CC BY
84
УДК 576.37 UDC 576.37
ХАРАКТЕР КОНЪЮГАЦИИ ХРОМОСОМ В CHARACTER OF OF THE CONJUGATION OF
МКП У МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ Fj CHROMOSOMES IN ANTHER MOTHER
РАСТЕНИЙ ТОМАТОВ CELLS OF INTERSPECIFIC TOMATO Fj
HYBRIDS
Нековаль Светлана Николаевна Nekoval Svetlana Nikolaevna
научный сотрудник scientific worker
Всероссийский научно-исследовательский All-Russian Research Institute of Biological Plant
институт биологической защиты растений, Protection, Krasnodar, Russia
Краснодар, Россия
В статье дан анализ частоты и распределения The analysis of frequency and distribution of chiasma
хиазм у межвидовых гибридов F1 томата в профазе of interspecific tomato F1 hybrids at meiosis prophase I I мейоза. Установлен характер коньюгации в МКП was given. The character of synapsis in anther mother у межвидовых гибридов F1 томата, подсчитано cells of interspecific tomato F1 hybrids was
количество дистальных и интерстициальных determined; the number of distal and interstitial
хиазм. Отобраны образцы для рекомендации chiasmata was calculated. The samples, recommended
вовлечения их в селекционный процесс, в качестве for their inclusion into the selection process as the индуктора генетической изменчивости inducer of genetic variability were chosen
Ключевые слова: ТОМАТ, ГИБРИД, МЕЙОЗ, Key words: TOMATO, HYBRID, MEIOSIS,
БИВАЛЕНТ, ХИАЗМА BIVALENT, CHIASMA
Мейоз у томата изучают в основном на материнских клетках пыльцы (МПК). Изучение протекания стадий мейоза и поведение хромосом томата достаточно хорошо изучены рядом авторов[1; 5; 7]. В нашей стране большой вклад в изучение цитологической характеристики томата принадлежит А. А. Жученко.
Томат имеет диплоидный набор хромосом (2n=24), хотя известны случаи проявления гаплоидов, полиплоидов, и трисомиков [1; 8; 12]. Хромосомы томатов сравнительно мелкие (3 ц). Мейоз у томата протекает классически, в течение 3 - 4 дней и зависит от температуры окружающей среды. Оптимальная температура +25оС. Значительно замедляется и тормозится этот процесс при температурах ниже +10 оС и выше +27 оС [1; 2].
В диакинезе у томата образуется 12 бивалентов, которые соединены одной или двумя хиазмами. Биваленты кольцевидной формы имеют две терминальные хиазмы, открытые - одну терминальную хиазму, в виде восьмерок - одну терминальную хиазму, другую интерстициальную, и Х
образные, имеют одну интерстициальную хиазму. Частота хиазм, а так же коэффициент их терминализации зависит от сортов и генетической неоднородности этих сортов (видов). Принято считать, что хиазмы — это цитологическое следствие кроссинговера, морфологически отражающее обмен участками между гомологичными хромосомами. Хиазмы точно соответствуют физическим перестройкам несестринских хроматид и образуются только в тех бивалентах, где перед этим формируется синаптонемный комплекс. Частота и распределение хиазм генетически контролируемые признаки. Они постоянны для вида и могут изменяться лишь при влиянии генетических факторов или условий окружающей среды [1; 3;8].
Цель наших исследований провести анализ частоты и распределения хиазм у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить характер образования хиазм в МКП у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза;
2. Подсчитать число бивалентов у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза;
3. Установить наличие интерстициальных хиазм в МКП гибридов Fj растений томата.
Материалы и методы
Работу выполняли в лаборатории «Изучения и поддержания генетической коллекции томатов» ГНУ ВНИИ БЗР (2007 - 2010 гг).
Исследования проводили на межвидовых гибридах F1 растений томатов: Мо500 х Lycopersicon esculentum var. pimpinellifolium (Mill.) Bezh., Мо500 х Lycopersicon esculentum var. cerasiforme (A.Gray) Brezh., Мо500 х Lycopersicon cheesmanii typicus Riley, Мо393 х Lycopersicon esculentum var. pimpinellifolium (Mill.) Bezh., Мо393 х Lycopersicon esculentum var. cerasiforme (A.Gray) Brezh., Мо393 х Lycopersicon cheesmanii typicus Riley.
Растения выращивали в климокамерах, с заданными параметрами, оптимальными для вегетации растений томата. Для цитогенетической оценки использовали методику З.П. Паушевой [7]. Для анализа брали бутоны томата первых 3-х кистей.
Бутоны (размером 1-2 мм) срывали с куста и помещали в бюкс, заполненный фиксирующим раствором (ледяная уксусная кислота и этиловый спирт в соотношении 1:3). Через 5 часов промывали в трех сменах 80%-го спирта, оставляя в каждой на 1 час. Материал хранили в 80%-ом спирте в плотно закупоренной пробирке в холодильнике.
Для приготовления препарата бутоны промывали под проточной водой 15 мин, после чего из них выделяли пыльники. Пыльники помещали в 0,6 % раствор ферментов (целлюлаза - 0,2 %, мацераза - 0,2 %, пектиназа - 0,2 %) в цитратном буфере, рН = 4,0, и варили их на водяной бане 2 часа при температуре 370С.
После варки вынимали по одному пыльнику и дробили на предметном стекле препаровальной иглой в капле 60 % уксусной кислоты. Полученную суспензию окаймляли фиксатором Карнуа и добавляли каплю фиксатора в центр суспензии. Через 2 - 3 сек. препарат ополаскивали в 96 % спирте.
Приготовленные постоянные препараты окрашивали в 2% растворе красителя Гимза, приготовленном в фосфатном буфере (рН = 6,8). Время экспозиции 25 мин. Прокрашенные стеклышки просушивали в течение 4 часов. Приготовленные препараты анализировали под микроскопом ОНшрш РК 2500
Частоту хиазм в материнских клетках пыльника (МКП) подсчитывали по схеме [9]: открытый бивалент - 1 хиазма, закрытый бивалент - 2 хиазмы. По расположению на биваленте различали дистальные и интерстициальные хиазмы (рис. 1).
Бивалент с одной
интерстициальной
хиазмой
Бивалент с одной дистальной и одной интерстициальной хиазмами
Рисунок 1- МПК на стадии диакинеза у гибрида ^ томата Результаты и обсуждение
Изучение МПК позволяет определить степень генетического родства скрещиваемых форм. Анализ частоты и распределения хиазм может быть использован для оценки потенциальной возможности определенных гибридных комбинаций передавать признаки от дикорастущего вида томата к культурному сорту. Чем выше коньюгация хромосом, при гибридизации, тем больше вероятность получить фертильное потомство с хозяйственно ценными признаками.
У 6 межвидовых гибридов ^ томата проведен сравнительный анализ
частоты и распределения хиазм в МПК. Учитывая, что интенсивность и направленность процессов мейоза зависит от многих условий, складывающихся до его начала [3; 6;10; 11], растения томата выращивали в одинаковых условиях, оптимальных для произрастания. Все образцы оценены по универсальному методу учета интерстициальных, дистальных хиазм и их сочетании во всех 12 бивалентах (рис.2)
1 О*
С
°
• о -
к»
ъ
- 0
•5»
с «
л' О
о « О о
:0 > «» О
£* - « ’
а Л' 1- - „ б в
/
О
о О
о,:
«*-к 6
д
о
г.
9о
о
ХУ о
<4
. О
Л
1
г
е
Рисунок 2- Конъюгация хромосом у гибридов F1 растений томата Примечание: а) Мо 500 х Ь. в8си1впШт уаг. cerasiforme, 2п = 12пс; б) Мо 500 х Ь. в8си1впШт уаг. ртргпвШ/Ытш, 2п = 211О1011С; в) Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus, 2п = 211111с; г) Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus, 2п = 211111с; д) Мо 393 х Ь. esculentum уаг. pimpinellifolium, 2п = 111О1111С; е) Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus, 2п = 3пО9пс .
http://ei.kubagro.ru/2011/01/pdf/11.pdf
Анализ материнских клеток пыльника (МКП) на стадии диакинеза метафазы I показал, что большинство МКП у межвидовых гибридов F1 томата имели бивалентную конъюгацию хромосом. Присутствие уни- и мультивалентов не наблюдалось(табл.1). Исключение составил гибрид Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus, в МПК которого обнаружено 11 закрытых бивалентов и 2 унивалента (рис.2в ).
Среднее число хиазм у анализируемых гибридов F1 варьировало от 20,03±0,044 од 20,01±0,033. При этом частота дистальных хиазм превышала число интерстициальных у всех изученных гибридов растений томата (табл.2).
Гибриды F1 с отцовской формой Ь. esculentum var. cerasiforme имели наибольшую долю клеток с 12 закрытыми бивалентами: Мо 500 х Ь. esculentum var. cerasiforme - 0,969; Мо 393 х Ь. esculentum var. cerasiforme -
0,952. У этих образцов наблюдалось, и большее колличество дистальных хиазм на МКП и составило 24,03±0,022 и 23,11±0,021 соответственно. Меньшее колличество бивалентов, среди анализируемых образцов, отмечено у гибрида Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus . У него наблюдалось 0,899 МПК с 9 закрытыми и 3 открытыми бивалентами. Такой характер конъюгации позволяет сделать предположение о степени близости геномов Мо 500 и Мо 393 с Ь. esculentum var. cerasiforme в филогенетическом аспекте.
По мнению некоторых авторов [1; 11; 12], при дистальном
расположении большинства хиазм, все гены, расположенные в средней части хромосомы сохраняют исходный порядок, т.е. ведут себя как суперген. Частота интерстициальных хиазм в наибольшей степени характеризует потенциал генетической изменчивости. Проведенные А. А. Жученко [1] цитологические исследования позволили установить, что у
низкоприспособленных гетерозигот F1 томата частота инстертициальных хиазм достоверно выше, чем у высокоприспособленных.
Таблица 1- Анализ нарушений в МПК на стадии диакинеза у межвидовых гибридов ¥1 томата
Г ибрид ¥ Доля клеток с хромосомными ассоциациями Всего, доля/шт
12й с 1й 11й О с 2й 10й О с 3й 9й О с 2111и с
Мо 500 х Ь. взеЫвпШт уаг. cerasiforme 0,969 0,029 0 0 0 1/562
Мо 500 х Ь. взсЫвпШт уаг. pimpinellifolium 0,001 0,034 0,960 0 0 1/428
Мо 500 х Ь. сНввзтапи typicus 0 0,007 0 0 0,993 1/335
Мо 393 х Ь. в8си1впШт уаг. cerasiforme 0,952 0,036 0,012 0 0 1/467
Мо 393 х Ь. esculentum уат. pimpinellifolium 0,009 0,964 0,027 0 0 1/366
Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus 0 0 0,101 0,89 9 0 1/448
Примечание: п - унивалент; п о- открытый бивалент; п с - закрытый бивалент.
http://ej.kubagro.ru/2011/01/pdf/11.pdf
Таблица 2- Образование хиазм в МПК межвидовых гибридов ¥1 томата
Г ибрид ¥1 Хиазмы
Д. И. Д. / И. Всего
Мо 500 х Ь. esculentum уа^ cerasiforme 24,03±0,022 - 24,03 24,00±0,032
Мо 500 х Ь. esculentum уа^ pimpinellifolium 20,11±0,025 2,01±0,062 10,00 22,01±0,033
Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus 18,21±0,034 4,12±0,028 4,42 22,30±0,055
Мо 393 х Ь. esculentum уа^ cerasiforme 23,11±0,021 1,00±0,082 23,11 24±0,033
Мо 393 х Ь. esculentum уar. pimpinellifolium 19,32±0,096 4,10±0,022 4,71 23,11±0,022
Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus 16,00±0,012 4,01±0,056 4,01 20,03±0,044
Примечание: Д. - дистальные хиазмы, И. - интерстициальные хиазмы.
Большим количеством интерстициальных хиазм отмечены гибриды: Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus (4,12±0,028), Мо 393 х Ь. esculentum уау. pimpinellifolium (4,10±0,022) и Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus (4,01±0,056) (табл.2).
В связи с этим данные образцы могут представлять интерес в селекционной практике при проведении гибридизации в качестве индуктора генетической изменчивости.
Нарушения в МПК на стадии диакинеза, обнаруженные в ходе цитологических исследований, не отразились на фертильности
пыльцы межвидовых гибридов ¥1 томатов и их способности давать фертильное потомство.
Выводы
1. Анализ материнских клеток пыльника на стадии диакинеза метафазы I показал, что большинство МПК у межвидовых гибридов ¥ томата характеризуются бивалентной конъюгацией хромосом.
2. Меньшее количество бивалентов в МПК, среди анализируемых образцов, отмечено у гибрида Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus Д6,13±0,012).
3. Среднее число хиазм на геном у анализируемых межвидовых гибридов ¥1 растений томата варьировало от 20,03±0,044 од 20,01±0,033.
4. У всех изученных межвидовых гибридов растений томата частота дистальных хиазм превышала число интерстициальных в 4,01 - 24,03 раза, что может свидетельствовать о близости их геномов.
5. Учитывая количество интерстициальных хиазм в МПК гибриды ¥ Мо 500 х Ь. cheesmanii typicus (4,12±0,028), Мо 393 х Ь. esculentum уar. pimpinellifolium (4,10±0,022) и Мо 393 х Ь. cheesmanii typicus (4,01±0,056) можно рекомендовать использовать в селекционном процессе в качестве индуктора генетической изменчивости.
Список литературы
1. Жученко А. А. Генетика томатов / А. А. Жученко. - Кишинев: Штиинца, 1973. -
664 с.
2. Брежнев Д. Д. Томаты / Д. Д. Брежнев. - М.: Гос. изд-во с.-х. лит., 1955. - 352 с.
3. Голубовская И. Н. Генетический контроль мейоза: автореф. дис. ... докт. биол.
наук / И. Н. Голубовская. - Новосибирск, 1983. - 32 с.
4. Гуляев Г. В. Генетика / Г. В. Гуляев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос,
1984. - 351 с.: ил.
5. Иванова С. В. Мейоз. Лекция для студентов специальности 310600 « Селекция и
генетика сельскохозяйственных растений» агрономического и плодоовощного факультетов / С. В. Иванова; Рос. гос. аграр. ун-т - МСХА им К. А. Тимирязева. - М., 2006. - 46 с.
6. Любимова В. Ф. Вопросы стерильности и пониженной фертильности гибридных
растений / В. Ф. Любимова // Отдалён. гибридизация растений: сб. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - С. 140-152.
7. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева. -3-е изд. перераб. и доп. - М.: Колос, 1980. - 304 с.: ил.
8. Цаценко Л. В. Цитология: учеб. пособие / Л. В. Цаценко. - Краснодар: КубГАУ,
2007. - 156 с.
9. Ячевская Г. Л. Особенности мейоза при отдаленной гибридизации: учеб.
пособие / Г. Л. Ячевская, С. В. Иванова, А. А. Наумов. - М.: Изд-во МСХА, 1990. - 81 с.
10. Moore K. Influence of climate on a population of tetraploid spring rye / K. Moore // Hereditas. - 1963. - Vol. 49/50. - P. 269-305.
11. Pao W. K. Desynapsis and other abnormalities induced by high temperature / W. K.
Pao, H. W. Li // J. Genet. - 1948. - N. 48. - P. 287-310.
12. Rick C M. Differential zygotic lethality in a tomato species hybrid / C. M.Rick //
Genetics. - 1963. - Vol. 48 (11). - P. 1497-1507.
