Научная статья на тему 'Характер конъюгации хромосом в МКП у межвидовых гибридов F1 растений томатов'

Характер конъюгации хромосом в МКП у межвидовых гибридов F1 растений томатов Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
334
83
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОМАТ / ГИБРИД / МЕЙОЗ / БИВАЛЕНТ / ХИАЗМА / TOMATO / HYBRID / MEIOSIS / BIVALENT / CHIASMA

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Нековаль Светлана Николаевна

В статье дан анализ частоты и распределения хиазм у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза. Установлен характер коньюгации в МКП у межвидовых гибридов F1 томата, подсчитано количество дистальных и интерстициальных хиазм. Отобраны образцы для рекомендации вовлечения их в селекционный процесс, в качестве индуктора генетической изменчивости

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Нековаль Светлана Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHARACTER OF OF THE CONJUGATION OF CHROMOSOMES IN ANTHER MOTHER CELLS OF INTERSPECIFIC TOMATO F1 HYBRIDS

The analysis of frequency and distribution of chiasma of interspecific tomato F1 hybrids at meiosis prophase I was given. The character of synapsis in anther mother cells of interspecific tomato F1 hybrids was determined; the number of distal and interstitial chiasmata was calculated. The samples, recommended for their inclusion into the selection process as the inducer of genetic variability were chosen

Текст научной работы на тему «Характер конъюгации хромосом в МКП у межвидовых гибридов F1 растений томатов»

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.

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.