CC BY
47
Rice R.D., Alderson P.G. & Wright N.A. Induction of bulbling of tulip shoots in vitro. Sei. Hort. 1983. Vol. 20. № 1. P. 377-390.
УДК 581.224.234;581.3
ЦИТОЭМБРИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНЕУПЛОИДОВ NICOTIAN A TABACUML.
O. JI. Госенова, А. Ю. Колесова Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83
Для определения потенциальной изменчивости мегагаметофита необходимо получение и исследование форм с генетически измененными признаками. Различного типа нарушения в структурной и функциональной организации гаметофита могут быть обусловлены мутациями разного типа (Еналеева, Тырнов, 2000).
Геномные мутации, в частности, полиплоидия и анеуплоидия, является мощным формообразующим фактором, играющим значительную роль в эволюции (Зеленцов, 2002; Otto, Whitton, 2000) и одним из механизмов преобразования систем размножения у растений (Грант, 1984; Nogler, 1984; Soltis, Soltis, 1999). Особый интерес в этом плане могут представить экспериментальные полиплоиды и анеуплоиды, полученные на основе гаметофитных мутантов, поскольку в этом случае может проявиться дополнительный морфогенетический эффект, расширяющий спектр фенотипических вариаций в генеративной сфере.
Материал и методы
Материалом служили анеуплоидные растения из самоопыленного потомства спонтанно возникшего 80-хромосомного гипертриплоида, обнаруженного среди растений мутантной линии Dsyl.
Определение чисел хромосом проводилось с использованием методики укорачивания 0,002 М раствором 8-оксихинолина, фиксации ацетоалкоголем (1:3) и окраски ацетогематоксилином. Анализ препаратов проводился на микроскопе "Zetopan" при увеличении X 1000. У экспериментальных растений количество хромосом варьировало от 66 до 83.
Завязи на 3 сутки после распускания цветков фиксировали ацетоалкоголем (1:3). Анатомический анализ семязачатков проводили с использованием техники просветления семязачатков (Herr, 1971). Препараты зародышевых мешков (ЗМ) готовили по методу ферментативной мацерации (Еналеева и др., 1972). Было исследовано по 200-300 семязачатков и 100 ЗМ.
Цитологический анализ препаратов проводили на микроскопе «Jenaval» при увеличении 10X60.
Математическую обработку материала проводили по стандартным методикам (Рокицкий,1964).
Результаты и обсуждение
У 6 растений потомства гипертриплоида был проведен анатомический анализ просветленных семязачатков. Результаты подсчетов семязачатков с развивающимися и дегенерирующими ЗМ представлены в таблице 1.
Количество семязачатков с полностью дегенерированными ЗМ у растений потомства гипертриплоида отличается друг от друга и составляет от 7% до 18%. Но по сравнению с исходным 80-хромосомным растением, у которого в 52,7% семязачатков ЗМ не развивались, количество дегенерировавших ЗМ значительно и достоверно снизилось (различия значимы при р<0,001).
Таблица 1.
Частоты семязачатков с дегенерировавшими ЗМ в завязях _анеуплоидов_
№ растения Семязачатки
всего, шт с дегенерир. ЗМ, %
3 200 7,0
9 200 8,5
17 200 9,0
27 200 10,5
40 200 18,0
44 200 14,5
исходный гипертпиплоид 300 52,7
При исследовании ЗМ у 11 анеуплоидных растений было установлено, что общее число ЗМ аномального строения составляет от 16% до 45% (табл. 2). Это снижение является достоверным по сравнению с исходным гипертриплоидом, у которого 56,7% ЗМ являются аномальными (различия значимы при р<0,01).
Сравнительный анализ спектра аномалий различных типов ЗМ анеуплоидных растений (табл. 2) свидетельствует о том, что встречаемость типов аномальных ЗМ и их соотношение у разных растений заметно варьируют. У всех изученных растений присутствую^ малоядерные клеточные и субнормальные ЗМ, также как и у исходного растения. Но только у двух растений ценоцитные малоядерные ЗМ составляют около половины всех аномальныхЗМ, у остальных их количество заметно снижено по сравнению с таковым у исходного растения. Чаще всего подобные малоядерные ценоцитные структуры имели 1-4 ядра и были похожи на молодые 1-, 2- и 4-ядерные ЗМ. Это сходство позволяет предположить, что у анеуплоидов произошло блокирование развития ЗМ на промежуточной стадии.
Таблица 2. Результаты анализа зародышевых мешков у исходного гипертриплоида и его потомков
№ растения Число хромосом Всего изучено ЗМ, шт Аномальные зародышевые мешки, шт :
всего с числом ядер
<7 7 или 8 >8
клеточн. ценоц. с к/п синер. с с/п яйцекл. с 3 пол. ядр. алом, дифф клеточн. ценоц.
3 4 100 16 5 2 2 0 0 3 4 0
9 66 100 45 20 2 6 1 0 6 9 1
16 82 100 20 4 10 4 0 2 0 0 0
17 68 00 21 4 13 2 0 0 1 1 0
18 75 00 16 6 1 4 0 1 2 2 0
23 75 100 40 25 6 6 0 1 1 1 0
27 83 100 39 29 0 2 3 1 2 2 0
38 72 100 33 3 0 3 1 0 3 13 0
39 74 00 17 9 3 1 0 0 3 1 0
40 80 00 16 2 0 2 2 1 0 9 0
44 75 00 31 7 1 7 0 0 1 14 1
исходный гипертриплоид 80 90 51 30 14 6 0 0 0 1 0
Субнормальные ЗМ в основном представлены ЗМ с яйцеклеткоподобной синергидой, реже встречались ЗМ с тремя полярными ядрами и синергидоподобной яйцеклеткой. У части ЗМ с типичным для N. IаЬасит 7-8 ядрами была отмечена, так называемая, аномальная дифференциация: ЗМ содержали более 3 клеток на одном из полюсов, имели больше трех полярных ядер или же другие структурные нарушения.
Следует отметить, что у потомков анеуплоида мы зафиксировали появление двух крупных ценоцитных ЗМ с 18 и 60 ядрами. Наличие подобных структур некоторые авторы объясняют, нарушением корреляции между двумя системами: определенным размером ЗМ и соответствующим ему числом митотических циклов (Еналеева, 2000).
Кроме ценоцитных многоядерных были обнаружены клеточные многоядерные ЗМ, у некоторых анеуплоидов их количество было довольно велико. Подобные ЗМ обычно содержали 9-12 ядер, но некоторых случаях их количество достигало 32. У исходного гипертриплоида был зафиксирован только единственный многоядерный ЗМ с 9 ядрами.
Выявление различного типа аномалий при изучении мегагаметофита анеуплоидов табака закономерно, поскольку мейоз у анеуплоидов в значительной степени нарушен: в результате образуются генетически несбалансированные гаметы с разным числом хромосом (Ярмолюк, 1972; Юркевич, 1977). В данном случае мейоз может быть нарушен ещё в большей степени из-за присутствия мутации Взу1, влияющей на процесс коньюгации хромосом (Колесова, 2000).
У исходного гипертриплоида существовали значительные нарушения при протекании процесса мегагаметогенеза, о чем свидетельствует большое количество семязачатков с полностью дегенерированными ЗМ (52,7%) и ЗМ аномального строения (56,7%). В его потомстве количество нарушений достоверно меньше: увеличилось число семязачатков с развившимися ЗМ и число ЗМ нормального строения. Это согласуется с литературными данными. Многие исследователи отмечают повышение фертильности у полиплоидов и анеуплоидов в последующих поколениях, считая, что в дальнейшем происходит адаптация генеративной системы к повышенному уровню плоидности и анеуплоидии. «Ранние» гетероплоиды проходят этап стабилизации, приводящий к появлению «диплоидизированных» полиплоидов, имеющих повышенную, по сравнению с исходной фертильность (Бреславец, 1963; Жуковский, 1972; Зеленцов, 2002). Подобное явления можно объяснить также жизнеспособностью анеуплоидных мегаспор (Зосимович и др, 1974; Чеченева, 1975). Считается, что при анеуплоидии геном претерпевает определенную перестройку на молекулярном уровне, благодаря которой становится возможным его нормальное функционирование и, следовательно, образование нормальных гаметофитов.
Литература
Бреславец Л.П. Полиплоидия в природе и опыте. М.: Наука, 1963.
364 с.
Грант В. Видообразование у растений. M.: Наука, 1984. 529 с.
Еналеева Н.Х. Внутривидовая изменчивость зародышевых мешков покрытосеменных растений: теоретические и прикладные аспекты (на примере Nicotiana tabacum L) Ii Автореф. дисс... докт. биол. наук. СПб., 2000. 41с.
Еналеева Н.Х., Тырнов B.C., Хохлов С.С. Выделение зародышевых мешков покрытосеменных растений путем мацерации тканей // Цитология и генетика. 1972. Т. 6. № 5. С 439-441.
Еналеева Н.Х., Тырнов B.C. Гаметофитные мутации // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т.З. СПб., 2000. С. 378384.
Жуковский П.М. Эволюционные аспекты полиплоидии растений // Полиплоидия и селекция. Минск, 1972. С .9-18.
Зосимович В.П., Навалихина Н.К., Мареха Л.Н., Павленко Г.С. Влияние анеуплоидии на плодовитость в популяции клевера красного АН-тетра-1 // Полиплоидия и селекция. Минск, 1972. С. 270-278.
Зеленцов C.B. Полиплоидная рекомбинация генома как фактор формообразования у высших растений Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http://zhumal.ape.relam.ru/articles/2002/035
Колесова А.Д. Цитологический и генетический механизмы редукции числа элементом в зародышевых мешках гаметофитного мутанта Nicotiana tabacum L. H Автореф. дисс... канд. биол. наук. СПб., 2000. 19с.
Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск: Вышэйш. школа. 1964. 327с.
Чеченева Т.Н. Анеуплоидия в микро- и макроспорогенезе тетраплоидной ржи // Тез. IV Всесоюз. совещ. по полиплоидии. Киев, 1975. С. 131.
Юркевич Л.Н. Изменчивость некоторых морфологических и цитогенетических признаков разнохромосомных анеуплоидов из тетраплоидной популяции клевера красного АН-тетра-1 // Экспериментальная генетика растений. Киев, 1977. С. 73-84.
Ярмолюк Г.И. Микро- и макроспорогенез у анеуплоидной сахарной свеклы // Половой процесс и эмбриогенез растений. М., 1973. С. 290-291.
Herr J.M. A new clearing squash technique for the study of ovule development in angiosperms // Amer. J. Bot. 1971. Vol. 58. № 8. P. 785-790.
Nogler, G.A. Genetics of apospory in apomictic Ranunculus auricomus // V. Conclusion. Bot. Helvet. Ш&4. Vol. 94. P. 411-422.
Otto S.P., Whitton J. Polyploid incidence and evolution // Annual Review of Genetics. 2000. Vol. 34. P. 401-437.
Soltis D.E., Soltis P.S. Polyploidy: Recurrent formation and genome evolution // Trends in Ecology and Evolution. 1999. Vol. 14. P. 348-352.
