой фотопериод с интенсивностью освещения 5-10 клк и влажность 75-80%. Через каждые 4-5 недель каллусы пересаживали на свежую питательную среду. При появлении каллусов с зачатками побегов их переносили на среду без фитогормонов, а затем культивировали на свету при 16-18-часовом фотопериоде.
Результаты и обсуждение
Опыты по получению межвидовых гибридов пшеницы, в частности с использованием видов-носителей стерильности, а также видов-восстановителей фертильности, проводились нами в течение 1988-2008 гг. В связи с тем, что завязываемость гибридных зерновок, как правило, была недостаточно высокой, в 20062008 гг. нами были запланированы и проведены опыты по искусственному выращиванию гибридных зародышей на питательных средах с помощью методов биотехнологии, прежде всего для того, чтобы снять эффект воздействия гибридного эндосперма на развитие зародыша, а также для восполнения гибридных растений F1 с
целью их дальнейшего использования в генетических анализах. К настоящему времени нами получены как регенеранты видов и сортов пшеницы, так и гибридные растения.
Наблюдения за развитием зародышей на искусственных питательных средах в течение 2 месяцев показали, что зародыши родительских форм - вида Т. еотраеШт, сортов Саратовская-29 и Ленинградка, хорошо развиваются и растут - от каллусов до растеньиц с 2 - 3 листьями, а зародыши гибридных комбинаций отличаются друг от друга как по каллусогенезу, так и по росту и развитию регенерантов. В комбинации Т. еотраеШт х Ленинградка наблюдали образование каллусов (рис. 1) у 33% эксплантов (на 105 незрелых зародышей) и развитие регенерантов - у 28% (на 146 незрелых зародышей). У части каллусов отмечали появление проростков. Регенеранты пересаживали в горшки с почвой в условиях теплицы (зима 2006-2007 гг.). Весной 2007 г., во время кущения растения высаживали на экспериментальный участок института. Как показали наши исследования, процент выращенных растений на искусственных питательных средах был небольшим. В полевых условиях все растения развивались и были фертильными (рис. 2, 3).
Рис. 1. Каллусы из незрелых зародышей растений комбинации Т. еотраеШт х Ленинградка
Рис. 2. Регенеранты, полученные из незрелых зародышей растений вида Т. еотраеШт, на экспериментальном участке института
Рис. 3. Регенеранты, полученные из незрелых
зародышей растений комбинации Т. еотраеШт х Ленинградка, на экспериментальном участке института
При фенологических наблюдениях за ростом и развитием пересаженных растений было отмечено, что все растения вида, сортов и гибридов развивались после пересадки нормально несмотря на то, что гибридные формы к моменту пересадки отставали в своем развитии - не столь активно кустились, как родительские формы. Выход в трубку, колошение и цветение растений были стандартными и регенеранты, полученные из 15 -суточных зародышей, ничем не отличались от растений, выращенных из семян. Пыльники у всех растений имели нормальную форму, пыльцевые зерна были фертильными, выброс пыльцы происходил нормально.
Однако визуальные наблюдения во время цветения показали, что часть цветков имела пыльники, характерные для признака ЦМС, и цветки оставались неопыленными, особенно на верхушках колосьев. Созревание зерновок также было нормальным, созревшие зерновки были хорошо выполненными, имели развитый зародыш и эндосперм.
В таблице представлены результаты полевого эксперимента по выращиванию потомств незрелых зародышей, полученных от межвидовых скрещиваний. Процент завязавшихся зерен у всех без исключения регенерантов, полученных из незрелых зародышей, был удовлетворительным - он колебался от 39 до 59%. Растения вида Т. сошрасШш и сортов Ленинградка и Саратовская-29 на полях КазНИИЗиР завязывают 89-95% зерен. Гибридные же растения F1 комбинации Т. сошрасШш х Ленинградка и на полях КазНИИЗиР завязывали в разные годы от 35 до 75% зерен, и, таким образом, растения, полученные из незрелых зародышей, ничем не отличались по данному признаку от обычных растений. Установить в этом эксперименте наследование признака мужской стерильности или фертильности не представилось возможным, поскольку опыт был заложен как модельный, с небольшим числом растений. Однако уже сейчас, сопоставляя полученные данные с результатами предыдущих лет по проценту образовавшихся зерновок у обычных растений, можно отметить, что, во-первых, качество сформированных зерен у регенерантов, полученных из незрелых зародышей вида Т. сошрасШш и сортов Ленинградка и Саратовская-29, немного отличается от качества образовавшихся зерен у обычных растений (по уровню накопления в зерне крахмала); во-вторых, маркерный признак ЦМС у данной гибридной комбинации не всегда проявляется в F1 и на полях КазНИИЗиР.
Таблица
Формирование зерен у регенерантов, полученных из 15-суточных незрелых
Коли- Количество, шт.
Вид, сорт, комбинация скрещивания Поколение чество выживших растений, шт. цветков зерен Процент сформировавшихся зерен
Т.сошрасШш - 2 140 74 52,9
Ленинградка - 1 76 42 55,3
Т.сошрасШш х Fi 2 200 93 46,5
Ленинградка
Т.сошрасШш х Fi 1 76 29 38,2
Ленинградка
Саратовская-29 - 1 152 89 58,6
Семена контрольных и гибридных растений, полученные от регенерантов комбинаций Саратовская-29, Ленинградка, вида T. compactum и комбинации T. compactum x Ленинградка, выращенных на экспериментальном участке института в 2007 г., были высажены в озимом посеве на поле КазНИИЗиР. Фенологические наблюдения за растениями F2 показали, что они прекрасно кустились и колосились, пыльники были нормальной формы, а формирование зерен у них колебалось в пределах от 45 до 55%. При анализе созревших растений отметили несколько интересных фактов: во-первых, растения не расщеплялись по морфологическим признакам; во-вторых, образование зерен у них осталась на уровне урожайности 2007 г. (табл.); в-третьих, изменился вид зерен - и гибридные, и контрольные зерновки были стекловидными, прозрачно-розовыми, имели гладкий эндосперм (в 2007 г. в зерне были крупные и мелкие крахмальные пятна, что снижало качество зерна).
Выводы
Получены in vitro регенеранты, выращенные из незрелых и зрелых зародышей от межвидовых скрещиваний пшеницы с использованием видов - носителей мужской
стерильности; получены полноценные фертильные и полуфертильные растения из регенерантов, пересаженных в условия in situ; получен семенной материал у всех растений, выращенных из регенерантов.
Способ выращивания растений с помощью эмбриокультуры оказался эффективным для межвидовых гибридов, созданных при скрещиваниях пшеницы, с использованием видов - носителей мужской стерильности.
Список литературы
1. Гродницкий Д.Л. Эпигенетическая теория эволюции как возможная основа нового эволюционного синтеза // Журнал общей биологии. - 2001. - Т. 62, № 2. - С. 99-109.
2. Хайленко Н.А. Цитогенетические и цитоэмбриологические закономерности формирования межвидовых и межсортовых гибридов пшеницы и риса: Автореф. дисс.... доктора биол. наук: 03.00.15 и 03.00.05. - Алматы, 2004. - 58 с.
3. Хайленко Н.А. Цитоплазматическая мужская стерильность у некоторых гибридов тетра- и гексаплоидной пшеницы // Вестник КазНУ. Серия биол. - 2008. - № 2 (37). - С. 69-74.
ПРИМЕНЕНИЕ СОВМЕСТНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КАЛЛУСНЫХ КУЛЬТУР ПШЕНИЦЫ (TRITICUM AESTIVUM L.) С ПАТОГЕННЫМИ ГРИБАМИ В ИССЛЕДОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ ФИТОИММУНИТЕТА
Л.Г. ЯРУЛЛИНА, доктор биологических наук;
Н.Б. ТРОШИНА, доктор биологических наук;
О.Б. СУРИНА, кандидат биологических наук;
И.В. МАКСИМОВ, доктор биологических наук Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и генетики Уфимского
научного центра РАН, Уфа, Россия
Введение
Одной из первоочередных проблем современной биологии является выявление путей формирования устойчивости растений к фитопатогенам. Известно, что устойчивые растения ограничивают распространение фитопатогенов путем формирования зоны некроза, в которой происходит усиление продукции активных форм кислорода [13]. Пути образования активных форм кислорода в растениях многообразны и активно обсуждаются в научной литературе [9, 10]. Так, показано, что накопление перекиси водорода (Н2О2) в растительных тканях возможно за счет окисления щавелевой кислоты оксалатоксидазой [7] в результате специфического ингибирования каталазы и пероксидазы салициловой кислотой (СК) [8], индукции экспрессии ряда генов окислительных ферментов под воздействием производных хитина.
Удобной моделью для изучения механизмов формирования защитных реакций растений к фитопатогенам могут служить совместные культуры растительных клеток с возбудителями болезней. Такая культура у нас была получена с использованием каллусов пшеницы и спор возбудителя твердой головни Tilletia caries Tul., причем обнаружены различия в степени инфицируемости грибом различных участков каллуса: гриб успешно развивался в межклеточном пространстве рыхло расположенных паренхимоподобных клеток и не инфицировал зоны организованного роста каллусов и ризоиды [3]. Нами также были выявлены морфологические различия между каллусами восприимчивого и устойчивого к возбудителю твердой головни образцов пшеницы. Если каллусы восприимчивых образцов характеризовались наличием небольшого количества плотных участков, то в каллусах устойчивых образцов плотных участков было значительно больше. Эти данные навели нас на мысль о сходстве некоторых механизмов
