CC BY
22
4. Jäger A. Rosenlexikon. - Leipzig: Zentral-Antiquaritet der DDR, 1960. - 768 p.
5. Modern roses 9 / Edited by P.A. Haring. - Shreveport: The American Rose Society, 1986. - 402 p.
МЕЖВИДОВАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД СОХРАНЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РОДА CHRYSANTHEMUM L.
А.И. НЕДОЛУЖКО, кандидат сельскохозяйственных наук Ботанический сад-институт ДВО РАН, Владивосток, Россия А.В. НЕДОЛУЖКО, кандидат биологических наук Центр Биоинженерии РАН, Москва, Россия
Введение
Из девяти российских дикорастущих представителей рода Chrysanthemum L. восемь произрастают на юге Дальнего Востока (ДВ) [4, 7]. Большинство российских видов находится на пределе своего распространения, некоторые (C chanetii, C. naktongense) едва заходят на территорию Приморского края РФ. C. chanetii, C. maximowiczii, C. sichotense в российской части ареала уже в настоящее время являются редкими и исчезающими, и рекомендованы к охране [3, 8]; C. naktongense, C. coreanum занимают специфические экологические ниши и также испытывают отрицательное антропогенное влияние. C. zawadskii имеет более широкий, но дизъюнктивный ареал и распространен отдельными фрагментами на территории России, в том числе на юге ДВ (Амурская область и Хабаровский край) и внесен в Красные книги большинства регионов России. Близкие к нему - C. mongolicum (приурочен к высокогорьям Хабаровского края и о-ва Сахалин) и сахалино-хоккайдский C. weyrichii, встречающийся только на о-ве Сахалин. Сбережение генофонда дикорастущих Chrysanthemum не всегда возможно в природных резерватах либо при культивировании в связи со специфическими экологическими требованиями отдельных видов.
До настоящего времени работы по введению в селекцию большинства перечисленных видов Chrysanthemum в условиях России не проводились. Тогда как природные виды рода представляют благодатный источник ценных генов, недостающих существующим сортам хризантемы садовой.
Действенным методом охраны национального генофонда рода Chrysanthemum, находящегося в периферийной зоне основного ареала, явилась интродукция в ботанический сад, изучение возможности межвидовой гибридизации с целью объединения и сохранения ценных генов в новых гибридных организмах.
Настоящее исследование по изучению межвидовой гибридизации в роде Chrysanthemum является актуальным и служит дополнительным вкладом в Стратегию международного союза ботанических садов по сохранению мирового биоразнообразия.
Целью работы было выявление результативности искусственной межвидовой гибридизации как метода объединения ценных признаков и сохранения генофонда редких видов Chrysanthemum.
Объекты и методы исследования
Объекты - российские и корейские представители маньчжурской: C. naktongense Nakai, C. chanetii Levi. Shih., C. coreanum (Levi. et Vaniot) Nakai et Mori, C. maximowiczii Kom., C. zawadskii ssp. acutilobum (DC.) Kitagawa, ssp. acutilobum var. tenuisectum Kitagawa, ssp. latilobum (Maxim.) Kitamura; монгольско-сибирской: C. zawadskii (Herbich) Tzvel.), C. mongolicum Ling; японо-корейской: C. boreale (Makino). Kitam., С. indicum L., С. pacificum Nakai, C. seticuspe Maxim. Hand.-Mazz. флоры.
Все образцы выращивали на коллекционных участках Ботанического сада-института ДВО РАН, расположенного в прибрежной зоне южного Приморья. Климат рассматриваемой территории муссонный, с умеренной обеспеченностью теплом и повышенной влажностью в летний период. Соцветия изолировали пакетами из кальки до распускания уже окрашенных язычковых цветков для последующей направленной гибридизации. Кастрацию не проводили, учитывая высокую степень самостерильности хризантем [1, 9-11]. Гибридизацию осуществляли в открытом грунте свежесобранной пыльцой однократно в период раскрытия большинства трубчатых цветков. Использовали прямые и обратные скрещивания. Контроль - изоляция соцветий без опыления.
В связи с очень поздним вступлением в фазу цветения японских видов C. indicum и C. pacificum в гибридизацию с ними привлекали производные российских дальневосточных и корейских представителей с поздним цветением. Число хромосом подсчитывали на давленых препаратах [2]. Всего за период 2005-2007 гг. выполнено 60 комбинаций скрещивания, опылено 316 соцветий, получено 7917 гибридных семян и 1450 гибридных растений.
Результаты и обсуждение
Скрещивание видов с одинаковым числом хромосом (гексаплоид х гексаплоид, 2п=54) в прямом и обратном направлении проходило без всяких затруднений (табл. 1, 2). Завязываемость семянок (22,0-129,9 шт. на 1 соцветие) сопоставима с результатами, полученными при свободном опылении растений в природных популяциях. Всхожесть семянок и жизнеспособность полученных гибридных сеянцев также были на высоком уровне. Отсутствовали барьеры межвидовой несовместимости в большинстве реципрокных комбинаций тетраплоид х гексаплоид. Хорошая совместимость отмечена у C. naktongense (2п=36) и C. zawadskii ББр. latilobum (2п=36), использованных в качестве материнской формы в большинстве комбинаций с высокоплоидными отцовскими партнерами. Завязываемость семянок варьировала в зависимости от участников скрещивания от 12,4 до 129,9 шт. на 1 соцветие. Полученные семянки дали жизнеспособное потомство, только отдельные сеянцы имели частично стерильную пыльцу, но хорошо завязывали семянки при свободном опылении.
Таблица 1
Виды Chrysanthemum, использованные в гибридизации
Образец Происхождение Символ 2n
C. coreanum Приморский край Cor 54
C. naktongense Приморский край Nak 36
С. maximowiczii Приморский край Max 54
C. chanetii Приморский край Cha 18
C. zawadskii var. tenuisectum Корея Ten 54
C. zawadskii ssp. acutilobum Корея Acut 54
C. zawadskii ssp. latilobum Корея Lat 36
C. boreale Корея Bor 18
C. seticuspe Китай Set 18
В максимальной степени несовместимость проявилась в комбинациях с участием диплоидных видов (2п =18): C. chanetii, C. boreale, C. seticuspe, основное число скрещиваний осуществить не удалось. Диплоиды несовместимы между собой и частично совместимы с гексаплоидами (С zawadski уаг. tenuisectum, C. coreanum, C. maximowwzii) и тетраплоидами (С zawadski ББр. latilobum). Семянки в этих вариантах завязывались в отдельных случаях и в незначительном количестве, были слабо выполнены. В настоящее время сохранилось немногочисленное жизнеспособное потомство только трех семей: C.
chanetii x C. maximowiczii, C. coreanum x C. chanetii, C. chanetii х C. zawadski spp. latilobum.
Таблица 2
Скрещиваемость видов рода Chrysanthemum
Вид Cor Nak Ten Max Lat Acut Cha Set Bor
Cor + + + - + + * 0 0
Nak + + + + + * 0 - -
Ten + + + + + - * - -
Max - + + + + - 0 - -
Lat * * + + + * * - -
Acut - * - - + + * - -
Cha * 0 * * * 0 + 0 0
Set 0 0 0 0 0 0 0 + 0
Bor 0 0 0 0 0 0 0 0 +
Примечание: + хорошая завязываемость семян, фертильные гибриды; * завязывается единичное число семян, семена либо не прорастают, либо дают малочисленное и слабое потомство; 0 -семена не завязываются; - отсутствие данных
Образцы монгольско-сибирской флоры C. zawadskii, C. mongolicum возможно филогенетически близки к маньчжурским представителям, так как имеют сходные жизненные формы и одинаковое число хромосом (2n=54). Большая разница в сроках цветения и быстрая потеря жизнеспособности пыльцы при хранении не позволили нам провести скрещивания в полном объеме. Но опыленные единичные соцветия завязали минимальное число семянок и дали гибридные сеянцы. Получены гибридные растения и с привлечением форм, производных от C. indicum и C. pacificum.
Таким образом, легкость скрещивания гексаплоидных и тетраплоидных видов хризантем, высокая жизнеспособность гибридных семянок и фертильное потомство указывают на большое сходство составляющих их наследственную основу геномов и позволяют отнести эти скрещивания к конгруентным, имеющим гомологичные геномы [6].
В семьях с хорошим завязыванием семянок полученные гибриды Fi отличаются мощным развитием: они морфологически однородны в пределах своей семьи, характеризуются сильной облиственностью, одномерностью, незначительным варьированием сроков цветения, интенсивным побегообразованием, высокофертильны при свободном опылении, что также подтверждает наличие у них гомологичных геномов.
Фенотипическое проявление большинства морфологических признаков у гибридов (архитектоника куста, структура листа) свидетельствует о влиянии дозы хромосом, полученной от исходных видов. По комплексу морфобиологических показателей листа гибриды уклоняются в сторону компонента с большим уровнем плоидности. Группы гексаплоид х тетраплоид характеризуются проявлением доминирования признаков гексаплоидного родителя. В семьях, полученных от равноплоидных скрещиваний, по большинству признаков наблюдается промежуточный характер наследования.
Таким образом, проведенный анализ позволил выявить близость геномов, составляющих генотипы аллополиплоидных Chrysanthemum. В процессе эволюции определенную роль имели спорадические скрещивания видов между собой на пересечении ареалов. Объединялись геномы, либо происходил «захват» отдельных хромосом или участков хромосом в кариотип нового вида [5]. И как результат - возникали полиплоидные и аллополиплоидные виды Chrysanthemum, включающие различные типы геномов. Возможно, что при этом шел интенсивный интрогрессионный процесс, повышающий степень генетического родства таксонов. Совместимость изученных видов и промежуточный характер наследования признаков - этому подтверждение.
Полученные в БСИ ДВО РАН межвидовые гибриды являются новыми аллополиплоидными формами с частично гомологичными или гомеологичными геномами. Учитывая естественную приуроченность отдельных видов Chrysanthemum к специфическим местообитаниям (произрастание на известковом субстрате), не всегда способствующую успешному введению в культуру, создание гибридов и сохранение в гибридных организмах ценных генов может быть перспективнее, чем культивирование чистых видов. Полученные и отобранные межвидовые гибриды F1 являются новым генетическим материалом -хранителем генофонда, объединяющим комплексы ценных признаков, и доступным для селекции.
Выводы
Степень проявления нескрещиваемости у разных представителей Chrysanthemum различна и зависит от состава и числа геномов у аллополигеномных видов.
Отсутствие способности к гибридизации диплоидных видов между собой может указывать на более раннюю и значительную геномную дивергенцию в процессе филогенеза.
Создание межвидовых гибридов и сохранение в гибридных организмах ценных генов может быть перспективнее, чем интродукция чистых видов.
Список литературы
1. Недолужко А.И., Дудкин Р.В., Фадеев К.Е. Цветение и опыление природных видов дендрантем в культуре // Роль ботанических садов в сохранении биоразнообразия: Материалы междунар. конф. «Сохранение и воспроизводство растительного компонента биоразнообразия». - Ростов-на Дону, 2002. - С. 217-218.
2. Определение числа хромосом и описание их морфологии в меристеме и пыльцевых зернах культурных растений // Методические указания / Под ред. Л.И. Орел. - Л., 1988. - 63 с.
3. Перечень объектов растительного и животного мира, занесенных в Красную книгу Приморского края. - Владивосток, 2002. - 48 с.
4. Сосудистые растения советского Дальнего Востока. - СПб., 1992. - Т. 6. - 428 c.
5. Фадеева Т.С. Проблемы сравнительной генетики растений. Сообщение I. Принципы геномного анализа (на примере рода Fragaria) // Генетика. - 1966. - № 1. - С. 12-28.
6. Фадеева Т.С., Соснихина С.П., Иркаева Н.М. Сравнительная генетика растений. - Л., 1980. - 248 с.
7. Флора российского Дальнего Востока. Дополнения и изменения к изданию «Сосудистые растения советского Дальнего Востока» Т. 1-8 (1985-1996) / Под ред. Кожевникова А.Е., Пробатова Н.С. - Владивосток: Наука, 2006. - 456 с.
8. Харкевич С.С., Качура Н.Н. Редкие виды растений советского Дальнего Востока и их охрана. - М., 1981. - 232 c.
9. Drewlow L.W., Ascher P.D., Widmer R.E. Genetic studies of self incompatibility in garden chrysanthemum, Chrysanthemum morifolium Ramat. // Theoretical and Applied Genetics. - 1973. - N 43. - P. 1-5.
10. Stephens L.C., Ascher P.D., Widmer R.E. Interaction among sporophytic S loci in self-incompatible garden chrysanthemums // Euphytica. - 1984. - N 33. - P. 623-631.
11. Zagorskii J.S., Ascher P.D., Widmer R.E. Multigenic self incompatibility in hexaploid Chrysanthemum // Euphytica. - 1983. - N 32. - P. 1-7.
