CC BY
8А.П. Ермишин
МЕИОТИЧЕСКОЕ УДВОЕНИЕ ХРОМОСОМ В СЕЛЕКЦИИ КАРТОФЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТБОРА НА ДИПЛОИДНОМ УРОВНЕ (обзорная статья)
ГНУ «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси» Республика Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27
Введение
Одним из наиболее перспективных направлений оптимизации селекционного процесса картофеля является разработка подходов к использованию отбора на диплоидном уровне. Эта технология включает следующие этапы: 1) получение дигаплоидов S. tuberosum; 2) скрещивание их с дикими видами - потенциальными донорами ценных генов; 3) беккроссирование, самоопыление, гибридизация полученных гибридов между собой и отбор с целью комбинации и концентрации желательных генов и элиминации нежелательных; 4) перевод отобранных генотипов на тетраплоидный уровень с помощью мейотического удвоения хромосом [1, 2].
Названное направление имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной селекцией картофеля. Благодаря более простому наследованию хозяйственно-ценных признаков на диплоидном уровне значительно проще отбирать гибриды с комплексом желаемых признаков, чем на тетраплоидном уровне. Требуется меньший объем популяции для выделения сложных рекомбинантов, отвечающих запросам селекции. Аккумуляция желаемых и элиминация нежелательных генов быстрее происходит на диплоидном уровне, чем на тетраплоидном. Создание мультиплексных родительских линий с комплексом генов устойчивости к болезням и вредителям с помощью отбора на диплоидном уровне намного эффективнее, чем на тетраплоидном. Дига-плоиды культурного картофеля S. tuberosum относительно легко скрещиваются со многими диплоидными дикими видами картофеля,
что дает возможность расширить генетическое разнообразие селекционного материала, привлекать ценные гены диких видов.
Мейотическое удвоение хромосом для перевода исходного материала на тетраплоидный уровень обеспечивает сохранение значительной доли гетерозиготности, дает возможность получать более выровненные, продуктивные, экологически стабильные тетраплоидные гибридные популяции, практически не расщепляющиеся по комплексу признаков, сформированному на диплоидном уровне. FDR 2n пыльца дигапло-идов более гетерозиготна и более гомогенна, чем n-пыльца тетраплоидных сортов. Варианса ошибки в 4х-2х семьях в 3 раза меньше, чем в соответствующих 4х-4х семьях [3]. Следовательно, для достижения определенного селекционного результата размер гибридной популяции может быть уменьшен в 3 раза.
В ходе развития рассматриваемого направления селекции картофеля подтверждены на практике его широкие возможности [4]. Однако, несмотря на имеющиеся достижения и безусловную перспективность, следует признать, что эта селекционная стратегия пока не получила широкого распространения, поскольку на практике не удается в полной мере реализовать ее преимущества. Это обусловлено наличием ряда проблем, связанных с биологией диплоидного картофеля, многие из которых до конца не решены.
Целью настоящей работы является анализ трудностей мейотического удвоения хромосом на завершающем этапе диплоидной селекции и рассмотрение подходов к их преодолению.
Мейотическое удвоение хромосом в селекции картофеля
В результате нарушений в ходе мейоза могут формироваться т.н. нередуцированные, или 2п-гаметы, которые имеют число хромо-
сом спорофита, а не гаметофита. 2п-гаметы, образовавшиеся в ходе микроспорогенеза, называют дипландроидами (2п-пыльца), а
в ходе мегаспорогенеза - диплогиноида-ми (2п-яйцеклетки) [5]. Известно несколько способов (нарушений мейоза) получения 2п-гамет. Для селекции картофеля с использованием отбора на диплоидном уровне наибольшее значение имеют FDR- и SDR-механизмы формирования 2п-гамет.
FDR (first division restitution) связывают с появлением слившихся fs) [6] или параллельных (ps) [7] веретен деления в метафазе II. В результате формируются только два полюса с двумя группами хромосом. Мейоз заканчивается формированием только одной клеточной стенки (эквационного деления). Образуется диада 2п-микроспор. В лаборатории генетики картофеля Института генетики и цитологии НАН Беларуси проведено специальное исследование вопроса о роли коориентации веретен в FDR [8-10]. Тщательное изучение корреляций между частотой ps и частотой диад у форм, продуцирующих и не продуцирующих 2п-пыльцу, применение математического моделирования позволило получить убедительные доказательства того, что «параллельные веретена» не являются нарушением мейоза, а образование диад связано с мутацией fs. В то же время полученные результаты не подтвердили предполагаемой в норме любой, чисто случайной [6] или только перпендикулярной [7] коориентации веретен в мейозе. Проведенный анализ распределения углов взаимного расположения веретен деления свидетельствует, что мейоциты разделяются на две равноценные группы с параллельной и перпендикулярной коориентацией. Отклонения носят случайный характер. Поэтому тетраэдр вторичных фрагмопластов может с равной вероятностью образовываться как из параллельных, так и перпендикулярных первичных фрагмопластов [8-10].
В основе SDR (second division restitution) лежит эндомитоз интерфазных ядер между первым и вторым делением мейоза и преждевременное образование клеточной пластинки редукционного деления. В этом случае метафаза, анафаза и телофаза второго деления отсутствуют. D.W.C. Mok, S.J. Peloquin [11] этот тип SDR назвали механизмом преждевременного цитокинеза (мутации pc-1 и pc-2). J.E. Werner, S.J. Peloquin [12] указывают, что доминирующий механизм образова-
ния 2^яйцеклеток - утрата второго деления мейоза. Он контролируется одним рецессивным геном (os). Другой механизм образования 2n-яйцеклеток - утрата цитокинеза после второго деления мейоза, который контролируется одним рецессивным геном (/с). Генетическая структура 2n-яйцеклеток формируется с помощью любого механизма SDR.
Мейотическая полиплоидизация может быть как односторонней (в интерплоидных скрещиваниях 4х-2х и 2х-4х), так и двусторонней (2х-2х). Имеется целый ряд публикаций, в которых обсуждается роль 2^гамет в поли-плоидизации и генетические последствия использования различных способов их формирования [13].
Основное различие между FDR и SDR заключается в том, что при FDR две хромати-ды каждой хромосомы попадают в разные 2п-споры, что ведет к сохранению родительской гетерозиготности в сформировавшихся гаметах. При SDR хроматиды каждой хромосомы попадают в одну из 2п-спор, что приводит к увеличению гомозиготности. J.G.Th. Hermsen [14] рассчитал, что средний процент родительской гетерозиготности, представленной в FDR- и SDR-гаметах для четырех типов хромосом с известными сайтами центромер и кроссоверов, составляет, соответственно 80,2% и 39,6%. G.C.C. Tai [42] сравнил средние и вариансы потомства шести типов скрещиваний (FDR х FDR; FDR х SDR; SDR х SDR; 4x х FDR; 4x х SDR; 4x х 4x), предположив, что в скрещивания взяты диал-лельные родительские генотипы Аа и ААаа при различных типах гипотетических моделей (аддитивная, доминирование и сверхдоминирование). Средние и варианса FDR-потомства, как полагает автор, были больше и меньше, соответственно, чем у SDR-потомства в случае, когда локус располагался ближе к центромере. Ситуация менялась на противоположную при расположении локуса в области, близкой к концу длинного плеча хромосомы. «Эффект положения» гена у SDR-гамет, как оказалось, более сильный, чем у FDR-гамет. 2n-гаметы оказывают большее влияние на продуктивность потомства в 2х-2х скрещиваниях, чем в 4х-2х. Аналогичные результаты получены K.Watanabe et al. [15]. По их мнению, наиболее надежный способ достижения высокой степе-
ни гетерозиготности тетраплоидного потомства - это использование в двусторонней по-липлоидизации скрещиваний типа FDR х SDR.
Качественный признак наличия либо отсутствия слияния веретен в мейозе и формирования 2n пыльцы имеет количественный характер проявления (частота слияния веретен в мейозе, частота 2n пыльцы). Частота формирования 2n пыльцы у растений природных популяций картофеля и образцов селекционного материала варьирует в широких пределах - от долей процента до 100% [16]. Весьма существенна вариация формирования 2n пыльцы у сибсов гибридных популяций, причем она имеет непрерывный характер [17, 18]. Экспрессивность генов fs (частота 2n пыльцы) определяется генотипом исследуемых образцов, средовыми факторами и их взаимодействием [17, 19]. Вариация генотипов картофеля по частоте fs указывает на вероятное полигенное наследование данного признака или участие в его контроле полигенов. Впервые E. Jacobsen [20], анализируя уровень скрещиваемости диплоидных гибридов в системе 4х х 2х в зависимости от частоты формирования у них 2n пыльцы, пришел к заключению, что изучаемый показатель контролируется совместно главными рецессивными генами и полигенами. В 1980-х годах была предложена модель генетического контроля fs, где главные гены (ген) взаимодействуют с полигенами (генетическим фоном, модифицирующим экспрессию главных генов). Применяя методологию анализа количественных признаков, было показано, что частота формирования 2n пыльцы (вариация экспрессивности fs) определяется действием двух-четырех локусов с равными эффектами [21].
J. Mooney, S.J. Peloquin [22] показали возможность повышения частоты 2n пыльцы, а F. Serquen, S.J. Peloquin [23] частоты 2n яйцеклеток с помощью рекуррентного отбора. В лаборатории генетики картофеля ИГиЦ НАН Беларуси с помощью такого отбора созданы диплоидные линии картофеля, формирующие 80-100% 2n пыльцы [24]. Эти линии в скрещиваниях с дигаплоидами, способными образовывать небольшое количество нередуцированной пыльцы, были способны давать потомство, значительная часть которого (3080%) формировало диады с частотой 10% и
более (по нашим данным 10% диад - уровень, необходимый для успешного применения мей-отического удвоения хромосом).
Наш опыт изучения генетического контроля формирования нередуцированной пыльцы при гибридизации дигаплоидов картофеля можно суммировать следующим образом.
1. При скрещивании дигаплоидов, не образующих 2п пыльцу, вероятность выщепления гибридов, способных формировать нередуцированную пыльцу, крайне низкая. При этом частота диад у гибридов, образующих нередуцированную пыльцу, как правило, невысокая (недостаточная для мейотического удвоения хромосом).
2. Скрещивания, в которых оба родителя образуют нередуцированную пыльцу, позволяют гарантированно получить гибриды, определенная доля которых с достаточной для мейотического удвоения частотой образует 2п пыльцу. Эта доля тем выше, чем выше частота нередуцированной пыльцы у каждого из родителей. Возможно получение гибридов, которые формируют 2п пыльцу с более высокой частотой, чем у лучшего по этому показателю родителя [24].
3. Гибридизация между дигаплоидами, один из которых образует 2п пыльцу с частотой 80100% (донор генов этого признака), а второй не образует, не гарантирует получение потомства, способного формировать с достаточной для мейотического удвоения хромосом частотой нередуцированной пыльцы. Небольшое количество таких гибридов получается только в случае, если в родословной родителя с нормальным мейозом имелись генотипы, образующие 2п пыльцу [25].
Считается, что частота генотипов, формирующих нередуцированные гаметы, среди дигаплои-дов и диплоидных видов картофеля достаточно велика для успешного использования мейоти-ческой полиплоидизации при переводе перспективного исходного диплоидного материала на тетраплоидный уровень [см. 26]. По нашим данным многолетнего изучения большой коллекции дигаплоидов картофеля разного происхождения, генотипы, образующие нередуцированную пыльцу, встречались с частотой 28,9%. Однако из 14 выделенных образцов, которые формировали более 5% нередуцированных пыльцевых зерен, лишь один обладал достаточно высокой функциональной фертильностью пыльцы (как
показывает наш опыт, 5% диад - минимальный уровень, необходимый для получения небольшого количества семян в 4х-2х скрещиваниях). То есть, лишь 7% от числа продуцентов 2п пыльцы обладали удовлетворительной мужской фертильностью, что составляет 0,8% от общего числа проанализированных форм [27].
Е. Jacobsen [28, 29] считает, что эффективность гибридизации в интерплоидных скрещиваниях является функцией двух переменных: частоты 2п-зерен в пыльце генотипа и их функциональной фертильности. Нами проведено специальное исследование сопряженности варьирования результатов гибридизации продуцентов 2п пыльцы с диплоидными и тетраплоидными тестерами [30]. Установлено, что стерильные формы или дигаплоиды с низкой функциональной фертильностью пыльцы в 2х-2х скрещиваниях являются, за редким исключением, низкофертильными и в скрещиваниях 4х-2х. Напротив, высоко фертильные при гибридизации на диплоидном уровне образцы с большой вероятностью (70% и более) обладали высокой опыляющей способностью и в скрещиваниях с тетраплоидными сортами.
Многолетнее изучение большой коллекции дигаплоидов картофеля, прошедших первичный отбор по фертильности, показало, что около 10% способных к цветению форм не образовывали пыльцу вообще, 35% формировали ее в небольшом количестве (менее 0,5 мг/цветок). Функциональная фертиль-ность пыльцы в целом была очень низкая: у 65% изученных форм она была ниже 5%, а у 5% образцов пыльца не прорастала вообще. Следовательно, лишь 16,5% от общего количества проанализированных форм можно использовать в скрещиваниях в качестве опылителей [31]. Вероятность сочетания в одном генотипе способности формировать нередуцированные гаметы и мужской фер-тильности явно недостаточная для целенаправленной селекции [27]. Таким образом, реализация полноценных программ отбора на диплоидном уровне у картофеля, в том числе на завершающем его этапе мейотиче-ского удвоения хромосом, невозможна без предварительной селекции, направленной на повышение фертильности исходного диплоидного материала.
Проблема фертильности диплоидного селекционного материала
и пути ее решения
Первичные дигаплоиды сортов картофеля по степени гетерозиготности приблизительно эквивалентны третьему поколению от самоопыления тетраплоидного родителя [32]. Инбредная депрессия у них проявляется не только в снижении мощности и жизнеспособности растений, но и угнетении генеративной сферы. Так, по данным Gorea, среди 282 дига-плоидов, происходивших от 20 тетраплоидов, менее 10% формировали жизнеспособную (окрашивающуюся) пыльцу [33]. Rousselle-Bourgeois и Rousselle не обнаружили ни одного мужски фертильного образца среди более чем трех тысяч первичных дигаплоидов, полученных от 445 тетраплоидных клонов [34].
Дигаплоиды картофеля, даже формирующие какое-то количество неабортивной (жизнеспособной) пыльцы, далеко не всегда могут служить в скрещиваниях опылителями. Как показывает практика, оценка мужской фертильности по результатам завязываемости семян в пробных скрещиваниях часто не совпадает с уровнем жизнеспособности пыльцы. Обычно реальная
мужская фертильность, оцененная по семенной продуктивности, ниже той, что теоретически должна соответствовать жизнеспособности пыльцы исследуемого опылителя [35]. Фертильность, оцененная по результатам гибридизации, получила в литературе название «функциональная мужская фертильность» (ФМФ) [35], или «скрещиваемость» [36]. Очевидно, что ФМФ определяется как абсолютным количеством образующейся пыльцы, так и долей в ней пыльцы, способной доставить мужские гаметы к зародышевому мешку, т.е. пыльцы функционально фертильной. Именно от частоты функционально фертильной пыльцы (ФФП) зависит успех скрещиваний в совместимых комбинациях с участием отобранных нестерильных опылителей. Для косвенной оценки ФФП (до проведения скрещиваний) разработано несколько методов [37]. По опыту лаборатории генетики картофеля Института генетики и цитологии НАН Беларуси, наиболее приемлемым является метод проращивания пыльцы на искусственных питательных средах по Palais et al. [38].
Женская фертильность (способность завязывать ягоды и семена при опылении фертиль-ной пыльцой совместимых опылителей), несмотря на то, что она понижена у дигаплоидов S. tuberosum по сравнению с тетраплоидами, все же не является основным лимитирующим фактором в скрещиваниях с участием дигаплоидов. Как было показано в результате многолетнего испытания более двухсот первичных дигаплоидов, большинство из них способно формировать ягоды и семена, хотя высоким уровнем женской фертильности (завязывае-мость 20 и более семян на ягоду) обладало лишь незначительное число первичных ди-гаплоидов. Тем не менее, основная их часть могла служить женским компонентом скрещиваний [39].
При гибридизации дигаплоидов картофеля наблюдается сложная картина расщепления по показателям фертильности. Если интенсивность цветения обычно имеет промежуточное значение по сравнению с родителями, то показатели мужской фертильности могут меняться в очень широких пределах. Так, при скрещивании слабо и хорошо пылящих ди-гаплоидов 226.26 (S. tuberosum) и ВД-88-23 (S. tuberosum х S. stenotonum) вариация признака была от 0 до 2,9 мг/цветок, при средней 0,95 мг/цветок (у родителей соответственно 0,38 и 2,06 мг/цветок). Наследование ФМФ было аналогичным. Средняя величина признака у гибридов имела промежуточное значение, более близкое к лучшему из родителей при скрещивании низкофертильных форм, и близкое к худшему из родителей при скрещивании низко- и высокофертильного образцов [40]. При этом, как и по количеству пыльцы, отмечено выщепление форм, превосходящих лучшего родителя, и форм, уступающих худшему, что говорит об участии рецессивных генов в генетическом контроле этих признаков, а также, вероятно, о взаимодействии генов. Таким образом, даже скрещивание мужски фертильных вторичных дигаплоидов сопровождается выщеплением стерильных форм и генотипов с пониженной мужской фертильно-стью. С другой стороны, вовлечение в гибридизацию высокофертильных образцов позволяет с большой вероятностью рассчитывать на получение потомства с достаточно высокой фертильно стью.
По мнению Carrol и Low, уровень фертиль-ности дигаплоидов S. tuberosum определяется соответствующим показателем исходной тетра-плоидной формы и эффектом инбридинга [35]. Этой же точки зрения придерживается и ряд других исследователей [26, 41-44]. У тетрапло-идных сортов картофеля практически не ведется отбор против неблагоприятных рецессивных аллелей в локусах, контролирующих мейоз и развитие мужского гаметофита, т.к. мужски стерильные формы с высокой комбинационной способностью могут быть использованы в селекционных программах в качестве материнских форм. Вегетативный способ размножения картофеля способствует аккумуляции в сортах таких аллелей. На диплоидном уровне они переходят в гомозиготное состояние, что проявляется в резком снижении фертильности, появлении стерильных форм.
Гипотезу об инбридинге, как основной причине мужской стерильности дигаплоидов картофеля, подтверждают оценки мужской фертильности удвоенных моноплоидов [42, 45, 46]. В частности, у удвоенных моноплои-дов S. phureja происходило заметное снижение женской фертильности (интенсивности цветения, завязываемости ягод и семян при использовании в качестве материнских форм) по сравнению c исходной гетерозиготной вы-сокофертильной формой и резкое понижение мужской фертильности: из 13 изученных удвоенных моноплоидов менее половины формировали пыльники с небольшим количеством пыльцы, оказавшейся функционально стерильной при тестировании на прорастание in vitro [47].
Таким образом, хотя и существует небольшая вероятность появления среди первичных дигаплоидов S. tuberosum жизнеспособных мужски фертильных форм, в целом проведение комбинативной селекции на диплоидном уровне с использованием только первичных дигаплоидов сильно затруднено из-за их стерильности и пониженной фертильности.
В связи с этим в Институте генетики и цитологии НАН Беларуси была предложена программа создания доноров фертильности для гибридизации с первичными дигаплои-дами с целью получения мужски фертиль-ного диплоидного исходного материала [24]. Эта программа включала комбинацию метода
инбридинга, имеющего целью выявление и элиминацию аллелей, неблагоприятных для фертильности, и метода гибридизации между высоко фертильными генотипами с целью замещения неблагоприятных аллелей аллелями, которые положительно влияют на процесс развития пыльцы. Осуществление этой программы у диплоидного картофеля затруднено из-за характерной для большинства диплоидных Solanum гаметофитной самонесовместимости, связанной с функционированием так называемого S-локуса. Небольшое аллельное разнообразие S-генов может также быть причиной нескрещиваемости между отдельными дигаплоидами картофеля [48].
В результате изучения большой коллекции вторичных дигаплоидов картофеля в нашей лаборатории удалось выделить клон IGC 203/5.7 (на основе вторичного дигаплоида сорта Полесский розовый и межвидового гибрида S. phureja х S. vernei), обладающий высокой мужской фертильностью и самосовместимостью. Этот клон был включен в гибридизацию с высоко фертильными формами IGC Ju 1.1 и IGC Ju 1.2, выделенными в потомстве от свободного опыления первичных дигаплоидов сорта Юбель (Jubel), которые были использованы в качестве доноров «генов фертильности» (аллелей, оказывающих благоприятное влияние на ФМФ). В качестве донора «генов фертильности» также использовали S. chacoense, рекомендованный для этих целей [49]. Среди полученных гибридов отбирали наиболее фертильные формы, которые беккроссировали на Ju 1.2. Беккросс на Ju 1.2. и отбор наиболее фертильных генотипов повторяли и в следующих поколениях (сочетание инбридинга и отбора на фер-тильность). В результате был получен ряд высоко фертильных вторичных дигаплоидов (на основе преимущественно S. tuberosum), предназначенных для повышения мужской фертильности диплоидного исходного материала [24]. Продемонстрировано, что гибридизация мужски стерильных первичных дигаплоидов картофеля с названными высоко фертильными дигаплоидами обеспечивает получение фертильного потомства, которое может быть эффективно использовано в селекции на диплоидном уровне. Так, частота высоко фертильных гибридов в потомстве
мужски стерильного первичного дигаплои-да сорта Альпинист IGC 98/100.12 и линии-донора фертильности IGC 01/59.11 составила 100%, а в потомстве дигаплоида сорта Nortena IGC 98/109.13 и линии IGC 01/59.11 - 53% [25, 50].
Восстановлению фертильности дигаплои-дов S. tuberosum способствует их гибридизация с примитивными культурными и дикими диплоидными видами картофеля [2, 33, 41, 49 и др.]. С одной стороны, диплоидные опылители Solanum, выделенные из природных популяций, обычно высокофертильны и выступают в скрещиваниях в качестве источников высокой фертильности. С другой стороны, гибридизация нивелирует эффект инбредной депрессии. Отдельные, немногочисленные экземпляры из числа мужски фер-тильных межвидовых гибридов, формирующие 2n-гаметы, могут быть непосредственно использованы в скрещиваниях с 4х формами [2]. Однако селекция на диплоидном уровне включает скрещивания между формами, полученными на межвидовой основе, их беккроссирование на обычно низкофертиль-ные дигаплоиды S. tuberosum, самоопыление в сочетании с селекцией по определенным признакам [1]. Полигенная природа ФМФ предполагает появление среди потомства от таких скрещиваний форм с разным, в том числе и низким уровнем мужской фертильности. Показано, что при гибридизации вторичных дигаплоидов картофеля, особенно в комбинациях с участием стерильных и низко фер-тильных форм, преобладают генотипы с пониженной функциональной фертильностью пыльцы [40]. Это существенно затрудняет проведение наиболее важного этапа диплоидной селекции - комбинацию и аккумуляцию желательных и элиминацию нежелательных генов.
Следует также иметь в виду, что во многих случаях при гибридизации дигаплоидов S. tuberosum с диплоидными видами картофеля получают мужски стерильное потомство. Причиной этого является цитоплазматическая мужская стерильность, которая обусловлена взаимодействием доминантных ядерных генов, присутствующих у большинства южноамериканских диплоидных видов, и цитоплаз-матических генов S. tuberosum [51].
Получение дигаплоидов картофеля, формирующих фертильную нередуцированную пыльцу
Для того, чтобы можно было в полной мере воспользоваться преимуществами селекции на диплоидном уровне, необходимо, чтобы отобранные по комплексу хозяйственно-ценных признаков генотипы были пригодны к мейоти-ческому удвоению хромосом, то есть обладали способностью образовывать функционально фертильную нередуцированную пыльцу (ФФП и частота 2n пыльцы должны быть не менее 10%). Принимая во внимание приведенные выше сведения о генетическом контроле этих признаков, сделать это достаточно сложно.
Для проведения комбинативной селекции на диплоидном уровне признак «формирование 2n пыльцы» не является существенным. Более того, высокая частота 2n пыльцы нежелательна, так как может затруднять скрещивания между дигаплоидами. Для таких скрещиваний наиболее важным является высокая мужская фертиль-ность селекционного материала, в особенности способность формировать достаточное количество функционально фертильной пыльцы.
Использование созданных в лаборатории генетики картофеля Института генетики и цитологии НАН Беларуси линий-доноров фертильности обеспечивает получение фертильного потомства даже при их гибридизации с мужски стерильными первичными дигаплоидами сортов картофеля, что позволяет вовлечь последние в селекцию на диплоидном уровне. При проведении такой селекции несложно поддерживать приемлемый уровень мужской фертильности, избегая гибридизации с мужски стерильными формами и поддерживая, по возможности, высокий уровень гетеро-зиготности селекционного материала, не включая в скрещивания близкородственные формы.
Как показывает наш опыт (см. выше), для того, чтобы на завершающем этапе диплоидной
селекции получить генотипы, обладающие, наряду с комплексом хозяйственно-ценных признаков, способностью формировать функционально фертильную нередуцированную пыльцу с достаточной для мейотического удвоения хромосом частотой, необходимо, чтобы оба родителя имели этот признак. Это означает, что гены, ответственные за формирование 2n пыльцы, должны быть введены в генетический пул селекционного материала на самых ранних этапах диплоидной селекции: при гибридизации первичных дигаплоидов сортов с линиями-донорами фертильности или при гибридизации дигаплоидов с дикими видами.
Созданные нами линии-доноры фертильно-сти, к сожалению, практически не образуют 2n пыльцу. В связи с этим в лаборатории начата программа их совершенствования. Они были вовлечены в гибридизацию с дигаплои-дами картофеля разного происхождения, способными образовывать с высокой частотой FDR 2n пыльцу. В результате отобран ряд гибридов с высокой ФФП и частотой 2n пыльцы 20-40%. Некоторые из них включены в гибридизацию с первичными дигаплоидами с комплексом генов устойчивости к болезням и вредителям. Таким образом, созданный селекционный материал обладает всем необходимым для решения задачи получения на завершающем этапе диплоидной селекции ценных генотипов, пригодных для мейотического удвоения хромосом. Эти гибриды представляют интерес и в качестве родительских форм S. tuberosum для получения межвидовых гибридов с целью вовлечения в селекцию ценного генофонда диких видов. Селекционный материал, созданный на основе таких гибридов, также пригоден в перспективе для мейотического удвоения хромосом.
Список используемых источников
1. Chase, S.S. Analitic breeding in Solanum tuberosum L. - A scheme utilizing partenotes and other diploid stocks / S.S. Chase // Canadian J. Genet. Cytol. - 1963. - Vol. 5 - P. 359-363.
2. Potato breeding with haploids and 2n gametes/ S.J. Peloquin [et al.] // Genome. - 1989. -Vol. 31. - P. 1000-1004.
3. Ortiz, R. Potato breeding via ploidy manipulation / R. Ortiz // Plant Breeding Reviews. -
Wiley-Interscience, 1998. - Vol. 16. - P. 15-86.
4. Ермишин, А.П. Отбор на диплоидном уровне и манипуляции с плоидностью в селекции картофеля / А.П. Ермишин // Молекулярная и прикладная генетика: сб. науч. тр. -Минск, 2007. - Т. 5. - С. 21-43.
5. Mendiburu, A.O. Sexual polyploidization and depolyploidization: Some terminology and definitions / A.O. Mendiburu, S.J. Peloquin // The-
or. Appl. Genet. - 1976. - Vol. 48. - P. 137-144.
6. Ramanna, M.S. A re-examination of the mechanisms of 2n-gamete formation in potato and its implications for breeding / M.S. Ramanna // Euphytica. - 1979. - Vol. 28. - P. 537-561.
7. Mok, D.W.S. The inheritance of three mechanisms of diplandroid (2n pollen) formation in diploid potatoes/ D.W.S. Mok, S.J. Peloquin // Heredity. - 1975. - Vol. 35 - P. 295-302.
8. Подлисских, В.Е. Изучение цитогенети-ческих механизмов формирования нередуцированной пыльцы у исходного материала для селекции картофеля на диплоидном уровне / В.Е. Подлисских [и др.] // Цитология и генетика. - 1996 - Т. 30. - C. 11-16.
9. Podlisskikh, V.E. Formation of metaphase spindle in diploid potato clones with the meiotic abnormality "fused spindles" / V.E. Podlisskikh [et al.] / In: Abstracts of conference papers, posters and demonstrations of 14th Triennial Conference of The European Association for Potato Research. (Sorrento, Italy, May 2-7, 1999). - Sorrento, 1999. - P. 684-685.
10. Подлисских, В.Е. Особенности формирования веретена деления и поведения хромосом в мейозе у образцов диплоидного картофеля с мутацией «слияние веретен» / В.Е. Подлисских, Т.М. Анкудо, Б.Ю. Аношенко // Цитология. -2002. - Т. 44 - С. 996-1003.
11. Mok, D.W.S. Three mechanisms of 2n pollen formation in diploid potatoes / D.W.S. Mok, S.J. Peloquin // Can. J. Genet. Cytol. - 1975. -Vol. 17. - P. 217-225.
12. Werner, J.E. Inheritance and two mechanisms of 2n egg formation in 2x potatoes / J.E. Werner, S.J. Peloquin // J. Heredity. - 1990. -Vol. 81. - P. 371-374.
13. Tai, G.C.C. Use of 2n gametes / G.C.C. Tai // Potato Genetics; eds. J.E. Bradshaw, G.R. Mackay. - Wallingford (UK): CABI, 1994. - P. 109-132.
14. Hermsen, J.G.Th. Mechanisms and genetic implications of 2n-gamete formation / J.G.Th. Hermsen // Iowa State J. Res. - 1984. - Vol. 58 - P. 421-434.
15. Watanabe, K. Genetic significance of mode of polyploidization: somatic doubling or 2n gametes/ K. Watanabe, S.J. Peloquin, M. Endo // Genome. - 1991. - Vol. 34. - P. 28-34.
16. Veilleux, R.E. Diploid and polyploid gametes in crop plants: mechanisms of formation and utilization in plant breeding / R.E. Veilleux // Plant Breeding Review. - 1985. - Vol. 3. - P. 253-288.
17. Bani-Aameur, F. Frequency of 2n pollen in diploid hybrids between Solanum phureja and Solanum chacoense / F. Bani-Aameur, F.I. Laurer, R.E. Veilleux // Potato Res. - 1992. - Vol. 35. - P. 161-172.
18. Склярова, Н.П. Наследование признака формирования нередуцированной пыльцы у картофеля / Н.П. Склярова, Т.А. Юдина // Гаметная и зиготная селекция растений. -Кишинев: Штиинца, 1987. - С. 106-108.
19. Anoshenko, B.Yu. Analysis of variation of microsporogenesis abnormalities leading to FDR 2n pollen formation in diploid potatoes / B.Yu. Anoshenko, V.E. Podlisskikh //14 Triennial Conference of the European Association for Potato Research (Sorrento, Italy, May 2-7, 1999). - Sorrento, 1999. - P. 688-689.
20. Jacobsen, E. Diplandroid formation and its importance for the seed set in 4x х 2x crosses in potato / E. Jacobsen // Z. Pflanzenzuchtg. -1980. - Vol. 84. - P. 240-249.
21. Ortiz, R. Recurrent selection for 2n gamete production in 2x potatoes / R. Ortiz, S.J. Peloquin // J. Genet. Breed. - 1992. - Vol. 46. - P. 383-390.
22. Mooney, J. Phenotypic recurrent selection for 2n pollen frequency / J. Mooney, S.J. Peloquin // Amer. Potato J. - 1992. - Vol. 69. - P. 599.
23. Serquen, F. Recurrent selection for 2n eggs and their use in TPS breeding / F. Serquen, S.J. Peloquin // Amer. Potato J. - 1993. - Vol. 70. - P. 839.
24. Yermishin, A.P. The development of initial parental material for breeding disease resistant potatoes at the diploid level / A.P. Yermishin // Plant Breeding and Seed Science. - 2000. - Vol. 44. -P. 105-115.
25. Лукша, В.И. Создание диплоидного исходного материала картофеля для маркер-сопутствующей селекции на устойчивость к болезням и вредителям: дис. ... канд. биол. наук / В.И. Лукша. - Минск, 2012. - 149 с.
26. Jansky, S.H. Use of potato haploids to put 2x wild species germplasm in usable form / S.H. Jansky, S.J. Peloquin, G.L. Yerk // Plant Breeding. -1990. - Vol. 104. - P. 290-294.
27. Фармiраванне нерэдукаваных гамет у дыгаплощау бульбы / В.Я. Падшссюх [i шш.] // Весщ АН Беларусь Сер. бiял. навук. - 1995. -№ 3. - С. 43-48.
28. Jacobsen, E. Diplandroid formation and its importance for seed set in 4x х 2x crosses in potato / E. Jacobsen // Z. Pflanzenzuchtg. - 1980. -Vol. 82. - P. 240-249.
29. Jacobsen, E. Increase of diplandroid formation and seed set in in 4x х 2x crosses in potatoes by genetical manipulation of dihaploids and some theoretical consequences / E. Jacobsen // Z. Pflan-zenzuchtg. - 1980. - Vol. 85. - P. 119-121.
30. Ермишин, А.П. Генетические принципы создания и отбора исходного материала в селекции картофеля на гетерозис: дис... д-ра биол. наук / А.П. Ермишин. - Минск, 1998. -320 c.
31. Вывучэнне фертыльнасц дыгаплощау буль-бы / В .Я. Падтссюх [i iнш.] // Весщ АН Беларусi. Сер. бiял. навук. - 1995. - №» 2. - С. 43-49.
32. Hougas, R.W. Haploids of the common potato / R.W. Hougas, S.J. Peloquin, R.W. Ross // J. Heredity. - 1958. - Vol. 49. - P. 103-107.
33. Gorea, T. Fertilitat und Kreuzbarkeit der Dihaploiden von Solanum tuberosum L. und deren Fj-Bastarden / T. Gorea // Z. Pflanzenzuchtg. -1970. - Vol. 64. - P. 202-220.
34. Rousselle-Bourgeois, F. Creation et selection de populations diploids de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) / F. Rousselle-Bourgeois, P. Roussele // Agronomie. - 1992. - Vol. 12. - P. 59-67.
35. Aspects of male fertility in group Tuberosum dihaploids / C.P. Carroll [et al.] // Potato Research. - 1976. - Vol. 19. - P. 109-121.
36. Sosa, R. Use of dihaploids in the breeding of Solanurn tuberosum L. / R. Sosa, M. Sosa // Hereditas. - 1972. - Vol. 70. - P. 135-152.
37. Trognitz, B.R. Comparison of different pollen viability assays to evaluate pollen fertility of-potato dihaploids / B.R. Trognitz // Euphytica. -1991. - Vol. 56. - P. 143-148.
38. Pallais, N. Research on the physiology ofpo-tato sexual seed production / N. Pallais, N. Fong, D. Berrios // Innovative methods for propagating potatoes.CIP Rep. 28th Planning Conf.: Proc. int. conf. Lima: CIP, 1984. - P. 149-168.
39. Trognitz, B.R. Analysis of pollen tube growth in situ to investigate self-incompatibility in the wild potato Solanum commersonii / B.R. Trognitz // Euphytica. - 1995. - Vol. 86. - P. 149-156.
40. Ермишин, А.П. Показатели фертильнос-ти гибридного потомства вторичных дига-плоидов картофеля / А.П. Ермишин, Е.В. Во-ронкова // Весщ НАН Беларусь Сер. бiял. навук. - 1998. - № 3. - С. 45-52.
41. Male fertility and 2n pollen production in hap-loid-wild species hybrids / S.A. Hermundstad [et al.] // Amer. Potato J. - 1985. - V 62. - P. 479-487.
42. M'Ribu, H.K. Phenotypic variation and correlations between monoploids and doubled monoploids of Solanum phureja / H.K. M'Ribu, R.E. Veilleux // Amer. J. Potato Res. - Vol. 69, № 7. - P. 447-459.
43. Подлисских, В.Е. Проявление и наследуемость признака «функциональная фертиль-ность пыльцы» у диплоидных форм картофеля межвидового происхождения / В.Е. Подлисских, Е.В. Воронкова, Б.Ю. Аношенко // Весщ НАН Беларусь Сер. бiял. навук. - 1999. -№ 2. - С. 34-38.
44. Anoshenko, B.Yu. Effect of functional female and male fertilities on crossability in diploid potato breeding / B.Yu. Anoshenko, V.E. Podlisskikh // Potato Research. - 2000. -Vol. 43. - P. 125-134.
45. Van Breukelen, E.W.M. Parthenogenetic monohaploids (2n=x=12) from Solanum tuberosum L. and S.verrucosum Sehl. and the production of homozygous potato diploids / E.W.M. Van Breukelen, M.S. Ramanna, J.G.Th. Hermsen // Euphytica. - 1977. - Vol. 26. - P. 263-272.
46. Uijtewaal, B.A. Morphology and vigour of monohaploid potato clones, their corresponding homozygous diploids and tetraploids and their heterozygous diploid parent / B.A. Uijtewaal, E. Jacobsen, J.G.Th. Hermsen // Euphytica. -1987. - Vol. 36. - P. 745-753.
47. M'Ribu, H.K. Fertility of doubled monoploids of Solanum phureja / H.K. M'Ribu, R E. Veilleux // Amer. Potato J. - 1992. -Vol. 69. - P. 447-459.
48. Ермишин, А.П. Генетические основы селекции картофеля на гетерозис / А.П. Ермишин. - Минск: Технология, 1998. - 183 с.
49. Selection for 2n gametes and tuberiza-tion in Solanum chacoense // E.F. Leue [et al.] // Amer. Potato J. - 1980. - Vol. 57. -P. 189-195.
50. Лукша, В.И. Вторичные дигаплоиды Solanum tuberosum L. как основа для селекции картофеля на диплоидном уровне, направленной на повышение фертильности и устойчивости к патогенам / В.И. Лукша // Картофелеводство: сб. науч. тр., Минск, 2011. - Т. 19. - С. 116-127.
51. Grun, P. Evolution of the cultivated potato: a cytoplasmic analysis / P. Grun // The biology and taxonomy of the Solanaceae. Linnean Soc. Symp. Ser. № 7. - London: Acad. Press, 1979. - P. 655-665.
Дата поступления статьи 25 июня 2013 г.
