CC BY
29
Гырнов B.C., Еиалеева Н.Х. Автономное развитие зародыша и эндосперма У кукурузы // Докл. ЛИ СССР.- 1983.- 272. - N 3.- С. 722-725.
Хохлов С.С. Апомиксис: классификация и распространение у покрытосеменных растений// Успехи современной генетики. - М: Наука.- 1967,- Вып.1. -С. 43-105.
Хохлов С.С., Зайцева М.И., Куприянов 11.Г. Выявление апомиктичных форм во флоре цветковых растений СССР. Программа, методика, результаты. Саратов. Изд-во Саратовскою ун-та.- 1978. - 224 с.
L па lee va N. ICli., Tyrnov V.S. Cytological investigation of apomix is in AT-I plants of corn// Maize Genetics Cooperation. Newsletter.- 1997.-71-P. 74-75.
Titovets V.V. Cytogenetical investigation of parthenogenetical maize line А Г-3// Intern, apomixis conference APO 2001. Como. Italy. 2001.- P. 131.
УДК 575.224.234
миксоплоидия В ПОТОМСТВЕ ПОЛИГАПЛОИДА НЕГРИТЯНСКОГО СОРГО
М.И. Цветова
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока
Постоянство числа хромосом важнейшее свойство высших организмов, обеспечивающее передачу ¡енегической информации в ряду поколений. Вместе с тем у растений как в дифференцированных тканях, так и в меристемах нередко имеются клетки с отклоняющимися числами хромосом. Наличие в меристе-матических тканях клеток с различными числами хромосом получило название миксоплоидия (Nemec, 1910) и отмечено в корешках, в верхушечных конусах нарастания, среди материнских клеток микроспор у многих культурных и дикорастущих растений (Кунах, 1980).
Безусловно, наибольшее значение имеют изменения чисел хромосом в клетках зародышевого нуга, гак как при этом возникает отличное от родителей потомство. Разные авторы термином "миксоплоидия" обозначают два разных цитогепетических явления: наличие в тканях растения клеток с числами хромосом, составляющими анеуплоидные ряды, либо клеток разных уровней плоид-ности. В данной работе были выявлены растения, имеющие ткани с различными, но кратными основному числами хромосом.
В литературе описаны растения, у которых в отдельных клетках или побегах произошло спонтанное удвоение хромосомного набора (Miintzing, Prak-ken, 1041; Prakash et al., 1988; Rao, Nirmala, 1986). Изредка встречаются растения, у которых наблюдаются клетки с редуцированным числом хромосом <Rao, Nirmala, 1986; Малецкий, Малецкая, 1996; Raman, Krishnaswami, 1955).
Мы обнаружили изменения уровня плоидности в потомстве индуцированного колхицинироьанием аутотстраплоида сорго. К настоящему времени имеются немногочисленные сообщения о цитогенетической нестабильности в меристематичсских и спорогениых тканях в потомстве тетраплоидов, полученных с применением колхицина (Петрушина, 1975; Щербак, 1982).
При решении селекционных и генетических задач чрезвычайно важно достижение константности потомства, и поэтому нельзя пренебрегать вероятностью получения генетически нестабильною материала. В связи с этим цито-гснетически нестабильное потомство выявленного полигаплоида негритянского сорго исследовалось в 1ечение пяти поколений.
MaiepnaJi и методы
Тетраплоиды у сортообразца Негритянское кремово-бурое к-3366/2 (Sorghum nigricans (Ruiz et Pavon) Snowd), были получены в результате обработки апикальных меристем проростков 0,2% процентным раствором колхицина в течение 24 часов. Из пятого инбредного поколения тстраплоидов (Сз) в 19(>1 году в период созревания выделено полигаплоидное растение НТ12. В последующих поколениях изучалось его потомство, полученное за счёт самоопыления.
Исследуемые в данной работе растения с изменённым уровнем плолдности. были выделены па основании морфологических особенностей. Тетраплоиды даного сортообразца уступают исходным диплоидам по высоте и имеют укороченную, расширенную плохо озернённую метёлку с более крупными чешуями. R период цветения эти различия между тстрпп.чоидамн и диплоидами проявляются достаточно отчётливо, что позволило также обнаружить различия по плоидности между побегами у отдельных растений.
У исследуемых растений брали пыльцу потряхиванием цветущей метёлки над бумажным пакетиком и анализировали смесь пыльцевых зёрен (ПЗ) с цветущей части метёлки. Микроскопический анализ проводили на временных препаратах, окрашенных раствором Люголя; диаметры ПЗ измеряли с помощью о кул я р- м и кро м етра.
Подсчёт хромосом проводили в корневых меристемах, зафиксированных в ацето-алкоголе (1:3), окрашенных ацето-гематоксилином после предобработки в растворе монобром нафталина (Цветова, 1997).
Результаты и обсуждение
Пол и гаплоидное растение НТ 12 отчётливо выделялось среди тетраплоидов высотой и нормально озернённой метёлкой. Цитологический анализ подтвердил его диплоидную конституцию.
147 растений из потомства этою диплоида было изучено в поле. Среди них в период цветения по морфологии выделено 8 тетраплоидов, а также 2 растения, у которых, разные побеги по морфологическим признакам были диплоидными, либо ;етраплоидными. На рис. 1 приведено схематическое изображение расположения метёлок разной плоидности на одном из таких химерных растений НС Г 41. У него отличались но плоидности не только различные побеги кущения, по и некоторые боковые метёлки второго порядка отличались по плоидности от несущего их побега первого порядка.
У выделенных растений был проведён анализ пыльцы. Ранее было показано, что диаметр абсолютного большинства 1ГЗ данного сортообразца лежит в пределах от 41,7 до 54,2 мкм , причём 113, диаметр которых равен или
Рис. I. Схема расположения побегов разной плоидности у химерного растения ИСТ 41.
превышает большее из этих значений, встречаются у диплоидов очень редко. Ирм этом, между размерами гаплоидных и диплоидных ПЗ у сорго отсутствует четко выраженная граница, и их диаметры совпадают в пределах 50,1-54,2 мкм (Цветова, 1997).
В исследуемом материале в пыльце метелок, определённых как диплоидные (за исключением метёлки 8-3) относительное содержание 113 с диаметром 50,1 мкм у выше не превышало 10.0%, в то время как для ПЗ фенотипичеекм тетраплоидпых метёлок (за исключением метёлок 8-2 и 8-7) 50,1 мкм является нижней границей для диаметра.
Однако в некоторых случаях (метёлки NN 8-2, 8-3, 8-7) пыльца представляла собой смесь -нормальных - и крупных ПЗ (табл.1). У растения ИСТ I \ (результаты анализа его пыльцы не вошли в табл. 1) в двух из двенадцати изученных метёлок были отмечены крупные стерильные и фертильные 113, а в трёх - отмечены лишь крупные стерильные ПЗ (фертильные не обнаружены).
Таким образом, результаты анализа пыльцы подтвердили миксоплоидность исследуемых растений, заключение о которой сделали, основываясь на морофелогичсских признаках.
В следующем поколении проведён цитологический анализ, который показал, что потомство диплоидных и тетраплоидных растений было константным, тогда как в потомстве миксоплоидов наблюдалось расщепление по плоидности (табл.2).
Цитологический анализ потомства окончательно подтвердил предположение о том. что различные метёлки растения НСТ 8 имели разную плоид-ность. У растения ИСТ 41 имело место и расщепление по числу хромосом в потомстве одной метёлки (табл.2.). Почти в каждой семье (потомство одной метёлки) выявлены экземпляры с плоидностью, отличающейся от сносов.
Таблица I. Распределение пыльцевых гёрен и зависимости от диаметра в пыль цс некоторых растений из потомства полигаплоида негритянского сорго
N растения, метелки Плоид-ность по фенотипу Диаметр пыльцевых зёрен**
37,6 41,7 45,9 50,1 54,4 58,5 62,6 66,8
2-7 211 4,0 36,0 50,0 6,0 2,0 - 2,0 j
8-1 2п 6,0 40,0 48,0 4,0 2,0 - - -
8-3 2п - 1,0 6,0 31.0 26,0 33.0 2.0 1.0
9-2 2п 10,0 62,0 24,0 20,0 4.0 - |
10-4 2п 12,0 60,0 8,0 - - - -
11-4 2п 8,0 40,0 44.0 8,0 - - -
13-3 2п 8,0 66.0 22,0 4.0 - -
1-4 4п - - - 28.0 18,0 42.0 8,0 4.0
8-2 4п - 18.0 12,0 34,0 28.0 8,0 -
8-4 4п - - - 13.9 23,3 46,5 11,6 4.6
8-7 4п - - 20,0 40,0 26,0 14,0 - -
8-8 4п - - - 24,0 30,0 44,0 2,0 4.0
8-9 4п - - - 2,0 30,0 54,0 J2.0
* В каждом образце измерено 50 - 100 пыльцевых зёрен.
Принцип разбиения данных о диаметрах ПЗ на классы обусловлен пеной деления использованного в исследовании окуляр-микрометра, равной 8,35 мкм
В трёх следующих поколениях случаев расщепления по плоидноези потомства, как отдельных растений, так и отдельных соцветий, обнаружено не было.
Наиболее вероятным механизмом возникновения полигаплоидного растения ИТ 12 является партсногенетическое развитие редуцированной яйцеклетки гетраплоидного растения С4. Это явление у индуцированных нами тетрап -лоидов сорго встречается, по-видимому, редко, так как за несколько лет работы с тстраплоидными аналогами 4х сортов, проанализировав тысячи растений, мы обнаружили реверсию к диплоидному числу хромосом впервые. В литературе описан лишь один случай появления полигаплоида среди "сырых" аллотетрап-лоидов сорго (Duara, Stebbins, 1952).
Появление тетраплоидов в потомстве, полученном при самоопылении данного диплоидного растения, свидетельствует о наличии у него нередуцированных гамет. Аналогичное явление ранее было отмечено у ржи, где в потомстве полигаплоидов (реверсивных диплоидов по терминологии авторов) выявлены три- и тетраллоиды. В следующем поколении во время микроспорогенеза отмечены различающиеся по плоидности материнские клетки микроспор, что свидетельствует о возникновении миксоплоидности на этапах развития, предшествующих мейозу (Мантталер. Чеченева, 1975).
Таблица 2. Цитологический анализ потомства миксоплоидных растений HCT 8 и ИСТ 41
N растения, метелки Плоид-ность по фенотипу Число растений в потомст ве
2п 4п
8-1 2N п -
8-2 4п 6
8-3 2п 1 -
8-4 . 8-5 4п 1
2п 20
8-8 4п _ 8
8-9 4п - з
41-1 2п 1
41-2 4п 6 1
41-3 4п 1 8
41-4 4п - 9
41-5 2п 24 -
41-6 2п 76 1
41-7 2п 72 2
Известно, что генетически различающиеся побеги образуются при возникновении мутаций на I - II этапах органогенеза. Мутационные события на более поздних стадиях онтогенеза ведут к возникновению более мелких секторов мутантных тканей в пределах побега, соцветия, пыльника (Шевченко, Грин их, 1981).
В нашем материале у растений НСТ 8 и НСТ 41 но плоидности различались побеги. В то же время выявлена миксоплоидность и в пределах отдельных метёлок.
Полученные данные указывают на то, что у исследованных растений нарушения в работе митотического аппарата клеток происходили в разные моменты онтогенеза, как и у описанною ранее химерною растения Pennisetum americanum (Rao. Nirmala, 1986).
К сожалению, представленные данные не позволяют сделать вывод о причинах возникновения миксоплоидности в исследованном материале. Но можно предположить, что здесь действуют механизмы, аналогичные icm, которые действуют у аиомиктических растений, у которых некоторые авторы наблюдали нестабильность уровня плоидности в соматических тканях (Полумордвинова, 1984; Лебедева, 1985; Кашин и др, 2(Х)0), тем более, что для сорго свойственен апомиксис в ег о факультативном проявлении.
Л И ГГГЛ ГУРЛ
Кашин АХ'.. Залесная С.Д.. Ги гонец В.В. Потенциал формообразования ¡намного комплекса PiioseUa. Геномная изменчивость в популяциях и потомстве отдельных растений // Боган.журн., 2000. - Г.85. - N 12. - С. 13-28.
Кунах В. А. Геномная изменчивость соматических клеток растений и факторы, регулирующие этот процесс // Цитология и генетика., 1980. - Г И. N I. С. 73-81.
Лебедева С.К. Полиплоидия, анеуплоидия и миксоплоидия у мятлика лугового //11аучно-техн. Бюл. ВИРа.. Л.: 1985. Вып. 155 - С.39-40.
Малецкий С.И., Малецкая F.I1 Самофертильность и агамоспермия у сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) // Генетика. 1996. - Т.32. - X» 12. - С. 1643-1650.
Машталер С.1 ., Чсчснева Г.Н. Исследование потомства диплоидов ржи н тетранлоидной популяции. // Цитология и генетика, 1975.- Т. 9. - N 4.- С. 353-356.
Петру шина М.11. Структурные мутаиии хромосом и общая фертильность у аутополиплоидоь сахарной свёклы.// IV Всесоюзное совещание по полиплоидии.- Киев : Наукова Думка.- 1975.- С.94.
Полу морд в и нова ИВ Применение методой цитокогичелкого и эмбриологического анализа в селекционной работе //Селекция овощных культур. М.: 1984. - C.S7-95.
Цветова М.И. Изучение закономерностей экспериментальной полиплоидии у сорго: автореф. дисс...канд. биол. наук. СПб. ВИР. 1997. - 16 с.
Шевченко В.В., Гриних Л.И. Химерность у растений. М.: Наука, 1981. -
212 с.
Щербак С.В. Особенности митоза автотеграплоидов риса.// IV съезд ВОГИС. М.- 1982.-Ч.З. - 275с.
Duara B.N., Stebbins G.L.Jr. A polyhaploid obtained from a hybrid derivative о Г Sorghum halepense к S. vulgare var. sudanense.// Genetics.-1952.- 37.- P. 369 -
374.
Munt/.ing A., Prakken R. Chromosomal abberaiions in rye populations// Herediias. 1941. V.27. Jfe 3/4. P.273-308.
Nemec B. Das Problem der Berfruchtungsvorgange und andere zytologischc Fragen. Berlin: Borntraeger, 1910.216 S.
Prakash \ .S.,I akshmi N.,Harini I. A note on spontaneous mixoplpid Capsicum //Current Science. \Ш. V.57. № 8. P.435-436.
Raman V.S., Krishnaswami N. A chromosomal chimera in S. halepense (Linn.) // Indian J. of Agric.Sci. 1955. V.25. J4b 1. P.-50-54
Rao P. N.. Nirmala A. Chromosome numerical mosaicism in pearl millet (Pennisrtum americanum (L.) Leeke) // Can. J. Genet.Cytol. 1986. V.28. P.203-206
