Отправить статью по E-mail 
Характеристика микроспорогенеза у тетраплоида яблони и его родительской формы в связи с использованием в селекции на полиплоидном уровне
- Авторы: Лаврусевич Н.Г.1, Бородкина А.Г.1, Зубкова М.А.1
-
Учреждения:
- Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
- Выпуск: № 2 (2024)
- Страницы: 15-19
- Раздел: Растениеводство и селекция
- URL: https://journals.rcsi.science/2500-2082/article/view/255691
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224020047
- ID: 255691
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Метод, дающий наибольший эффект для создания сортов яблони с тройным набором хромосом, которые превосходят по своим характеристикам диплоидные сорта, – гибридизация диплоидных сортов (2х) с тетраплоидами (4х). Набор исходных форм (тетраплоиды) для селекции, обладающих ценными признаками (зимостойкость, высокое качество плодов, устойчивость к болезням и другое) лимитирован. Результативность работ по получению новых ценных сортов яблони, на основе метода полиплоидии, во многом зависит от их разнообразия. Следовательно, выделение тетраплоидов и их цитологическое исследование для определения качества формируемых гамет – обязательное условие при селекции по созданию ценных триплоидных генотипов. Изучали микроспорогенез у двух гибридов с тетраплоидным набором хромосом. Готовили временные давленные препараты ацетогематоксилиновым методом. Для подсчета хромосом в соматических клетках гибридных растений применяли метод Каптаря (1967). Окрашивали материал раствором лакмоида и пропионовой кислоты. Анализ хода мейоза у тетраплоида яблони 34-21-39 [30-47-88(4х)×Краса Свердловска(2х)] и ее родительской формы 30-47-88 [Либерти(2х)×13-6-106 (4х)] показал, что наиболее правильным ходом мейоза отличается гибрид 34-21-39. Наибольший процент отклонений и разнообразие мейотических аномалий выявлено у формы 30-47-88. Микроспорогенез завершается формированием визуально нормальной одномерной пыльцы – 89% (форма 34-21-39) и 50% (30-47-88). В комбинациях скрещиваний, с участием изученных форм, найдено 83,1% триплоидов. Для обеспечения большего получения триплоидов можно рекомендовать для гибридизации тетраплоиды 34-21-39 и 30-47-88.
Ключевые слова
Полный текст
Яблоня – ведущая плодовая культура в стране. Для пополнения стандартного сортимента необходимы новые высокоадаптивные, иммунные, устойчивые, урожайные сорта яблони с высоким товарным и потребительским качеством плодов.
Полиплоидия – основная движущая сила в эволюции как диких, так и культурных растений. Полиплоидные организмы часто проявляют повышенный потенциал и в некоторых случаях превосходят своих диплоидных родственников в некоторых аспектах. [14] Доля полиплоидных видов покрытосеменных растений составляет не менее 50%. [2, 4] По мнению А.А. Жученко, преимущество полиплоидных видов растений, проявляющееся в их широком географическом распространении, состоит не только в возможностях онтогенетической адаптации, но и достижении большей генетической (видовая, экотипическая, биогенетическая) изменчивости, обеспечивающей лучшую экологическую специализацию особенностями функционирования систем филогенетической адаптации. [1, 6] Распространенная форма спонтанной полиплоидии – образование полиплоидов с помощью нередуцированных гамет. Примером возникновения полиплоидов путем формирования нередуцированных гамет в естественных условиях считаются триплоидные сорта яблони, такие как Болдуин, Боскопская красавица, Графенштейское. Спонтанные триплоиды, полученные от скрещивания двух диплоидных сортов – Витязь, Рождественское, Юбиляр, Низкорослое. [8]
Использование метода полиплоидии для создания сортов с 3х генотипом – приоритетное направление в селекционных программах ВНИИ селекции плодовых культур. [9, 10] Триплоидия у яблони – наименьший уровень полиплоидии, который дает наибольший хозяйственный эффект. Получены триплоидные сорта от целенаправленных разнохромосомных скрещиваний, характеризующиеся регулярным плодоношением, хорошей товарностью плодов, высокой самоплодностью. [11, 13]
Эффективный прием для разработки триплоидного потомства – скрещивания форм разной плоидности типа 2х × 4х, 4х × 2х. [8] Для этого необходимы тетраплоидные формы (доноры диплоидных гамет). Сами тетраплоиды не пригодны для практического использования из-за низкой зимостойкости, слабой урожайности, но они ценны для селекции. [12] Зарубежные ученые отмечают устойчивость тетраплоидов к стрессам, фитофторозу, парше. [15, 16]
Применяя тетраплоиды в гетероплоидных скрещиваниях, учитывают особенности формирования гамет. Эти знания позволяют селекционерам правильно подобрать исходные формы и наметить объем скрещиваний, чтобы создать гибридный фонд полиплоидов для выделения в дальнейшем из них форм-кандидатов в сорта с триплоидным генотипом.
Цель работы – изучение микроспорогенеза у тетраплоидов яблони и возможности использования их в качестве исходных форм в селекции с применением полиплоидов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в лаборатории цитоэмбриологии Всероссийского научно-исследовательского института селекции плодовых культур (ВНИИСПК). Микроспорогенез изучали у двух тетраплоидных форм яблони: 34-21-39 и 30-47-88, которые получены в лаборатории селекции яблони ВНИИСПК.
Форма 34-21-39 выделена в гибридном потомстве от скрещивания тетраплоидной формы 30-47-88 в качестве материнского родителя и диплоидного сорта Краса Свердловска (отцовский компонент). Родительская форма 30-47-88 (Либерти × 13-6-106) обладает геном иммунитета к парше Vf (Rvi6).
Цитологические исследования проводили по общепринятым методикам. Временные давленные препараты приготавливали ацетогематоксилиновым методом. [5, 7]
Брали для исследования (фиксировали) генеративные почки с момента появления стадии зеленого конуса. При обнаружении в окрашенных пыльниках стадии профазы фиксировали ежедневно до завершения мейоза. Фиксатор – уксусный алкоголь (три части 96% этилового спирта и одна ледяной уксусной кислоты). Материал промывали 96% этиловым спиртом, заливали 70% этиловым спиртом для хранения.
Чтобы определить плоидность гибридного потомства яблони от гетероплоидных скрещиваний применяли пропионово-лакмоидный метод. [3, 5]
Микроскопические исследования осуществляли на микроскопе «Nikon-50i» при увеличении 10х1,5х40, 10х1,5х100. Фотографии сделаны фотокамерой Nikon DS-Fi 1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Сравнительный анализ микроспорогенеза у тетраплоидной формы яблони 34-21-39 и ее материнской формы 30-47-88 показал, что наиболее правильным ходом мейоза отличался гибрид 34-21-39, по сравнению с родительской. Число нарушений у него меньше, и микроспороциты с нормальной картиной деления составляют на разных стадиях от 77,5 до 88,7%. Наибольший процент отклонений у формы 30-47-88 – 19,9 (телофаза-I)…51,3% (метафаза-II), в зависимости от стадии микроспорогенеза. Больше всего нарушений у одной и другой отмечено на стадии метафаза-II (рис. 1).
Рис. 1. Характеристика микроспорогенеза у тетраплоидных форм яблони
Количество мейотических аномалий и их морфологическое разнообразие взаимосвязаны между собой. Чем правильнее течение редукционного деления, тем меньше разнообразие отклонений в нем, например, у формы 34-21-39 (4х). Наоборот, у тетраплоида 30-47-88 наибольший процент аномалий в ходе мейоза и разнообразие морфологических типов нарушений больше (табл. 1).
Таблица 1. Морфология нарушений в ходе мейоза у тетраплоидных форм яблони
Стадия мейоза | Тетраплоидная форма яблони | |
34-21-39 | 30-47-88 | |
тип нарушения | ||
Метафаза-I | Забегание, выбросы | Забегание, выбросы, диффузное распределение хромосом, микроверетено, комбинация из двух типов нарушений |
Анафаза-I | Отставание, выбросы, мост | Отставание, выбросы, мост, сверхчисленные веретена, комбинация из двух типов нарушений |
Телофаза-I | Микроядра | Микроядра |
Метафаза-II | Забегание, выбросы, комбинация из двух типов | Забегание, выбросы, сверхчисленные веретена, неравные веретена деления, асинхронность деления, дегенерация хроматина, отсутствие хроматина, диффузное распределение хроматина, комбинация из двух типов нарушений |
Анафаза-II | Отставание, выбросы, мост | Отставание, выбросы, сверхчисленные веретена, мост, асинхронность деления, комбинация из двух типов нарушений |
Телофаза-II | Сверхчисленные ядра, микроядра | Сверхчисленные ядра, микроядра, асинхронность деления, дегенерация хроматина |
Тетрады | Пентады, гексады, гептады | Пентады, гексады, гептады |
Для тетраплоидных форм 34-21-39 и 30-47-88 общие типы нарушений на стадиях метафаза-I и метафаза-II – выбросы и преждевременное забегание хромосом до начала анафазного движения в основной группе (рис. 2 а, в). На стадиях анафаза-I и анафаза-II наблюдаются отставания (рис. 2б), мосты и выбросы хромосом, приводящие в дальнейшем к формированию сверхчисленных фигур деления и, как следствие этого, образование дополнительных ядер и микроядер на стадиях телофаза-I и телофаза-II и сверхчисленных микроспор на стадии тетрад (рис. 2 г-е). У изученных форм полиады представлены пентадами, гексадами, гептадами (рис. 2 д, е). Количество аномальных тетрад у гибридной формы 34-21-39 составляет 22,3%, родительской формы 30-47-88 – 46,4%.
Рис. 2. Аномальное деление в ходе микроспорогенеза: а – метафаза-I, забегание хромосом, 30-47-88; б – анафаза-I, отставание хромосом, 30-47-88 (4х); в – метафаза-II, выбросы хромосом, 30-47-88; г – телофаза-II сверхчисленные ядра 34-21-39; д – пентада, 34-21-39; е – гексада, 30-47-88
Несмотря на наличие нарушений в ходе мейоза у изученных тетраплоидных форм микроспорогенез завершается формированием достаточного количества визуально нормальной одномерной пыльцы – 89% (форма 34-21-39) и 50% (30-47-88).
Данные характеристики мейоза подтверждаются результатами анализа плоидности гибридного потомства, полученного с участием этих форм (табл. 2).
Таблица 2. Плоидность гибридного потомства
Гибридная семья | Количество сеянцев, шт. | В том числе, шт./% | |
диплоиды | триплоиды | ||
Гирлянда (2х)×34-21-39 (4х) | 160 | 32/20 | 128/80 |
Созвездие (2x) ×30-47-88(4x) | 250 | 54/21,6 | 196/78,4 |
Гирлянда (2x) ×30-47-88 (4x) | 330 | 73/22,1 | 257/77,9 |
Приокское ×30-47-88 (4x) | 208 | 59/24,4 | 149/71,6 |
Краса Свердловска ×30-47-88 (4x) | 77 | 13/16,9 | 64/83,1 |
Во всех комбинациях скрещиваний отмечен большой процент растений с триплоидным генотипом: 80% – с тетраплоидной формой 34-21-39, 71,6…83,1% – 30-47-88. Следовательно, тетраплоидные формы яблони 34-21-39 и 30-47-88 можно рекомендовать для включения в селекцию на полиплоидном уровне с целью массового получения триплоидных сеянцев.
Выводы. Тетраплоидные формы яблони 34-21-39 и 30-47-88 могут быть включены в селекционную работу в качестве опылителей в гетероплоидных скрещиваниях (2х × 4х) для получения триплоидных генотипов.
Об авторах
Наталья Геннадьевна Лаврусевич
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Автор, ответственный за переписку.
Email: lavrusevich@orel.vniispk.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, Жилина, Орловская обл.Анастасия Геннадьевна Бородкина
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Email: lavrusevich@orel.vniispk.ru
младший научный сотрудник
Россия, Жилина, Орловская обл.Мария Александровна Зубкова
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Email: lavrusevich@orel.vniispk.ru
младший научный сотрудник
Россия, Жилина, Орловская обл.Список литературы
- Жученко А.А. Адаптивная система селекции растений (экологические основы). М.: РУДН, 2001. Т. I. 780 с.
- Жученко А.А. Экологическая генетика культурных растений и проблемы агросферы (теория и практика). М.: Агрорус, 2004. Т. I. 690 с.
- Каптарь С.Г. Ускоренный пропионово-лакмоидный метод приготовления и окрашивания временных цитологических препаратов для подсчета хромосом у растений // Цитология и генетика. 1967. Т. 1. № 4. С. 87–90.
- Парфенов В.И., Дмитриева С.А. Роль полиплоидии в эволюции растений в условиях умеренного климата и равнинного рельефа (на примере флоры Белоруссии) // Известия АН БССР. сер. биол. наук. 1991. № 3. С. 39.
- Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Колос, 1980. 304 с.
- Першина Л.А. О роли отдаленной гибридизации и полиплоидии в эволюции растений // Информационный вестник ВОГИС. 2009. Т. 13. № 2. С. 336–344.
- Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / Под ред. Е.Н. Седова и Т.П. Огольцовой. Орел: ВНИИСПК, 1999. 608 с.
- Седов Е.Н. Селекция и новые сорта яблони. Орел: ВНИИСПК, 2011. 624 с.
- Седов Е.Н., Седышева Г.А., Красова Н.Г. и др. Достоинства и перспективы новых триплоидных сортов яблони для производства// Садоводство и виноградарство. 2017. № 2. С. 24–30.
- Седов Е.Н., Седышева Г.А., Серова З.М. Селекция яблони на полиплоидном уровне. Орел: ВНИИСПК, 2008. 368 с.
- Седов Е.Н., Янчук Т.В., Корнеева С.А. Новые диплоидные, триплоидные, иммунные к парше и колонновидные сорта яблони в совершенствовании сортимента // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2022. № 1. С. 25-31. doi: 10.30850/vrsn/2022/1/25-31
- Седов Е.Н., Янчук Т.В., Корнеева С.А. Ценные доноры диплоидных гамет для создания триплоидных сортов яблони // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2020. № 3. С. 13–17. doi: 10.30850/vrsn/2020/3/13-17
- Янчук Т.В., Седов Е.Н., Корнеева С.А., Вепринцева М.В. Тургеневское и тренер Петров – новые триплоидные сорта яблони селекции ВНИИСПК // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2022. № 6. С. 66–69. doi: 10.31857/2500-2082/2022/6/66-69
- Sattler M.C., Carvalho C.R., Clarindo W.R. The polyploidy and its key role in plant breeding // Planta. 2016. Vol. 243. PP. 281–296. doi: 10.1007/s00425-015-2450-x
- Švara A., Ilnikar K., Carpentier S. et al. Polyploidy affects the development of Venturia inaequalis in scab-resistant and -susceptible apple cultivars // Scientia Horticulturae. 2021. 290 p. doi: 10.1016/j.scienta.2021.110436
- Wójcik D., Marat M., Marasek-Ciołakowska A. et al. Apple Autotetraploids – Phenotypic Characterisation and Response to Drought Stress // Agronomy. 2022 Vol. 12. 161 p. doi: 10.3390/agronomy12010161
Дополнительные файлы
