CC BY
24
Я. Н. Демурин,
доктор биологических наук
Т. М. Перетягина,
научный сотрудник ГНУ ВНИИ масличных культур
ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭКСПРЕССИВНОСТИ МУТАЦИИ грк2 В РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПИЧЕСКИХ СРЕДАХ У ПОДСОЛНЕЧНИКА
УДК 633.854.78:575
Существуют четыре основные формы токоферолов - а, Р, у и 5, в ряду которых наблюдается уменьшение витаминной и увеличение антиоксидантной активности.
В семенах селекционных сортов, гибридов, ин-бредных линий, коллекционных образцов ВИР, а также дикорастущих видов подсолнечника токофе-рольный комплекс включает а-, (3- и у-форму с явным преобладанием а-токоферола. Содержание ос-формы, в среднем, около 96 % с пределами варьирования от 89 до 99 %. Бета-токоферол при тонкослойной хроматографии не наблюдается. Общее содержание токоферолов в масле около 800 мг/кг [1].
При самоопылении растений сорта ВНИИМК 8931 ул. обнаружен в гетерозиготе мутантный рецессивный аллель гена, обозначенного Трк1, приводящий в гомозиготе к скачкообразному увеличению содержания р-формы в составе токоферолов. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ15, гомозиготной по мутантному аллелю //?/?/. около 50 % а- и 50 % р-токоферола. В образце коллекции ВИР № К44 обнаружен в гомозиготе другой мутантный рецессивный аллель гена, обозначенного Трк2, приводящий к преобладающему содержанию в составе токоферолов у-формы. Фенотип полученной инбредной линии ЛГ17, гомозиготной по мутантному аллелю 1рН2. около 5 % а- и 95 % у-токоферола.
Аллельное взаимодействие в обнаруженных генах осуществляется по типу неполного доминирования при степени доминирования, в обоих случаях, равной 0,87. Гены Трк1 и Трк2 неаллельны и несцеп-лены. Межгенное взаимодействие относится к типу комплементарности с проявлением всех четырёх фе-нотипических классов. При этом мутация /рк2 эпи-статирует над 1рИ I с появлением необычного для подсолнечника 8-токоферола. На основе рекомби-нантной двойной рецессивной гомозиготы получена инбредная линия ЛГ24 в составе токоферолов семян которой около 8 % а-, 84 % у- и 8 % 5-формы при отсутствии Р-токоферола [2].
На экспрессивность мутаций /рк1 и Iрк2 влияет созревание семян. Это выражается в увеличении содержания а-формы в составе токоферолов у линии ЛГ15 с 33 до 50 % и у линии ЛГ17 с 0 до 6 %, а также в появлении у 10- и 17-дневных семян этих линий 8-формы, исчезающей в ходе дальнейшего созревания. Увеличение температуры воздуха с 20 до 30 оС в
процессе налива семян увеличивает содержание а-токоферола на 9 % у линии ЛГ15 и не влияет на состав токоферолов линии ЛГ17.
Созданные аналоги линии по генам Tphl и Tph2 на основе нормальных линий ВК373 и ВК66 позволили установить, что мутация tphl обладает в семенах стабильным фенотипическим выражением в различных генотипических средах, тогда как экспрессивность мутации tph2 уменьшается в линии ВК373 с 95 до 50 %, а в линии ВК66 - до 30 % у-токоферола при пропорциональном увеличении содержания а-формы [3].
Это уменьшение экспрессивности мутации tph2 приводит к одновременному появлению у двойной рецессивной гомозиготы всех четырёх форм токоферолов - а, Р, у и 5 в одном фенотипе, например, на генотипической среде линии ВК66 в количестве 40, 25, 25 и 10 %, соответственно. Появление Р-токофе-рола в фенотипе двойной рецессивной гомозиготы всегда было связано с увеличением содержания а-токоферола за счет уменьшения доли у-формы. Это соответствует случаю, когда мутация tph2, проявляя частичную экспрессивность, объединяется с генетическим блоком мутации tphl [3].
Изучение генетического контроля различной степени экспрессивности мутации tph2 в семенах являлось следующим этапом работы, результаты которого представлены в данной статье.
Материал и методы. Четыре созданные в лаборатории генетики линии с различной степенью экспрессивности мутации tph2 использовались в скрещиваниях - две сублинии ВК175 (TphlTphl tph2tph2) и две сублинии ВК876 (tphltphl tph2tph2).
Скрещивания проведены по схеме ВК175 (min х max) и ВК876 (max х min). При получении семян Fj использовалась фотопериодическая мужская самостерильность в условиях камеры фитотрона. Состав токоферолов определялся тонкослойной хроматографией неомыляемой фракции липидов семян.
Результаты и обсуждение. Отобранные растения сублиний ВК175 и ВК876 с различной степенью экспрессивности мутации tph2 были включены в систему скрещиваний в камере фитотрона весной 2005 г. Семена Fj от скрещивания сублиний ВК175 (min х max) и сублиний ВК876 (max х min) получены с использованием метода гибридизации на основе фотопериодической мужской самостерильности (табл. 1).
Таблица 1 - Получение семян Г1 с использованием ФМС при изучении наследования степени экспрессивности мутации фН2
Камера фитотрона, ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Количество Количество семян,
Поколение растений, шт.
шт. Хср лимиты
ВК175, самоопыление 7 77 25-27
ВК175ттФМС x BK175max 8 67 47-97
ВК876, самоопыление 5 40 19-73
ВK876maxФМС x ВК876тш 7 59 33-90
Извлеченные из корзинок 12-дневные семена р! были проращены в термостате на фильтровальной бумаге при температуре 25 оС, затем высажены в стаканчики. В полевых условиях 2005 г. от выращенных растений были получены семена р2. В этом опыте также получены семена родительских линий и семена р!.
Сублинии ВК175 с минимальной и максимальной экспрессивностью мутации tph2 достоверно различались содержанием у-токоферола 26 и 69 % соответственно. Наследование признака в р1 носило промежуточный характер при среднем значении 45 %. В р2 наблюдалось континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов и с очень высоким СУ, равном 95 %, что наряду с относительно небольшим объемом выборки не позволяет обоснованно установить число и взаимодействие сегрегирующих генов (табл. 2). Кроме того, три величины - среднее значение признака в р! 45 %, в р2 42 % и арифметическое среднее между родителями (т) 48 % достоверно не различались между собой. Это указывает на аддитивность действия генов-модификато-ров, контролирующих различие в содержании у-то-коферола между сублиниями ВК175.
Таблица 2 - Наследование содержания у-токоферола при различной экспрессивности мутации 1рН2 в скрещивании сублиний ВК175
ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Поколение Содержание у-токоферола, % Sх Количество, шт.
Хср лимиты корзинок семян
P-min P-max 26 69 10-60 20-100 1,7 2,6 72 48 3 4 120 160
Fj 45 10-100 2,8 77 4 160
F2 42 10-100 2,9 95 6 190
НСР05 = 8
Сублинии ВК876 с минимальной и максимальной экспрессивностью мутации tph2 также достоверно различались содержанием у-токоферола 30 и 66 % соответственно. При этом минимальная экспрессивность характеризовалась наличием всех четырех форм токоферолов, а максимальная - только двух, у и 5. Наследование признака в р! носило промежуточный характер при среднем значении 50 %. В р2 наблюдалось континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов и высоким СУ,
равном 68 %, что наряду с относительно небольшим объемом выборки не позволяет обоснованно установить число и взаимодействие сегрегирующих генов (табл. 3). Кроме того, три величины - среднее значение признака в р! 50%, в р2 47% и арифметическое среднее между родителями (т) 48% достоверно не различались между собой. Это указывает, также как и для сублиний ВК175, на аддитивное действие генов-модификаторов, контролирующих различие в содержании у-токоферола между сублиниями ВК876.
Таблица 3 - Наследование содержания у—токоферола при различной экспрессивности мутации фН2 в дигомозиготе с мутацией фН1 в скрещивании сублиний ВК876
ЦЭБ ВНИИМК, 2005 г.
Поколение Содерж токофе сание у-рола, % Sх Количество, шт.
Хср лимиты корзинок семян
P-min P-max 30 66 0-70 50-80 2.4 1.5 72 20 2 2 80 80
Fj 50 20-80 2,0 51 4 160
F2 47 0-80 2,9 68 3 120
НСР05 = 7
Заключение. На основе внутрилинейного диз-руптивного отбора созданы константные сублинии с максимальной и минимальной экспрессивностью мутаций tph2 для линий ВК175 tph2 и ВК876 tph1 tph2.
Гибридологический анализ при скрещивании полученных сублиний показал, что наследование признака различной экспрессивности мутации tph2 в Fj носит промежуточный характер. В F2 наблюдалось континуальное варьирование без дискретных фенотипических классов. Среднее значение признака в Fj, F2 и арифметическое среднее между родителями достоверно не различались между собой, что указывает, на аддитивное действие генов-модификаторов, контролирующих различие в содержании у-токоферола между соответствующими сублиниями для ВК175 и ВК876.
Благодарности: Работа выполнена при поддержке гранта регионального конкурса РФФИ и администрации Краснодарского края № 06-04-96633.
Литература
1. Попов П. С., Демурин Я.Н. Генетика признаков качества масла // Биология, селекция и возделывание подсолнечника / Под ред. В.М. Пенчукова. - М.: Аг-ропромиздат, 1991. - С. 57-61.
2. Демурин Я. Н., Бочкарев Н. И. Исследования по генетике подсолнечника // История научных иследо-ваний во ВНИИМКе за 90 лет. - Краснодар:Сельские зори, 2003. - С.193-198.
3. Demurin Ya., Skoric Dr., Karlovic Dj. Genetic variability of tocopherol composition in sunflower seeds as a basis of breeding for improved oil quality // Plant Breeding. - 1996. - V.115. - P.33-36.
