CC BY
34
УДК 634.11:631.52:576.356.5 DOI: 10.24411/2312-6701-2018-10103
ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В СЕЛЕКЦИИ ЯБЛОНИ НА ПОЛИПЛОИДНОМ УРОВНЕ
Н.Г. Горбачева, к.с.-х.н. 2 Е.Н. Седов, д.с.-х.н., академик РАН М.А. Клименко, м.н.с.
ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур, 302530, Россия, Орловская область, Орловский район ВНИИСПК, gorbacheva@vniispk.ru
Аннотация
Эффективным методом создания большого гибридного фонда триплоидов яблони является скрещивание разнохромосомных форм типа: диплоидхтетраплоид, тетраплоидхдиплоид. Использование тетраплоидов, как исходных форм в селекции яблони для получения триплоидных сортов в обязательном порядке предполагает изучение состояния их генеративной сферы, анализ плоидности гибридного потомства от разнохромосомных скрещиваний. Проведен цитологический контроль гибридного потомства. Изучен анализ микроспорогенеза у тетраплоидной формы яблони. Определение плоидности гибридных сеянцев яблони в семье 6389 (Гирлянда (2х)*34-21-39 (4х)) показало 80% триплоидных (2п=3х=51 хромосома) и 20% - диплоидных растений (2п=2х=34 хромосомы). Анализ плоидности гибридных сеянцев яблони, полученных из ФГУП ГорноАлтайское, показал, что все растения имеют триплоидный набор хромосом. Исследования мейоза при микроспорогенезе у тетраплоидной формы яблони 34-21-36 (4х) [30-47-88 [Либерти*13-6-106 (с.с. Суворовец)] (4х)*Краса Свердловска (2х)] позволило сделать вывод, что данная форма может использоваться в селекции яблони на полиплоидном уровне в качестве опылителя. На всех последовательных стадиях мейоза отмечены отклонения от нормы. На разных стадиях деления - это забегания и выбросы хромосом в цитоплазму микроспороцита, отставания и выбросы, наличие микроядер и сверхчисленных ядер. На стадии тетрад формируются полиады: пентады, гексады, гептады, октады, нанады. Процесс микроспорогенеза завершается формированием в 36,1% случаев нормальных тетрад, распадающихся после созревания на нормальные микроспоры, содержащие диплоидный набор хромосом.
Ключевые слова: полиплоидия, цитоэмбриология, яблоня, микроспорогенез, плоидность
CYTOLOGICAL CONTROL IN APPLE BREEDING WITH POLYPLOIDY USING N.G. Gorbacheva, cand. agr. sci. 2
E.N. Sedov, doc. agr. sci., academician of Russain Academy of Sciences M.A. Klimenko, junior researcher
Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, 302530, Russia, Orel region, Orel district, VNIISPK, gorbacheva@vniispk.ru
Abstract
Different chromosome crossings diploid x tetraploid and tetraploid x diploid are an efficient method in creating a large hybrid fund of apple triploids. The use of tetraploids as initial forms in apple breeding for creating triploid varieties mandatory involves the study of the condition of their generative sphere and the analysis of ploidy of the hybrid progeny from different chromosome crossings. The cytological control of the hybrid progeny was carried out. The analysis of the microsporogenesis in tetraploid apple was studied.
The determination of ploidy of hybrid apple seedlings in the family 6389 (Girlianda (2x)x34-21-39 (4x)) showed 80% of triploid plants (2n=3x=51) and 20% of diploid ones (2n=2x=34). The analysis of ploidy of hybrid apple seedlings obtained from Gorno-Altaiskoye FGUP showed that all the plants had a triploid set of chromosomes.
The meiosis study during the microsporogenesis in tetraploid apple 34-21-36 (4x) [30-47-88 [Libertyx 13-6-106 (s.s.Suvorovetz)] (4x)xKrasa Sverdlovska (2x)] allowed concluding that this genotype can be used as a pollinator in apple breeding with polyploidy using. The deviations from the norm were observed at all the consecutive stages of meiosis. At different stages of division it was rushing and releases of chromosomes into the cytoplasm of microsporocyte, delay and emissions, the presence of micronuclei and supernumeral nuclei. At the stage of tetrads were formed polyades: pentades, hexades, heptades, octades and nanades. In 36,1% cases the microsporogenesis process was completed by the formation of normal tetrads that after maturing were broken into normal microspores having a diploid set of chromosomes.
Key words: polyploidy, cytoembryology, apple, microsporogenesis, ploidy
Введение
Яблоня - ведущая плодовая культура для средней полосы России. Высокая ценность триплоидных сортов яблони по сравнению с диплоидными подтверждалась неоднократно [2, 4, 5, 8, 9, 10]. Отмечалось, что триплоидные сорта нередко имеют более высокие хозяйственно-ценные показатели нежели диплоидные. В этой связи массовое получение триплоидных гибридов дает возможность отобрать новые сорта, отвечающие требованиям интенсивного, адаптивного садоводства. Наиболее эффективным методом создания большого гибридного фонда триплоидов яблони является скрещивание разнохромосомных форм типа: диплоидхтетраплоид, тетраплоидхдиплоид. Использование тетраплоидов, как исходных форм в селекции яблони для получения триплоидных сортов в обязательном порядке предполагает изучение состояния их генеративной сферы, анализ плоидности гибридного потомства от разнохромосомных скрещиваний.
Цель и задачи исследования. Цитоэмбриологическая оценка исходных тетраплоидных форм яблони в селекции на полиплоидном уровне для создания триплоидных сортов яблони и оценки доноров диплоидных гамет. В задачи лаборатории цитоэмбриологии входит:
1. цитологический анализ гибридного потомства (определение плоидности) от разнохромосомных скрещиваний
2. изучение плоидности сортов, отборных сеянцев выделенных в процессе селекции яблони на полиплоидном уровне;
3. изучение генеративных структур и качества гамет у исходных форм яблони, определение пригодности этих форм для использования в селекции на полиплоидном уровне.
Методика проведения исследований
Для определения плоидности гибридного потомства яблони применялся пропионово -лакмоидный метод [1, 3, 6]. Прямой подсчет числа хромосом осуществлялся на временных давленых препаратах из меристем и молодых листочков точек роста.
Мейоз при микроспорогенезе изучали на временных давленых препаратах, окрашенных ацетогематокселиновым методом [7].
Просмотр препаратов проводили на микроскопе Nikon 50i, с фотокамерой DS-Fi 1.
Результаты исследований
1. Определение плоидности
Определена плоидность гибридных сеянцев яблони (160 сеянцев) в семье 6389 [Гирлянда (2х)*34-21-39 (4х)]. Из 160 изученных растений 80% сеянцев оказались триплоидными с 2п=3х=51 хромосома (рисунок 1), 20% - диплоидными с 2п=2х=34 хромосомы (таблица 1).
Таблица 1 - Плоидность гибридных сеянцев яблони в селекционной школке_
Инв. № семьи Название семьи Всего растений, шт. В том числе:
2х, шт./% 3х, шт./%
6389 Гирлянда (2х)*34-21-39 (4х) 160 32/20 128/80
Рисунок 1 - Триплоидный набор хромосом (2п=3х=51) гибридного сеянца яблони из семьи Гирлянда (2х)*34-21-39 (4х)
Изучена плоидность у 40 гибридных сеянцев яблони, полученных из ФГУП ГорноАлтайское. Анализ плоидности показал, что все растения имеют триплоидный набор хромосом (2п = 3х = 51) (таблица 2).
Таблица 2 - Плоидность гибридных сеянцев яблони в саду
№ семьи Название семьи № сеянца Адрес 2п
51 кв.29 - 12/ 93,95 51
56 кв.29 - 12/97 51
58 кв.29 - 12/101,102 51
66 кв.29 - 12/103 51
72 кв.29 - 12/109 51
24-12 Ранетка пурпуроваях25-37-45 (4х) 88 кв.29 - 12/110 51
142 кв.29 - 12/112 51
154 кв.29 - 12/114 51
158 кв.29 - 12/118, 119 51
170 кв.29 - 12/122, 124 51
179 кв.29 - 12/129 51
37 кв.29 - 12/131 51
45 кв.29 - 12/136,137 51
57 кв.29 - 12/141,142 51
15-12 Нежное забайкальскоех25-37-45 (4х) 82 кв.29 - 12/143,144 51
95 кв.29 - 12/146 51
113 кв.29 - 12/149 51
130 кв.29 - 12/150 51
140 кв.29 - 12/155 51
1 кв.29 - 12/158 51
21 кв.29 - 12/161 51
44 кв.29 - 12/163 51
38-12 Алтайский голубокх25-37-45 (4х) 58 кв.29 - 12/164 51
66 кв.29 - 12/167 51
102 кв.29 - 12/172 51
150 кв.29 - 12/174 51
50-12 Пепинка алтайскаях25-37-45 (4х) 1 кв.29 - 12/179 51
15 кв.29 - 12/181 51
63-12 Сувенир Алтаях25-37-45 (4х) 22 кв.29 - 12/184 51
71 кв.29 - 12/187 51
18-12 Ранетка пурпуроваяхМекинтош 2 кв.29 - 12/188,189 51
41-12 Горноалтайскоех25-37-45 (4х) 43 кв.29 - 12/194 51
2. Микроспорогенез
Изучен мейоза при микроспорогенезе у тетраплоидной формы яблони 34-21-36 (4х). Форма 34-21-36 (4х) получена в семье 6131 от скрещивания 30-47-88 [Либертих13-6-106 (с.с. Суворовец)] (4х)хКраса Свердловска (2х), гибридизация 2007 года.
На всех последовательных стадиях мейоза отмечены отклонения (рисунок 2).
г д е
а - метафаза-I, забегания; б - анафаза-I, отставание; в - метафаза-II, забегания; г - метафаза-II, забегание + выброс, д - гептада; е - пентада Рисунок 2 - Нарушения в ходе микроспорогенеза у тетраплоидной формы яблони 34-21-36 (4х)
Наибольшее количество нарушений отмечено на стадиях метафаза I и II - 21,4% и 22,8% соответственно. Это забегания и выбросы хромосом в цитоплазму микроспороцита, на стадиях анафазы I и II - отставания и выбросы хромосом, в телофазе I и II наблюдали микроядра и сверхчисленные ядра. На стадии тетрад формируются полиады: пентады, гексады, гептады, октады, нанады. Процесс микроспорогенеза завершается формированием в 36,1% случаев нормальных тетрад, распадающихся после созревания на нормальные микроспоры, содержащие диплоидный набор хромосом. Полученные данные позволяют сделать вывод, что тетраплоидная форма яблони 34-21-36 (4х) (30-47-88*Краса Свердловска) может использоваться в селекционной работе в качестве опылителя.
Литература
1. 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.
2. Ненько Н.И., Киселева Г.К., Караева А.В., Ульяновская Е.В. Засухоустойчивость перспективных сортов яблони разной плоидности в Южном регионе России // Современные сорта и технологии для интенсивных садов: материалы междунар. науч-практ. конф. Орел: ВНИИСПК, 2013. С. 158-160.
3. Руденко И.С., Дудукал Г.Д. Простой и быстрый метод приготовления временных препаратов для цитологических исследований плодовых // Цитология и генетика. 1972. Т. 6, № 3. С. 266-268.
4. Седов Е.Н., Седышева Г.А., Макаркина М.А., Левгерова Н.С., Серова З.М., Корнеева С.А., Горбачева Н.Г., Салина Е.С., Янчук Т.В., Пикунова А.В., Ожерельева З.Е.
Инновации в изменении генома яблони. Новые перспективы в селекции. Монография. Орел: ВНИИСПК, 2015. 335 с.
5. Седов Е.Н., Седышева Г.А., Красова Н.Г., Серова З.М., Янчук Т.В. Достоинства и перспективы новых триплоидных сортов яблони для производства // Садоводство и виноградарство. 2017. № 2. С. 24-30.
6. Седышева Г.А. К методике окраски соматических хромосом у плодовых растений // Сорта и технология для современного сада: сб. ст. Тула: Приок. кн. изд-во, 1990. С. 2427.
7. Топильская Л.А., Лучникова С.В., Чувашина Н.П. Изучение соматических и мейотичеоких хромосом смородины на ацето-гематоксилиновых давленых препаратах // Бюллетень ЦГЛ им. И. В. Мичурина, 1975. Вып. 22. С. 58-61.
8. Туз А.С., Лозицкий А.Я. Полиплоидные сорта яблони и груши // Генетика. 1970. Т. 6, № 9. С. 41 -50.
9. Bacharach A. Triploid apple cultivars have advantages. // Western Fruit Grower. 1982. Vol. 102, N.6. P.32.
10.Singh R., Wafai B.A. Intravarietal polyploidy in the apple (Malus pumila Mill.). Cultivar Hzratbali // Euphytica. 1984. Vol. 33, № 1. Р. 209-214. doi: 10.1007/BF00022767
References
1. Kaptar, S.G. (1967). A faster propionic-lacmoid method of preparing and staining temporary cytological specimens for plant chromosome counts. Cytology and genetics, 1(4), 87-90. (In Russian).
2. Nenko, N.I., Kiseleva, G.K., Karavaeva, A.V. & Ulyanovskaya, E.V. (2013). Drought resistance of the promising types of the apple varieties of different ploidy in the southern region of Russia. In Contemporary cultivars and technologies for intensive orchards: Proc. Sci. Conf. (pp. 158-160). Orel: VNIISPK. (In Russian, English abstract).
3. Rudenko, I.S., & Dudukal, G.D. (1972). Idle time and quick method of preparing of temporary preparations for cytological studies of fruit crops. Cytology and genetics, 6(3), 266-268. (In Russian).
4. Sedov, E.N., Sedysheva, G.A., Makarkina, M.A., Levgerova, N.S., Serova, Z.M., Korneyeva, S.A., Gorbacheva, N.G., Salina, E.S., Yanchuk, T.V., Pikunova, A.V. & Ozherelieva, Z.E. (2015). The innovations in apple genome modification opening new prospects in breeding. Orel: VNIISPK. (In Russian).
5. Sedov, E.N., Sedysheva, G.A., Krasova, N.G., Serova, Z.M. & Yanchuk, T.V. (2017). Advantages and prospects of new triploid apple varieties for production. Horticulture and viticulture, 2, 24-30. DOI: 10.18454/VSTISP.2017.2.5441. (In Russian, English abstract).
6. Sedysheva, G. A. (1990).Approaching to the color of somatic chromosomes in fruit plants. In Varieties and technology for modern orchard (pp. 24-27). Tula, Priokskoe knizhnoe izdatelstvo. (In Russian).
7. Topilskaya, L.A., Luchnikova, S.V. & Chuvashina, N.P. (1975). Study of currant somatic and meiotic chromosomes on acetohematoxylin squash preparations. Bulleten I.V. Michurin CGL, 22, 58-61. (In Russian).
8. Tuz, A.S. & Lozitskiy, A.Ya. (1970). Polyploid apple and pear cultivars. Genetika, 9, 41-50. (In Russian).
9. Bacharach, A. (1982). Triploid apple cultivars have advantages. Western Fruit Grower, 102(6), 32.
10.Singh, R., & Wafai, B. A. (1984): Intravarietal polyploidy in the apple (Malus pumila Mill.) cultivar Hazratbali. Euphytica, 33(1), 209-214. doi: 10.1007/BF00022767.
