CC BY
53
Хохлов С.С., Тырнов B.C., Гришина Н.В. и др. Гаилоидия и селекция.М., 1976. 221 с.
Цветова М.И. Исследование полиэмбрионии у некоторых сортов мягкой пшеницы //Апомиксис и цитоэмбриология растений. Вып.2. Саратов, 1971. С. 94-103.
Grossniklaus U., Koltunow A.,van Г.оокегсп Campagne. A bright future for apomixis //Trends in plant science.Vol.3, № 3. P.415 -416.
УДК 581.331.2, 575.224.234
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЫЛЬЦЫ У ТЕТРАПЛОИДНЫХ И ГИПОТЕТРAF1JЮИД11ЫХ ФОРМ ТАБАКА, ПОЛУЧЕННЫХ 11А OCIЮВЕ ДЕСИНАПТИЧЕСКОГО МУТАНТА Dsyl
А.Ю. Колесова, O.J1. Госспова, Н.Х. Еналеева Саратовский государственный университет им Н.Г. Чернышевского
Для понимания механизмов генетической регуляции систем размножения растений необходимо создание и изучение коллекции форм с мутационными изменениями отдельных генеративных признаков. У Nicotiana tabacum I.. экспериментальным путем получена мутантная форма, характеризующаяся уменьшенным числом элементов в зародышевых мешках и остановкой развития пыльцевых зерен на одноядерной или ранней двуклеточной стадиях (Епа-leeva, 1997; Колесова, Еналеева, 2001). Установлено, что основной эффект мутации (Dsyl) заключается в десинапсисе по одной хромосоме, приводящем к формированию анеуилоидпых 23-хромосомных мега- и микроспор, из которых развиваются аномальные мега- и микрогаметофиты (Еналеева, Колесова. 2000; Колесова, 2000).
Путем культивирования in vitro соматических тканей мутанта Dsyl получен 96-хромосомный тетраплоид, характеризующийся частичной фертильно-стыо. В настоящей работе представлены результаты подсчета числа хромосом и цитологического анализа пыльцы у самооныленного потомства течраплоида.
Материалы и методы
Объектом исследования служили тетраплоид, несущий мутацию Dsyl в двойной дозе (далее обозначаемый как «Тетраплоид (Р)»), и 14 его потомков. У каждого растения на стадии проростков фиксировали ацетоалкоголем (1:3) копчики корешков, предварительно обработанные 0,002 M раствором оксигид-рохинолина. Корневые меристемы окрашивали ацстогемагоксилином по стандартной ме тодике (Турков и др., 1988) и подсчитывали числа хромосом.
Растения выращивали на экспериментальном участке и во время цветения фиксировали зрелые пыльники (по 3 из разных цветков).
Пыльцу окрашивали в смеси ацетокармина, глицерина и хлоралгидрата (1:1:1), после чего проводили детальный анализ пыльцевых зерен (113). Морфо-
логически нормальные ИЗ измеряли на ацетокарминоных препаратах с помощью окуляр-микрометра. Для каждого растения анализировали по 300 ПЗ из 3 разных пыльников и измеряли по 100 морфологически нормальных 113.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы Rxcel для Windows.
Результаты
Кариологический анализ потомков тетраплоида (4п=96) показал, что 12 растений содержат от 90 до 95 хромосом (то есть, они являются гипотетраплои-дами), а два растения имеют тетраплоидный набор хромосом (табл. 1).
В результате изучения качества пыльцы установлено, что частота возникновения морфологически нормальной пыльцы у потомков тетраплоида варьирует от 17,0 до 63,3% (рис. 2). Среди аномальных ПЗ у большинства растений преобладали пустые Г13 (13,3-43,0% от общего числа 113), представляющие собой результат полной дегенерации содержимого ПЗ. Далее но частоте встречаемости следовали двуклеточиые недоразвитые ПЗ (13,3-43,0%), отличавшиеся от нормальных меньшими размерами и морфологией ядер (рис. 3, а). В отличие от морфологически нормальных ПЗ, где просматривалось иитенсивно окрашенное генеративное ядро веретеновидной формы, в двуклеточных недоразвитых ПЗ генеративное ядро имело овальную или округлую форму. Частота образования 1-ядерных ПЗ (рис. 3, а) у разных растений составляла от 5,7 до 37,0%. У исходной родительской формы морфологически нормальные ПЗ составили 44,7%; остальные ПЗ в большинстве случаев останавливались в своем развитии на 1 -ядерной стадии (рис. 2).
Морфологически нормальная пыльца у изученных растений значительно варьировала по размерам (табл. I, рис. 3, б), при этом наиболее многочисленную группу составляли ПЗ размером от 30 до 42 мкм (рис. 4).
0% -1-1-1-Ы-и-Ш-М-Ы—и!-—м-1-1-и-м-м-----1-
№2 №12 №13 №3 №6 №10 №11 №7 №8 №9 №1 №14 №5 №4 5
с
Потомки тстраплонда ¡3
«Л
□ морфолог ически нормальные 113: Ш двуклеточныс нсдорагшнтые 113: £
□ одноядерные ПЗ: Ш пустые 113
Рис. I. Соотношение разных типов пыльцевых зерен у тстраплоида и его потомков
• т щит Щ б ♦ ®
а з — #
Рис. 2. Пыльца гипотетраплоидов: а - №6 (1- морфологически нормальные ПЗ; 2 - двуклегочное недоразвитое ПЗ; 3 - одноядерное ПЗ); б -№8. Варьирование пыльцы по размеру.
Таблица 1. Размеры морфологически нормальной пыльцы у тетранлоида и его
потомков
Форма № _растсния Число хромосом Диаметр ПЗ, мкм
< х±ш) тш тах и
1 93 34,68 + 0,15 27,69 42,60 4.3
2 95 31,16+ 0,23 25,56 38,34 7,4
3 94 31,5910,35 23,43 51,12 11.1
4 95 37,21 ±0,34 21,13 40,47 9,1
5 96 36,74 ± 0,22 23,43 46,86 6.0
6 94 .14,76 ± 0,22 23,43 44,73 6,3
Потомки 7 95 32,84 ± 0,24 12,78 40,47 7,3
тстраплокла 8 95 31,52 ±0,13 21,13 55,38 12,1
9 96 32.78 ± 0.24 17,04 38,34 7,3
10 93 34.02 + 0,32 23,43 40,47 9.4
11 93 30,31+0,15 14,91 40.47 4.9
12 93 34,85 ± 0,35 23,43 46,86 10.0
13 94 34,53 ± 0,25 23,43 44,73 7,2
14 90 33,76 ±0,35 17,04 44,73 10,4
Тетраплоид (Р) 1 96 34,59 ± 0,29 23,43 42,60 8.25
70 •
Размер ПЗ, мкм
- Потомки тетранлоида; .....Тетраплоид (Р)
Рис. 3. Распределение морфологически нормальной пыльцы но размеру у тетранлоида и его потомков
Обсуждение
Цитогенетический аналич потомков мутантного тетраплоида показал, что большая часть растений (12 из 15) являются гипотетраплоидами с числами хромосом от 90 до 95. Лишь два растения имели тетраплоидный набор хроомо-сом. Высокая частота появления гипотетраплоидов, по всей вероятности, связана с действием десинантического гена Озу 1, обусловливающего образование у мутатного тефаплоида анеуплоидных гамет с недостающими хромосомами.
В результате изучения качества пыльцы установлено, что у исследованных растений уровень морфологически нормальной пыльцы составляет от 17,0 до 63,3%, при этом морфологически нормальные 1ГЗ значи тельно варьируют по размерам. Наблюдаемая картина может быть связана, во-первых, с аномальным протеканием мейоза, что характерно для анеунлоидных и тераплоидных форм (Машталер, Чеченева, 1977; Ярмолюк, 1972); во-вторых, с действием гена Р.чу I, увеличивающем частоту нарушений в мейозе. Следует отметить, что ги-потетраплоидные растения существенно не отличались от гетраплоидных ни по частоте возникновения аномальных ПЗ, ни по размерам пыльцы.
Данные, полученные при изучении пыльцы у потомков мутантного тетраплоида, аналогичны результатам проведенного ранее исследования пыльцы потомков гипертринлоидного растения табака, спонтанно возникшего в потомстве десинаптического мутанта ОБу1 (Колесова и др., 2002). У изученных потомков гипертринлоида, числа хромосом которых составляли от 66 до 83, также наблюдалось зачительное варьирование пыльцы по размеру и качеству (частота морфологически нормальных ПЗ у разных растений варьировала от 14 до 79%).
Полученные нами анеуплоидные формы табака частично фертильны, что позволяет в течение многих поколений получать анеуплоидные растения различной генетической конституции для дальнейших эмбриологических исследований.
Работа выполнена при поддержке фондов «Университеты России» (грант УР.07.01.016) и МО РФ по фундаментальным исследованиям в области естественных наук (фант Е02-6.0-315).
Литература
Еналеева Н.Х., Колесова А.Ю. Цитологическое и генетическое исследование таметофитной мутации табака, вызывающей редукцию числа элементов в зародышевых мешках //Тез. докл. ВОГИС. СПб., 2000. С.211-212.
Колесова А.Ю., Еналеева Н.Х. Состояние мужского гаметофита у мутантов МсоЦапа 1аЬасит Ь. с уменьшенным числом элементов в зародышевых мешках // Известия СГУ. Серия биологическая, Вьш. специальный. 2001. С.184-189.
Колесова А.Ю., Еналеева Н.Х., Белоконова С.А. Цитологическое и морфологическое исследование анеуплоидов №со^апа 1аЬасиш // репродуктивная биология, генетика и селекция. Саратов, 2002. С. 61-68.
Машталер С.Г., Чеченева Т.Н. Цитогенетические исследования тефапло-идной ржи // Экспериментальная генетика растений. Киев, 1977. С.36-52.
Гурков В.Д., Гужов Ю.Л., Шслспина Г. А., Кишмария Я.Ш., Кометиани Д. Г. Хромосомные исследования растений в проблемах селекции, клеточной инженерии и генетическом мониторинге. М., 1988. 64с.
Ярмолюк Г.И. Явление анеуплоидии у полиплоидной сахарной свеклы // Полиплоидия и селекция. Минск, 1972. С.212-218.
Enalecva N. Л tobacco mutant with a reduced cell number in embryo sacs. 1. Expression of the mutation in plants of different generations at the mature game-tophyte stage// Sex. Plant Reprod. 1997. № 10. P. 300-304.
УДК 581.331.2 + 576.354.4 РАЗЛИЧИЯ В ПРОЯВЛЕНИИ МУТАЦИИ ДОМИНАНТНОЙ МУЖСКОЙ СТЕРИЛЬНОСТИ У СОРГО В РАЗНЫХ ГЕНОТИПАХ
М.И. Цпетопа, JI.A. Эльконин НИИ СХ Юго-Востока
К настоящему времени у десятков видов цветковых растений открыты гены мужской стерильности (Kaul, 1988). Признак мужской стерильности чаще определяется одним или немногими рецессивными генами, однако, у ряда видов обнаружены и доминантные гены мужской стерильности. Ранее проведённые исследования показали, что стерилизующее действие генов, обусловливающих мужскую стерильность (ms и Ms), проявляется чаще во время гамс-тогенеза, как это наблюдается и у форм с цитоплазматической мужской стерильностью (Kaul, 1988). Однако выявлены гены, нарушающие микроспоро! е-нез, причём большинство из них вызывает нарушения на строго определённых стадиях формирования пыльцевого зерна.
Существование мутаций, нарушающих процессы микроснорогенеза у растений при сохранении нормального мейоза в женской сфере, указывает на то, что у растений генетические системы, контролирующие «женский» и «мужской» мейоз, различаются между собой.
Общепризнано, что анализ мейоза у организмов, несущих мейотические мутации, позволяет вычленить элементарные события, происходящие в мейозе, и выявить гены, определяющие эти события. Очевидно, что накопление данных о действии генов, определяющих ход микроснорогенеза у мужски стерильных обоеполых растений, может быть полезным для более глубокого понимания такого общсбиологического явления как мейоз.
У сорго ранее выявлен ряд рецессивных генов мужской стерильности, причём, но крайней мере, семь из них являются неаллельными друг другу (Dogget, 1988; Ишин и др.,1987).
Нами ранее из каллусных культур, полученных из листьев и метелок гаплоида сорго (сорт Майло-145) были регенерированы мутанты с мужской стерильностью (Elkonin et al, 1994). При скрещивании мутантов с линией СК-723 наблюдалось закрепление мужской стерильности. В результате серии последовательных бэккроссов мутантов с линией СК-723 был создан аналог данной линии па цитоплазме мутантов, обозначенной как [Ate], [Atc]CK-723. У этого
