CC BY
11ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ АЛЛОГЕКСАПЛОИДНЫХ ГИБРИДОВ
ХЛОПЧАТНИКА
Г
14ж|
\ I -..I ¡I /
d
АХМЕДОВА Дильфуза Махаммадовна
Ферганский государственный университет, доцент кафедры «Экология», кандидат биологических наук.
ahmedova1965@,gmail. com
https://doi.org/10.24412/2181-2993-2022-2-8-15
В данной статье приводятся данные исследования относительно мейоза индуцированных аллогексаплоидов. На основании полученных данных и других исследований обсуждается вопрос происхождения тетраплоидного хлопчатника.
АННОТАЦИЯ
Ключевые слова: Мейотический индекс, хромосома, конъюгация, бивалент, унивалент, мультивалент, фертилъностъ пылъцы.
This article presents research data on meiosis-induced allohexaploids. Based on the obtained data and other studies, the issue of the origin of ABSTRACT tetraploid cotton is discussed.
Key words: Meiotic index, chromosome, conjugation, bivalent, univalent, multivalent, pollen fertility.
ВВЕДЕНИЕ (Introduction)
Изучение коньюгации хромосом в мейозе у межвидовых гибридов и амфидиплоидов служит одним из наиболее эффективных методов установления филогенетических взаимоотношений между видами. Путем геномного анализа удалось выяснить наличие гомеологичных групп хросомом у разных представителей рода Gossypium.
В настоящее время путем цитогенетического анализа установлена геномная структура в видов рода Gossypium. Выявлены интересные данные о кариотипах диких диплоидов и полиплоидов хлопчатника и взаимовлияны их геномов в едином генотипе. Показывая явное отличие родительских видов по геномам, одновременно их частичная гомеологичность (1,2).
В результате цитологического анализа межвидовых амфидиплоидных гибридных растений выявлены от двух до десяти унивалентов и наблюдалось явление десинапсиса в слабой и средней степени. У 70% изученных гибридов наличие межхромосомных обменов с замыкающим типом и видом больше
8
14 www.birunijournal.uz
объемных кольцевых квадривалентов и структурная гетерозиготность исходных форм свидетельствует о том, что виды хлопчатника G.hirsutum L. и G.arboreum L. эволюционно являются филогенетическими отдаленными видами (4).
Цитогенетический анализ хромосомных комплексов у различных видов и видов между особенно важен, если эти данные используются для улучшения культурных растений путем гибридизации с ними.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
В качестве исходного материала для исследований мы использовали дикие диплоидные виды G. aridum (Rose et Standl) Skov., G. armourianum Keam., G.harknessii Brang , G. Raimondii Ulbr. и культурно-тропические формы полиплоидного вида G. tricuspidatum Lam.- ssp. purpurascens var.bogota, var. el salvador, ssp. glabrum var.marie galante сорта вида G.hirsutum L. Ташкент-1 и G. barbadense C-6037 и гексаплоидные амфидиплоиды, пентаплоиды которые отличаются от исходных видов вегетативной мощностью, более высокой фертильностью.
Для изучения фаз микроспорогенеза 2-5 мм бутоны фиксировали в фиксаторе, окрашивали препаратом 2 %-ным, ацетокармином, с приготовлением временных давленных препаратов. На стадии метафазы 1 определяли характер и число различных ассоциации хромосом. Изучали стадию тетрад микроспор.
В настоящем сообщении приводятся данные исследования относительно мейоза индуцированных аллогексаплоидов. На основании полученных данных и других исследований обсуждается вопрос происхождения тетраплоидного хлопчатника.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ (Discussion and results)
Редукционное деление у гексаплоидных гибридов характеризовалось определенными нарушениями в мейозе. Так, как при инконгруэнтых скрещиваниях родительские формы имеют «несоответствующие» хромосомы, или разные их число, в результате у гибридов возникает нарушения в мейозе, и они оказываются полностью стерильными. В результате удвоения числа хромосом восстанавливается парность хромосом, и следовательно, нормальная коньюгация.
Таким образом, частично преодолевается стерильность гибридов от инконгруэнтых скрещиваний. О сходстве или различие между геномами скрещиваемых видов, а также о роли гибридизации в происхождении
9
www.birunijournal.uz
некоторых форм судят по числу конъюгирующих хромосом в метафазе I. Поэтому мы провели подсчет числа коньюгирующих хромосом у межвидовых гибридов и анализ нарушений в мейозе. В большинстве случаев мейоз исследовался у межвидовых гибридов F1. Во втором и последующих поколениях в мейозе обнаруживаются значительно меньше нарушений, потомство получается жизнеспособное.
Результаты исследований показывают, что у гибридов не всегда реализуется максимально возможная степень коньюгации и уровень хромосомных аномалий, влияющих на мейоз гибридов, зависит от комбинация скрещиваний.
Как видно из таблицы в мейозе у всех гибридов F1 в метафазе первого деления было обнаружено значительное число хромосомных ассоциаций различной валентности и некоторое число унивалентов. Нарушения в мейозе была выражены в различной степени и завысили от филогенетической близости видов использованных в скрещиваниях. Отмечено высокая бивалентная коньюгация в комбинациях F1. G. tricuspidatum Lam.ssp. purpurascens var.el salvador x G.raimodii, Ташкент- 1х G armourianum, а низкая у G. tricuspidatum Lam. var.bogota х G.aridum, G. tricuspidatum Lam.var.el salvador x G armourianum. В комбинации F1 el salvador x G.raimodii отмечено нормальная коньюгация с незначительными нарушениями мейоза. Мейоциты содержащие только биваленты в числе 39, составляет 32,67±2,23, унивалентов 9,89±3,24, мультивалентов 0,55±0,03. Униваленты наблюдаются в количестве от 0-30, тривалентов 1, квадривалентов 2. Мейотический индекс составил 81,8±1,0 %, фертильность 91,90±1,20.
Детальное цитологические исследований всех стадий мейоза показало, что у изучаемого гибрида наблюдается высокая степень коньюгации хромосом var.el salvador и G raimodii.
Проведенные нами исследования в направлении цитогенетической характеристики аллогексаплоида и родительских видов, а также сравнительно-морфологический анализ растений даютоснование для вывода о вероятном участии предков вида G. raimodii в происхождении тетраплоидных Американских хлопчатников в качестве донора генома ДД.
У гибрида FlТашкент-1хG.armourianum отмечена нормальная бивалентная коньюгация. Максимальное их число-34,51. Однако высокая коньюгация у этого гибрида не обеспечивала дальнейшего правильного протекания мейоза. На стадии метафазы 1 у гибридов F1 Ташкент-1хG. armourianum 26,0% составляет клетки с выбросами хромосом за пределы веретена (от1 до 4). Чаще
10
www.birunijournal.uz
встречаются клетки с 1 -2 отброшенными хромосомами. Макроспоры с одной отброшенной хромосомой -53,3%, с двумя - 33,36 %.
Во втором деления мейоза нарушения уменьшаются, в метафазе11 96,16 % составляет клетки с правильным делением, в анафазе 11 отдельные хромосомы задерживаются на экваторе и в тетрадах микроспор появляются микроядра (0,32%). Мейотический индекс 98,0, фертильность -96,5+-3,32.
Низкое число бивалентов отмечено у слабо плодовитых аллогексаплоидов F1var.bogota х G.aridum. В метафазе 1 мейоза его в среднем в состав бивалентов -входит 30,7+-1,91 хромосом, мультивалентов 2,88±0,43, а 6,33±1,70 являются унивалентами. В среднем клетку гибрид образовывал в большом количестве хромосом входящих в мультивалентные ассоциации- 7,38 %. Повышенное число мультивалентов, различная их форма (кольца, цепи) и неправильная коориентация центромер сказались в последствии на нарушениях в анафазе 1 мейоза и мейотическом индексе. Наиболее частый тип нарушений в клетках микроспор на стадии М11 - выброс хромосом за пределы веретена. Гибриды F1 отличались между собой по количеству хромосом образующих мультиваленты. Наблюдали варьирование квадривалентов от 1 до 4.
Нарушение мейоза у гибрида F1 var.bogota х G.aridum на стадии анафазы 1 выражались в задержке терминализации хиазм, отставании хромосом, в неправильном расхождении хромосом когда на одном из полюсов клетки сказывались количество хромосом менее 39. Нарушения в первом и втором делениях мейоза, как следствие, привели к низкому проценту нормальных тетрад и повышенному количеству полиад (16,8-29,5 %). Низкий мейотический индекс (77,7%) вызвая снижение фертильности пыльцы у гибрида, она варьировала от 51 до 97,7%.
Картина коньюгации хромосом в метафазе 1 говорит о том, что геномы АД1 и Д4 G. tricuspidatum Lam.ssp. purpurascens var.bogota и G.aridum не полностью гомологичны.
У гибрида var.el salvador х G armourianum в М1 мейозе в среднем в состав бивалентов входит 30,0±2,48 хромосом, в мультиваленты (в основном тетраваленты) 4,0, а 3,6 являются унивалентами. У гибрида часта возникают мультиваленты. Мультиваленты - это ассоциации в мейозе, состоящие более чем из двух хромосом. У гибридов мультиваленты возникают при коньюгации частично гомологическим хромосом.
Мультивалентный тип коньюгации менее постоянен, чем бивалентный. Поэтому у гибридов var.el salvador x G armourianum и Ташкент- ^G armourianum при наличии одного и того же генома Д2-2 (G armourianum)
11
www.birunijournal.uz
наблюдается изменчивость в образовании мультивалентов. У отдаленных гибридов мультиваленты, так же как и биваленты, склонны к преждевременному расхождению. У гибрида отмечено неравное расхождение хромосом в AI (20), задержка на экваторе унивалентов (25,0) или бивалентов. В MII и AII мейоза у амфидиплоида количество материнских клеток пыльцы с нарушениями снижается, составляя 32,0-20,0 и 20,0-18,0 %. Процесс нормализация мейоза у амфидиплоида количества материнских клеток пыльцы с нарушениями снижается, составляя 32,0-20,0 и 20,0-18,0 %.
В меньшей степени нарушения мейоза отмечены у гексаплоидов F1var.el salvador x G armourianum приводит к образованию нормальных пыльцевых зерен и яйцеклеток, следовательно создаются предпосылки к формированию фертильных растений.
Несмотря на это в первых поколениях гексаплоида еще наблюдается значительное нарушение мейоза. Мейотический индекс гибрида - 89,5± 1,0, фертильность 86,32±3,7.
Судя по частоте нарушений мейозе гибрида F1var.el salvador x G armourianum, можно говорит о неполной гомологии геномов АД1 и Д2-2.
В меньшей степени нарушения мейоза отмечены у аллогексаплоидов F1var.galante x G harnessii. Метафаза первого деления характеризуется непольной коньюгацией хромосом. Биваленты чаще всего в количестве 17-39, число унивалентов соответственно колеблется от 8 до 32, квадривалентов 3-6. Клетки бивалентов в материнских клетках микроспор - 32,18±2,38, унивалентов 5,27, мультивалентов 2,09±1,35. Униваленты большей частью представлены забегающими хромосомам в пределах веретена. Биваленты в основном открытого типа, но встречается и закрытого в единичных случаях. На стадии метафазы I 77,8 % составляет клетки с правильным делением Наиболее частый тип нарушении в остальных материнских клетках микроспор - выброс хромосом за пределы веретена от 2 до 6. Чаще встречаются 6 отброшенными хромосомами(33,2 %). Процессы расхождения хромосом в анафазе I и II протекали нормально. Мейотический индекс составил 73,3±4,7. Фертильность пыльцы варьировала от 18,1 до 87,3. Процент бивалентной коньюгации у этого аллогексаплоида довольно высокий (32,18 %), что сведетельствует о некоторой генетической близости
var.galante и G harnessii. Скрещивание этих видов удается сравнительно легко, полученные синтетические амфидиплоиды высоко плодовитости, однако между хромосомами, принадлежащими к различным геномам АД1 и Д2-1 родительских форм, существует не польная гомология.
12
www.birunijournal.uz
Анализ мейоза в популяции F2 проводился на случайно отобранной группе растений ивсе растения оказались с числом хромосом 78. По нашим наблюдениям, фертильность почти всех аллогексаплоидов в F2 увеличивается за исключением варианта var.bogota х G.aridum, у которого она снижается.
В гибридном комбинации F2 var.bogota х G.aridum на стадии метафазы I и II мейоза чаще встречаются микроспоры с 1-2 отставшими хромосомами, они составляют 60% общего количество клеток имеющих нарушения. Снижение мейотического индекса этих растений, приводит к снижению жизнеспособности микроспор и пыльцы, которая варьирурует от 11,11 до
Результаты исследований показывают, что процент стерильности пыльцы зависит от уровня и спектра аномалий. Нарушение гормоничности геномов и частичное отсутствие коньюгации хромосом - одна из главных причин появления нарушений при отдаленной гибридизации.
Геномной анализ межвидовых гибридов хлопчатника, полученных от скрещивания разногеномных видов АД1хД2-1, АД1хД2-2, АД1хД 4 АД1хД5, АД1хД2-1хАД2, АД1хД5хАД1, АД1хД5хАД2 способствовал генетической идентификации по расшифровке геномной структуры культивируемых тетраплоидных видов хлопчатника.
Получено дополнительное подтверждение того, что естественные тетраплоиды произошли путем скрещивания, и что одним из претендентов на роль предков форм их может быть вид G.raimodii.
ВЫВОДЫ (Conclusion)
Цитологическое изучение мейоза выявило нормальную бивалентную коньюгации хромосом у аллогексаплоидных гибридов, имеющих близкородственных родителей и частичную у растений имеющих меньшее геномного родство. В метафазе первого деления аллогексаплоидных гибридов F^bLro обнаружена значительное число хромосомных ассоциаций различной валентности и некоторое число унивалентов.
Судя по частоте нарушений мейозе у гибридов АД хД виды G. raimodii, G armourianum и G harnessii ближе к G.tricuspidatum чем, вид G.aridum . у гибридов полученных от скрещивания ssp.var.galante с представителями Д-геномной группой видов хлопчатника отмечен высокий уровень нарушений мейоза, что указывает на меньшую гомологию геномов и самостоятельное положение var.galante в АД1-геномной группе вида.
Отмечена низкая бивалентная коньюгация в комбинации G.trucuspidatum ssp. purpurascens var.bogota х G.aridum, что говорит о частично гомологии
50,0%.
13
www.birunijournal.uz
геномов АД1 - и Д4 -геномов видов, а высокая у гибридов G.trucuspidatum el salvador x G.raimodii, и G.hirsitum Ташкент- 1х G armourianum указывает близкое родство скрещиваемых видов.
Таблица 1
Характеристика мейоза и фертильности пыльцы аллогексаплоидных
гибридов Fi
Гибридная комбинация Изучен о клеток в М I Среднее число на клетку Мейотическ ий индекс, % Фертильност ь пыльцы, %
унивалентов бивалентов мультивалентов
var. bogota х G.aridum 44 6,33±1,70 30,78±1,91 2,88±0,43 77,7±3,78 83,66±5,16
var. el salvador х G. raimondii 39 9,89±3,24 32,67±2,23 0,55±0,03 81,9±1,01 91,50±1,20
var. el salvador х G. armourianu m 42 3,60±0,05 30,00±2,48 4,00±0,22 89,5±1,00 86,32±3,70
var.marie galante х G. harknessii 103 5,27±2,61 32,18±2,38 2,09±1,35 73,3±4,70 64,87±1,58
Ташкент-1 х G. armourianu m 69 4,00±1,41 34,51±2,12 1,50±0,50 98,0±0,10 96,52±3,32
REFERENCES
1. Ахмедова Д.М., Лазарева О.Н., Абдуллаев А.А. Сравнительно-морфологическое изучение пыльцы некоторых видов и гибридов хлопчатника //Узб.биол. журн., 1990, № 2. 62-65
2. Ахмедова, Д.М. Цитология межгеномных гибридов хлопчатника. Автореф.дис. На соис.учен.степени к.б.н. (п.19) Ташкент. 1990.
3. Эрназарова, Д.К., Санамян М.Ф. Изучение цитологических особенностей внутри межвидовых тетраплоидных гибридов рода Gossypium L. Достижения, проблемы и перспективй агробиологии селскохозяйственных култур. Материалы Республиканской научно-практической конференции. ИГ и ЭБР АН Уз. (п.249). Ташкент. 2015.
14
www.birunijournal.uz
4. Муминов Х.А. Использование А1, А2 геномных видов для обогащения генотипа культурных сортов G.hirsutum L. Автореф.дис.док. (Dsc)б.н. Ташкент.
5. Ahmedova, D., & Akramov, A. (2021, July). USE OF MODERN TECHNOLOGIES IN THE EDUCATION SYSTEM. In Конференции.
6. Akhmedova, M., & Akhmedova, D. (2021). Clinical features and risk factors for the development of atopic bronchial asthma combined with allergic rhinosituitis in children. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 77(9), 1015-1020.
7. Закирова, С., Ахмедова, Д., & Артикова, Г. (2021, August). AGROTECHNICAL MEASURES FOR SAND DEVELOPMENT: https://doi. org/10.47100/conferences. v1i1. 1324. In RESEARCH SUPPORT CENTER CONFERENCES (No. 18.06).
8. Zakirova, S., Axmedova, D., & Artikova, G. Z. (2021, July). AGROTECHNICAL MEASURES FOR SAND DEVELOPMENT. In Конференции.
9. Abarjon o'g'li, A. A., & Barchinoy, M. (2022). YER USTI VA OSTI SUVLARINI IFLOSLANTIRUVCHI ASOSIY MANBALAR. IJODKOR O'QITUVCHI, 2(20), 216-219.
10. Abarjon o'g'li, A. A. (2022). SHO 'RLANGAN ERLARDA DUKKAKLI DON EKINLARINI EKISHNING AFZALLIGI. INNOVATION IN THE MODERN EDUCATION SYSTEM, 2(18), 351-354.
11. Халматова, Ш., Усманова, Т., & Акрамов, А. (2022). ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ И ЖИВОТНЫЙ МИР. THEORY AND ANALYTICAL ASPECTS OF RECENT RESEARCH, 1(5), 547-554.
12. Закирова, С., Ахмедова, Д., Хакимжонова, Н., & Кучкорова, Р. (2021). ПИТАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕСКОВ. Экономика и социум, (5-1), 902-906.
13. Ahmedova, D. M., & Maksudova, G. M. (2020). THE ROLE OF MOISTURE AS AN ECOLOGICAL FACTOR IN GROWTH OF COTTON PLANTS. Theoretical & Applied Science, (8), 73-76.
14. Ahmedova, D. M., & Maksudova, G. M. (2020). МОРФОЛОГИЯ ПЫЛЬЦЫ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ И ГИБРИДОВ ХЛОПЧАТНИКА. Theoretical & Applied Science, (5), 84-87.
15. Ahmedova, D. M., & Maksudova, G. M. (2020). Morphology of the pollen of some cotton species and hybrids. ISJ Theoretical & Applied Science, 05 (85), 84-87.
2022.
15
www.birunijournal.uz
