CC BY
22
Аграрный вестник Урала № 11 (190), 2019 г.
DOI 10.32417/article_5dcd861e717239.90752448 УДК 634.23: 631.52:576.354.4
| Код ВАК 06.01.05
g Новые генетические источники
^ для селекции видов Prunus L. на полиплоидном уровне
о s
Ю О. В. Мочалова1И, Д. А. Гусев1
S 1 Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий, Барнаул, Россия
g вE-mail: [email protected]
О
R Аннотация. Исследование направлено на изучение распределения числа хромосом у новых, полученных через
g культуру in vitro, амитотических клоновых линий гибридной вишни степной и микровишни песчаной; на сравнение ^ фертильности и размеров пыльцы у амитотических триплоидных и гексаплоидных клонов вишни; на выявление новых перспективных полиплоидных генетических источников для их последующего использования в селекции. Методы. В научной работе использованы общепринятые цитологические и статистические методы. Результаты. Установлены закономерности выхода индуцированных полиплоидов как от исходного числа хромосом, так и от происхождения и индивидуальных особенностей изначальных генотипов. Для амитотических гексаплоидных генотипов гибридной вишни выявлено высокое качество пыльцы на уровне 81,8-92,6 % фертильности (у триплоидов такой пыльцы найдено 4,6-18,8 %), поэтому изученные 4 клоновых генотипа вишни (12-1-1Т2, 12-1-1Т6, 12-1-2Т3, 12-1-2Тв) рекомендованы в скрещивания для выведения устойчивых к грибным болезням сортов. Не обнаружено достоверных различий по диаметру фертильной пыльцы (46,3-47,8 мкм) между амитотическими триплоидами и гексаплоидами вишни. Поэтому, по всей вероятности, фертильная пыльца у триплоидов несет в себе нередуцированный триплоид-ный набор хромосом. Новизна. Изучен совершенно новый и оригинальный для рода Prunus L. селекционный материал - полиплоидные гибриды вишни степной P. fruticosa Pall. с восточно-азиатскими вишнями P. serrulata Lindl., P. canescens Bois., P. incisa. Thoub. Получены аргументы в пользу положительной селекционной перспективы перевода новых сортов вишни на гексаплоидный уровень (2n = 48), в том числе через метод удвоения числа хромосом у стерильных триплоидных межвидовых гибридов в культуре in vitro. Впервые созданные тетраплоидные (2n = 32) амитотические клоновые линии микровишни P. pumila L. необходимо апробировать в скрещиваниях с терном и терносливами.
Ключевые слова: Prunus L., гибрид, полиплоид, in vitro, клоновая линия, число хромосом, фертильность пыльцы, размер пыльцы, генетический источник, селекция.
Для цитирования: Мочалова О. В., Гусев Д. А. Новые генетические источники для селекции видов PrunusL. на полиплоидном уровне // Аграрный вестник Урала. 2019. №№ 11 (190). С. 44-51. DOI: 10.32417/article_5dcd861e717239.90752448.
Дата поступления статьи: 28.08.2019.
Постановка проблемы (Introduction) число хромосом, которое может оказаться оптимальным
Полиплоидия является инструментом филогенеза для для будущей селекции. Так, для сливы непревзойденным
покрытосеменных растений [1-3]. Она естественным об- представляется гексаплоидный набор хромосом (2n = 48),
разом сопровождает процесс видообразования косточко- представленный культурогенным (не встречающимся в
вых растений и приводит к формированию полиплоид- природе) видом сливы домашней P. domestica L. У вишни
ного ряда с основным хромосомным числом n = 8. Осо- гексаплоиды, как у сливы, встречаются только в культу-
бенно часто в природных и селекционных популяциях ре и только у отдаленных гибридов. В настоящее время
сливы и вишни встречается аллополиплоидия, приводя- необходимо понять селекционные перспективы перевода
2 щая к удвоению числа хромосом в семенном потомстве новых сортов вишни на гексаплоидный уровень, в том
у отдаленных межвидовых гибридов и обеспечивающая числе при использовании метода удвоения числа хромо-
§5 восстановление у их потомков нормальной фертильно- сом у стерильных триплоидных межвидовых гибридов.
^ сти мужской и женских половых сфер [1-5]. Для разных диплоидных видов сливы и микровишни
^ Для увеличения генетической изменчивости в се- представляется важным индуцировать и апробировать
лекционном процессе косточковых культур желательно тетраплоидные генотипы (2n = 32), в частности, для по-
использовать сорта и гибриды видов вишни и микро- следующих скрещиваний с тетраплоидным терном и для
§ вишни на разном хромосомном уровне - от диплоидного получения устойчивых тернослив [1, 5, 6].
§ (2n = 16) до октоплоидного (2n = 64). Для каждого вида Использование метода полиплоидии в роде Prunus L.
tr ~
о существует свой природный оптимальный уровень по дает совершенно новые возможности для расширения
^ кратному количеству базового генома, при этом возмо- генетической изменчивости, включая комбинационную
® жен перевод культуры на совершенно новое соматическое и эпигенетическую. Для аллополиплоидов свойственна
cí
О
повышенная адаптационная пластичность в сочетании с высокой фертильностью репродуктивных процессов. Это направление, абсолютно новое, позволит расширить границы формообразующего процесса, дать возможность для интрогрессий, гетерозиса, апомиксиса. Высокая степень урожайности нового генетического материала (6-8 т/га) обеспечивается стабилизирующим отбором на уровне 3-4 семенных поколений [1, 5].
В генофонде Отдела НИИ садоводства Сибири имени М. А. Лисавенко ФГБНУ ФАНЦА (далее НИИСС) имеются зимостойкие и устойчивые к грибным болезням диплоидные, триплоидные, тетраплоидные, пентаплоид-ные и гексаплоидные гибриды от скрещивания диплоидных видов вишен между собой и от скрещиваний вишни степной (P. fruticosa Pall.) с разными диплоидными и те-траплоидными видами вишни (P. cerasus L., P. maackii Rupr., P. maximoviczii Rupr., P. pensylvanica L., P. serrulata Lindl., P. canescens Bois., P. incisa. Thoub.). Начиная с 80-х годов прошлого столетия в алтайском генофонде вишни были обнаружены спонтанные гексаплоиды - гибриды с вишней обыкновенной (3-66-9, 5-98-277) и с вишней Маа-ка (ВЧ 8-83-46, ВЧ 89-95-48), возникшие в результате слияния одной редуцированной и одной нередуцированной гаметы. В результате их переопыления между собой получены гексаплоиды условно второго поколения - 106705-13, 1068-07-2 [4-6]. Абсолютно новым направлением в селекции вишни в настоящее время является получение гексаплоидных генотипов путем удвоения числа хромосом у стерильных триплоидных гибридов вишни степной с редкими восточно-азиатскими видами, устойчивыми к коккомикозу и имеющими плоды с повышенным содержанием биологически-активных веществ [5, 6].
Актуально и перспективно получение полиплоидов цветковых растений через использование культуры in vitro. В мире это особенно применяется для южных плодовых и декоративных растений [7-11], но не найдено для косточковых растений. На Алтае для представителей рода Prunus удалось индуцировать удвоение числа хромосом через культуру in vitro у гибридных триплоидов (12-1-1, 12-1-2) и впервые получить константные по числу хромосом гексаплоидные клоновые линии, несущие геномы вишни степной и редких восточно-азиатских видов (P. canescens, P. serrulata, P. incisa). Также в результате использования амитотика трифлуралина удалось выделить тетраплоидные и гексаплоидные клоновые линии от двух диплоидных и одного триплоидного генотипов микровишни песчаной P. pumila L. [12, с. 36].
Целью проведенной НИР было изучить распределение числа хромосом среди полученных амитотических клоновых линий вишни и микровишни; сравнить качество и размеры пыльцы у амитотических триплоидных и гексаплоидных клонов вишни; выявить новые перспективные полиплоидные генетические источники для их последующего использования в селекции.
Методология и методы исследования (Methods)
В качестве материала для исследований взяты зрелая пыльца и вегетативные ткани индуцированных in vitro клоновых амитотических линий разных представителей рода Prunus L. Исходные триплоидные гибриды вишни
степной P. fruticosa с вишнями серой P. canescens (121-1), остропильчатой P. serrulata (12-1-2) и разрезанной P. incisa (12-4-17) получены из ЦСБС СО РАН от В. С. Сима-гина. Диплоидный (ВП 4) и триплоидный (ВП 9) сеянцы микровишни песчаной отобраны в генофонде НИИСС, а диплоид ВП 2-24-07 был передан в НИИСС из генофонда Южно-Уральского НИИ садоводства и картофелеводства.
Прямой подсчет чисел хромосом осуществляли на давленных временных препаратах из молодых листочков вегетативных почек, окрашенных уксусным гематоксилином по методике ЦГЛ им. И. В. Мичурина [13, с. 2]. Фертильность и размер пыльцевых зерен определяли по общепринятым методикам [14, с. 143; 15 с. 93] после окраски ацетокармином. Для подсчета процента фертиль-ности пыльцы просматривали не менее 300 пыльцевых зерен. Измерение диаметра проводили для 50 пыльцевых зерен каждого генотипа, лежащих анфас, с использованием цифровой камеры для микроскопа ТС-500 (ЛОМО). При обработке результатов исследований использованы общепринятые методы биологической статистики [16, с. 238] и пакет прикладных программ Microsoft Office Excel 2007.
Результаты (Results)
В 2015-2017 годах был проведен подсчет числа хромосом у 25 клоновых амитотических линий, принадлежащим к трем генотипам гибридной вишни от скрещивания вишни степной с редкими восточно-азиатскими видами. Также уровень плоидности был изучен у 11 амитотиче-ских клоновых линий, полученных in vitro от спонтанного триплоидного генотипа микровишни песчаной (ВП 9). Среди полученных in vitro клоновых линий вишни и микровишни выявлены триплоиды, гексаплоиды и мик-соплоиды. Последние содержат в меристематических клетках смесь триплоидных и гексаплоидных хромосомных наборов. Большинство среди полученных клоновых амитотических линий составили триплоиды - 55,6 %. Гексаплоиды и миксоплоиды присутствовали в меньшем и равном количестве - по 22,2 % (таблица 1).
Количественный выход полиплоидов зависел от генотипа. Так, у гибрида с вишней серой (12-1-1) выявлено гораздо больше гексаплоидных линий (55,6 %), чем у гибрида с вишней остролистной 12-1-2 (14,3 %). Гибрид с вишней разрезанной 12-4-17 оказался в целом неспособным к индукции большого количества клоновых линий и не дал полиплоидов. Триплоид микровишни песчаной ВП 9 показал себя практически не восприимчивым к амитотическому действию использованной концентрации трифлуралина, у него выявлена всего одна гексапло-идная клоновая линия - ВП Т14 (0,09 %).
В 2018 году проведен подсчет числа хромосом у 27 клоновых линий микровишни песчаной, полученных в культуре in vitro после обработки трифлуралином двух исходных генотипов. В результате отобрано 11 клоновых линий со стабильным тетраплоидным набором хромосом: 1 , 1Т, 2Т, 5Т, 6Т, 10Т, 14Т, 22Т, 26Т, 34Т, 36Т. Они
д >
составили 40,8 % от общего числа изученных генотипов. Также были выявлены диплоиды (2n = 16) в количестве 29,6 % и миксоплоиды (2n = 16, 32) - 29,6 % (таблица 2).
i I—
l
CTQ
a
¡=¡
b I—
О
г+
п>
0
¡=¡
1
CTQ h-
п>
сл
p
о
0 СГ
1
v
fa
p
G с
n> p
2
О
Аграрный вестник Урала № 11 (190), 2019 г.
Таблица 1
Распределение числа хромосом среди амитотических линий Prunus L., 2015-2017 гг.
Номера исходных генотипов (2n = 24) Происхождение исходных генотипов Всего изучено линий Из них под номерами генотипов
Триплоиды (2n = 24) Гексаплоиды (2n = 48) Миксоплоиды (2n = 24, 48)
12-1-1 P. fruticosa x P. canescens 9 Т • Т1 б Т ; Т • Т2; Т6; Тк; а аб б/н Т • Т аб' аб2
12-1-2 P. fruticosa x P. serrulata 14 Т1; Т2; Т ; Т ; Т ; 7 7 Ь~ г~ д" Тк; Тл; Тм д Т3; Т9 Т;Т;Т;Т а' в' з' и
12-4-17 P. fruticosa x P. incisa 2 Т1; Т2 Нет Нет
ВП 9 P. pumila 11 Т5; Т6; Т7; Т9; Т11; Т12; Т13; Т17 Т14 Т4; Т8
Итого: 36 20 (55,6 %) 8 (22,2 %) 8 (22,2 %)
Table 1
The distribution of chromosomal sets within amitotic Prunus L. lines, 2015-2017
Numbers of initial genotypes (2n = 24) The origin of initial genotypes Total quantity of lines studied From it's the lines with the genoty pic numbers
Triploids (2n = 24) Hexaploids (2n = 48) Mixoploids (2n = 24, 48)
12-1-1 P. fruticosa x P. canescens 9 Tb; T1 Ta; Tab; T2; T6; Tb/n Tab; Tab2
12-1-2 P. fruticosa x P. serrulata 14 T1; T2; TB; Tg; Td; Tk; Tl; Tm T3; T9 Ta; Tv; Tz; Ti
12-4-17 P. fruticosa x P. incisa 2 Т1; Т2 No No
VP 9 P. pumila 11 Т5; Т6; Т7; Т9; Т11; Т12; Т13; Т17 Т14 Т4; Т8
Total: 36 20 (55.6 %) 8 (22.2 %) 8 (22.2 %)
Таблица 2
Распределение числа хромосом среди амитотических линий P. pumila L., 2018 г.
Номера исходных генотипов (2n = 16) Изучено клоновых линий Из них, под номерами генотипов
Диплоиды (2n = 16) Тетраплоиды (2n = 32) Миксоплоиды (2n = 16, 32)
ВП 4 14 2д, 3Т, 8Т,11Т, 13Т 1д, 1Т, 2Т, 5Т, 6Т, 10Т 4Т, 7Т, 12Т
ВП 2-24-07 13 29Т, 30Т, 32Т 14Т, 22Т, 26Т, 34Т, 36Т 15Т, 17Т, 18Т, 19Т, 31Т
Итого: 27 8 (29,6 %) 11 (40,8 %) 8 (29,6 %)
The distribution of chromosomal sets within amitotic P. pumila L. lines, 2018
Numbers of initial genotypes (2n = 16) Total quantity of lines studied From it's the lines with the genotypic numbers
Diploids (2n = 16) Tetraploids (2n = 32) Mixoploids (2n = 16, 32)
VP 4 14 2, 3Т, 8Т,11Т, 13Т l, 1Т, 2Т, 5Т, 6Т, 10Т 4Т, 7Т, 12Т
VP 2-24-07 13 29Т, 30Т, 32Т 14Т, 22Т, 26Т, 34Т, 36Т 15Т, 17Т, 18Т, 19Т, 31Т
Total: 27 8 (29.6 %) 11 (40.8 %) 8 (29.6 %)
Таким образом, изучение особенностей распределения числа хромосом среди клоновых амитотических линий, полученных от триплоидных представителей рода Prunus, показало преобладание генотипов с исходным числом хромосом - в среднем 55,6 %. В отличие от три-плоидов, диплоидные генотипы микровишни песчаной ВП 4 и ВП 2-24-07 показали хорошую восприимчивость к действию амитотического агента. От них в среднем получено 43,8 % и 38,5 % тетраплоидных клоновых линий соответственно.
В 2018 году наблюдали первое массовое цветение и хорошее плодоношение у клоновых гексаплоидных гибридных линий, полученных in vitro от гибрида вишни степной с вишней серой 12-1-1 и от гибрида вишни степной с вишней остролистной 12-1-2.
Фертильность пыльцы у триплоидных клонов находилась в диапазоне 4,6-18,8 %, а у гексаплоидных - в диапазоне 81,8-92,6 %. Клоны гибрида 12-1-1 имели на триплоидном уровне достоверно лучшую фертильность, чем клоны 12-1-2. В то же время гексаплоидные клоны 121-1 по этому показателю достоверно уступали гексапло-идным клонам 12-1-2. Все парные сравнения показателей разного уровня плоидности по критерию Стьюдента ^ на уровне от 2,97 до 52,45 при ^05 ,равном 1,96) оказались достоверно отличающимися (таблица 3).
Таким образом, по признаку фертильности пыльцы гексаплоидный уровень числа хромосом для гибридов вишни является оптимальным по сравнению с триплоид-ным. Это дает большие перспективы для создания нового поколения полигеномных гексаплоидных сортов вишни.
Таблица 3
Фертильность (%) пыльцевых зерен у клоновых линий вишни разной плоидности, 2018 г.
Гибрид Номер клона 2n Среднее (M ± m) Коэффициент Стьюдента (t)*
12-1-1 Т1 24 10,80 ± 1,04
Тб 24 18,80 ± 1,66
Т2 48 81,80 ± 1,64
Т6 48 83,90 ± 1,65
Среднее - 3х(1) 14,80 ± 1,35 t = 32 1 3x(1). 6x(1)
Среднее - 6х(1) 82,85 ± 1,64 t = 2,97 6x(T). 6x(2) '
12-1-2 Т д 24 5,90 ± 0,82
Т л 24 4,60 ± 0,73
Т в 48 85,80 ± 1,58
Т3 48 92,60 ± 1,15
Среднее - 3х(2) 5,25 ± 0,82 t3x (1), 3x (2) = 6,04
Среднее - 6х(2) 89,20 ± 1,37 t3x(2), 6x (2) = 52,45
Среднее по триплоидам 10,03 ± 1,09
Среднее по гексаплоидам 86,03 ± 1,51 t3 6 = 40,86
Примечание: t005 = 1,96. Table 3 The fertility (%) of pollen grains in cherry clonal lines at different ploidy level, 2018
Hybrid Number of clon 2n Average (M ± m) Student's t-test (t)*
12-1-1 Т1 24 10.80 ± 1.04
Tb 24 18.80 ± 1.66
Т2 48 81.80 ± 1.64
Т6 48 83.90 ± 1.65
Average - 3x (1) 14.80 ± 1.35 t3x(1), 6x(1) = 32-1
Average - 6x(1) 82.85 ± 1.64 t = 2.97 6x(1), 6x(2)
12-1-2 Td 24 5.90 ± 0.82
T 24 4.60 ± 0.73
T V 48 85.80 ± 1.58
Т3 48 92.60 ± 1.15
Average - 3x(2) 5.25 ± 0.82 t, /„ , m = 6.04 3x (1), 3x (2)
Average - 6x (2) 89.20 ± 1.37 t3x(2), 6x (2) = 52.45
Average for triploids 10.03 ± 1.09
Average for hexaploids 86.03 ± 1.51 tx x = 40.86 ix.ox
Полученные данные позволяют рекомендовать изученные гексаплоидные клоновые линии 12-1-1Т2, 12-1-1Т6, 12-1-2Т3, 12-1-2Т для использования в селекционных скрещиваниях.
В 2018 году проведено измерение диаметра пыльцы у 8 гибридных триплоидных и гексаплоидных клоновых линий. У всех изученных генотипов пыльцевые зерна оказались достаточно выровненными по размеру - коэффициент вариации не превышал уровня 10 % за исключением триплоида 12-1-2 Т (11,4 %). Расчет средних показателей не выявил достоверных различий по диаметру пыльцы между триплоидами и гексаплоидами. Средние показатели для этих двух уровней оказались в диапазоне 46,3-47,8 мкм (таблица 4).
Учитывая, что основной хромосомный набор в пыльце у гексаплоидов равен п = 3х = 24, отсутствие достоверной разницы с триплоидами свидетельствует о нередуцированном числе хромосом (равном соматическому 2п = 24) в фертильной пыльце у триплоидов. Больший коэффициент вариации, как и больший размах доверительного интервала, у триплоидов по сравнению с диплоидами свидетельствует о наличии у них некоторого количества анеуплоидной, внешне фертильной пыльцы. Для уточнения этих предположений требуется подробное изучение микроспорогенеза.
Note: t = 1,96.
Аграрный вестник Урала № 11 (190), 2019 г.
Таблица 4
Средний диаметр (мкм) пыльцы у клоновых линий вишни разной плоидности, 2018 г.
Гибрид Номер клона 2n Средний диаметр* Минимальное -максимальное Коэффициент вариации
12-1-1 Т1 24 47,39 ± 1,28 32,73-55,90 9,78
Тб 24 46,68 ± 1,10 37,05-58,85 8,53
Т2 48 46,87 ± 0,72 42,11-52,59 5,57
Т6 48 46,83 ± 0,82 39,98-60,42 6,38
Среднее - 3х 47,04 ± 1,19 32,73-58,85 9,17
Среднее - 6х 46,85 ± 0,77 39,98-60,42 5,92
12-1-2 Т 24 48,37 ± 1,23 35,69-56,73 9,14
Т 24 46,05 ± 1,45 33,47-58,31 11,39
Т 48 47,61 ± 0,88 36,40-57,46 6,67
Т3 48 45,59 ± 0,98 38,22-59,15 7,78
Среднее - 3х 47,21 ± 1,34 33,47-58,31 10,18
Среднее - 6х 46,60 ± 0,93 36,40-59,15 7,13
Среднее по триплоидам 47,12 ± 0,64 32,73-58,85 9,84
Среднее по гексаплоидам 46,72 ± 0,44 36,40-60,42 6,76
Примечание: * среднее значение ± доверительный интервал. Table 4 The average pollen diameter (pm) in cherry clonal lines at different ploidy level, 2018
Hybrid Number of clone 2n Average diameter* Maximum mean -minimum mean The coefficient of variation
12-1-1 Т1 24 47.39 ± 1.28 32.73-55.90 9.78
Ть 24 46.68 ± 1.10 37.05-58.85 8.53
Т2 48 46.87± 0.72 42.11-52.59 5.57
Т6 48 46.83 ± 0.82 39.98-60.42 6.38
Average - 3x 47.04 ± 1.19 32.73-58.85 9.17
Average - 6x 46.85 ± 0.77 39.98-60.42 5.92
12-1-2 Td 24 48.37 ± 1.23 35.69-56.73 9.14
T 24 46.05 ± 1.45 33.47-58.31 11.39
T 48 47.61 ± 0.88 36.40-57.46 6.67
T3 48 45.59 ± 0.98 38.22-59.15 7.78
Average - 3x 47.21 ± 1.34 33.47-58.31 10.18
Average - 6x 46.60 ± 0.93 36.40-59.15 7.13
Average for triploids 47.12 ± 0.64 32.73-58.85 9.84
Average for hexaploids 46.72 ± 0.44 36.40-60.42 6.76
Note: * average mean ± confidence interval.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Изучение особенностей распределения числа хромосом среди клоновых амитотических линий разных представителей рода Prunus показало зависимость величины выхода индуцированных полиплоидов как от исходного числа хромосом, так и от происхождения и индивидуальных особенностей изначальных генотипов. Это подтверждает экспериментальные данные, полученные рядом исследователей для зерновых и цветочных культур: [9, 1720]. Выявлено, что у полиплоидов по сравнению с исходными диплоидами и триплоидами наряду с увеличение размеров вегетативных и генеративных органов наблюдается повышение фертильности пыльцы и яйцеклеток.
Изучение уровня фертильности пыльцы у косточковых растений подтверждает перспективность использования метода полиплоидизации in vitro для восстановления нормальной половой репродукции у гексаплоидов по сравнению с исходными стерильными гибридными триплоида-ми. Высокое качество пыльцы на уровне 81,8-92,6 % фер-тильности дает выгодный прогноз для использования их
в качестве опылителей и для выведения нового поколения зимостойких сортов вишни на гексаплоидном уровне.
Размер пыльцевых зерен является диагностическим признаком [18, с. 282; 19, с. 10]. Он тесно связан с полиплоидным рядом, присущим данному роду растений. Его использование позволяет предварительно выделять в генофонде полиплоиды и источники нередуцированных гамет без прямого подсчета числа хромосом и без изучения особенностей мейоза. Для изученных клоновых линий вишни этот показатель, как и других культур, может служить для предварительного отбора гексапло-идных клоновых линий среди смешанной популяции триплоидных и гексаплоидных гибридных генотипов, индуцированных через использование культуры in vitro. Статистическим методом доказано, что фертильная пыльца у триплоидов по размеру (среднему диаметру) не отличается от фертильной пыльцы гексаплоидов. По-видимому, основная масса такой пыльцы содержит нередуцированный, равный соматическому, триплоидный набор хромосом.
В результате проведенной в ФГБНУ ФАНЦА работы ные и гексаплоидный генотипы микровишни песчаной выделены новые стабильные по плоидности гексаплоид- для использования их в селекционных межвидовых скре- щ
ные гибридные генотипы вишни степной, тетраплоид- щиваниях. О
g
Библиографический список У
1. Матюнин М. Н. Биологические особенности и селекция косточковых культур в Горном Алтае. Горно-Алтайск, р 2016. 344 с. d
2. Sattler M. C., Carvalho C. R., Clarindo W. R. The polyploidy and its key role in plant breeding // Planta. 2016. Vol. 243 (2), ^ Pp. 281-296. DOI: 10.1007/s00425-015-2450-x. О
3. Zhao L., Jiang X.-W., Zuo Y.-j., Liu X.-L., Chin S.-W., Haberle R. [et al.] Multiple Events of Allopolyploidy in the Evolution c of the Racemose Lineages in Prunus (Rosaceae) Based on Integrated Evidence from Nuclear and Plastid Data // PLoS ONE. b 2016. No. 11 (6). DOI: 10.1371/journal.pone.0157123. О
4. Lyozin M. S., Asbaganov S. V., Mochalova O. V., Gusev D. A., Simagin V. S. Study of chromosome composition of the ° southern Ural genotypes of Prunus pumila L. by various methods // Prospects of Development and Challenges of Modern e Botany. BIO Web of conferences. No. 11 (2018) 00028. URL: https://www.bio-conferences.org/articles/bioconf/abs/2018/02/ s bioconf_pdcmb2018_00028/bioconf_pdcmb2018_00028.html. DOI: 10.1051/bioconf/20181100028.
5. Мочалова О. В., Плаксина Т. В., Гусев Д. А., Бояндина Т. Е. Гексаплоидная вишня на Алтае: перспективы и научные достижения // Вестник Алтайской науки. 2015. № 1. С. 222-230.
6. Мочалова О. В. Полигеномные пентаплоидные и гексаплоидные гибриды вишни степной для гаметной селекции // Садоводство и виноградарство. 2017. № 5. С. 19-23. DOI: 10.18454/VSTISP.2017.5.7585.
7. Grosser J. W., Kainth D., Dutt M. Production of Colchicine-induced Autotetraploids in Pummelo (Citrus grandis Osbeck) through Indirect Organogenesis // HortScience. 2014. Vol. 49. No. 7. Pp. 944-948. DOI: 10.21273/HORTSCI.49.7.944.
8. Elyazid D. M. A., El-Shereif A. R. In vitro induction of polyploidy in Citrus reticulada Blanco // Am. J. Plant Sci. 2014. No. 5. Pp. 1679-1685. DOI: 10.4236/ajps.2014.511182.
9. Manzoor A., Achmad T., Bashir M. A., Baig M. M. Q., Quresh A. A., Shah M. R. N., Haliz I. A. Induction and identification of colchicine induced polyploidy in Gladiolus grandiflorum "White Prosperity" // Folia Hort. 2018. Vol. 30 (2). Pp. 307-319. DOI: 10.2478/fhort-2018-0026.
10. Adam H., Razaa M., Salahuddin. Induced polyploidy as a tool of increasing tea (Camellia sinensis L.) production // J. Northeast Agric. Univ. 2015. Vol. 22 (3). Pp. 43-47. DOI: 10.1016/S1006-8104(16)30005-8.
11. Li Z., Ruter J. M. Development and evaluation of diploid and polyploidy Hibiscus moscheutos // HortScience. 2017. Vol. 52 (5). Pp. 676-681. DOI: 10.21273/HORTSCI11630-16.
12. Мочалова О. В., Гусев Д. А. Индукция полиплоидии у вишни степной и микровишни песчаной через культуру in vitro // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 9. С. 36-39.
13. Горбачева Н. Г. Микроспорогенез у гексаплоидного отдаленного гибрида ВЧ-89-95-48 [Электронный ресурс] // Современное садоводство - Contemporary horticulture. 2015. № 3. С. 1-4. URL: http://journal.vniispk.ru/pdf/2015/3/41.pdf.
14. Клименко З. К., Кузьменко Д. К., Зыкова В. К. Морфологическая характеристика и качество пыльцы сортов, перспективных гибридных и мутантных форм садовых роз селекции Никитского ботанического сада // Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. Ялта, 2017. Т. 145. С. 142-148.
15. Авраменко М. Н., Таранухо Г. И., Витко Г. И. Цитология. Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие. Горки, 2017. 108 с.
16. Кремер Н. Ш. Математическая статистика: учебник и практикум для академического бакалавриата. Москва: Издательство Юрайт, 2018. 259 с.
17. Mostafa G. G., AbouAlhamd M. F. Detection and Evaluation the Tetraploid Plants of Celosia argentea Induced by Colchicines // International Journal of Plant Breeding and Genetics. 2016. No. 10. Pp. 110-115. DOI: 10.3923/ijpbg.2016.110.115.
18. Hao Lihong, Ma Hui, Teixeira da Silva Jaime A., Yu Xiaonan. Pollen Morphology of Herbaceous Peonies with Different Ploidy Levels // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 2016. Vol. 141 (3). Pp. 275-284. DOI: 10.21273/JASHS.141.3.275.
19. Wang Lin-Jiao, Sheng Mao-Yin, Wen Pei-Cai & Du Jia-Ying. Morphological, physiological, cytological and phyto-chemical studies in diploid and colchicine-induced tetraploid plants of Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn // Botanical Studies. 2017. Vol. 58. No. 2. URL: https://as-botanicalstudies.springeropen.com/articles.10.1186/s40529-016-0157-3 (appeal date: 23.08.2019). DOI: 10.1186/s40529-016-0157-3.
20. Kushwah K. S., Verma R. C., Patel S., Jain N. K. Colchicine Induced Polyploidy in Chrysanthemum carinatum L. // J. Phy-logenetics Evol. Biol. 2018. Vol. 6 (1). P. 193. DOI: 10.4172/2329-9002.1000193.
Об авторах:
Ольга Владимировна Мочалова1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией биотехнологии и цитологии, ORCID 0000-0003-0449-1225, AuthorID 388921, +7 (385) 268-45-75, mochalov. [email protected]
Дмитрий Александрович Гусев1, научный сотрудник лаборатории биотехнологии и цитологии, ORCID 0000-00016856-4695, AuthorID 915620, +7 (385) 268-45-75, [email protected] 1 Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий, Барнаул, Россия
ArpapHbiö BecTHMK Ypana № 11 (190), 2019 r.
s species on polyploid level
New genetic sources for breeding of Prunus L.
o
§ O. V. Mochalova13, D. A. Gusev1
p 1 Federal Altaic Scientific Center of Agrobiotechnology, Barnaul, Russia ^ 63E-mail: [email protected] o s
vo Abstract. This research is aimed at studying of the chromosomal number distribution within the new, in vitro cultured, amiS totic clonal lines of Prunus species, at comparing of the fertility and size of pollen for triploid and hexaploid amitotic clones and ^ at identifying of new genetic sources and their subsequent use in breeding. Methods. The standard cytological and statistical h methods were used in this scientific work. Results. The regularities of induced polyploids output both from the initial number r of chromosomes and from the origin and individual characteristics of the original genotypes were established. For amitotic g hexaploid genotypes of hybrid cherry, high pollen quality was discovered at the level of 81,8-92,6 % of fertility (in triploids W the 4,6-18,8 % of such pollen was found), therefore, the studied 4 clonal cherry genotypes (12-1-1T2, 12-1-1T6, 12-1-2T3, 12-1-2Tv) are recommended for breeding of resistant to fungal diseases varieties. No significant differences were found in the diameter of fertile pollen (46.3-47.8 ^m) between cherry amitotic triploids and hexaploids. Therefore, in all likelihood, fertile pollen in triploids carries an unreduced triploid set of chromosomes. Prime scientific novelty. A completely new and original selection material for the genus Prunus L. - polyploid hybrids of P fruricosa Pall. with rare East-Asiatic cherry species P ser-rulata Lindl., P canescens Bois., P incisa. Thoub. were studied. The arguments in favor of a positive breeding prospect for the transfer of new cherries varieties to the hexaploid level (2n = 48), including an in vitro culture method of chromosome number doubling for the sterile triploid interspecific hybrids, have been obtained. The first created tetraploid (2n = 32) amitotic clonal lines of microcherry P pumila L. must be tested in crosses with thorns and hybrids of thorns.
Keywords: Prunus L., hybrid, polyploid, clonal line, in vitro, chromosomal number, pollen fertility, pollen size, genetic sources, breeding.
For citation: Mochalova O. V., Gusev D. A. Novyye geneticheskiye istochniki dlya selektsii vidov Prunus L. na poliploidnom urovne [New genetic sources for breeding of Prunus L. species on polyploid level] // Agrarian Bulletin of the Urals. 2019. No. 11 (190). Pp. 44-51. DOI: 10.32417/article_5dcd861e717239.90752448. (In Russian.)
Paper submitted: 28.08.2019.
References
1. Matyunin M. N. Biologicheskie osobennosti i selektsiya kostochkovykh kul'tur v Gornom Altae [Biological features and breeding of stone-fruit crops in The Altai Mountains]. Gorno-Altaysk, 2016. 344 p. (In Russian.)
2. Sattler M. C., Carvalho C. R., Clarindo W. R. The polyploidy and its key role in plant breeding // Planta. 2016. Vol. 243 (2), Pp. 281-296. DOI: 10.1007/s00425-015-2450-x.
3. Zhao L., Jiang X.-W., Zuo Y.-j., Liu X.-L., Chin S.-W., Haberle R. [et al.] Multiple Events of Allopolyploidy in the Evolution of the Racemose Lineages in Prunus (Rosaceae) Based on Integrated Evidence from Nuclear and Plastid Data // PLoS ONE. 2016. No. 11 (6). DOI: 10.1371/journal.pone.0157123.
4. Lyozin M. S., Asbaganov S. V, Mochalova O. V, Gusev D. A., Simagin V. S. Study of chromosome composition of the southern Ural genotypes of Prunus pumila L. by various methods // Prospects of Development and Challenges of Modern Botany. BIO Web of conferences. No. 11 (2018) 00028. URL: https://www.bio-conferences.org/articles/bioconf/abs/2018/02/ bioconf_pdcmb2018_00028/bioconf_pdcmb2018_00028.html. DOI: 10.1051/bioconf/20181100028.
5. Mochalova O. V., Plaksina T. V., Gusev D. A., Boyandina T. E. Geksaploidnaya vishnya na Altae: perspektivy i nauchnye dostizheniya [Hexaploid cherry for Altai: perspectives and science achievements] // Vestnik Altayskoy nauki. 2015. No. 1. Pp. 222-230. (In Russian.)
6. Mochalova O. V. Poligenomnye pentaploidnye i geksaploidnye gibridy vishni stepnoy dlya gametnoy selektsii [Polygenom-ic pentaploid and hexaploid hybrids of steppe cherry for gametes breeding] // Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2017. No. 5. Pp. 19-23. DOI: 10.18454/VSTISP.2017.5.7585. (In Russian.)
7. Grosser J. W., Kainth D., Dutt M. Production of Colchicine-induced Autotetraploids in Pummelo (Citrus grandis Osbeck) through Indirect Organogenesis // HortScience. 2014. Vol. 49. No. 7. Pp. 944-948. DOI: 10.21273/HORTSCI.49.7.944.
8. Elyazid D. M. A., El-Shereif A. R. In vitro induction of polyploidy in Citrus reticulada Blanco // Am. J. Plant Sci. 2014. No. 5. Pp. 1679-1685. DOI: 10.4236/ajps.2014.511182.
9. Manzoor A., Achmad T., Bashir M. A., Baig M. M. Q., Quresh A. A., Shah M. R. N., Haliz I. A. Induction and identification of colchicine induced polyploidy in Gladiolus grandiflorum "White Prosperity" // Folia Hort. 2018. Vol. 30 (2). Pp. 307-319. DOI: 10.2478/fhort-2018-0026.
10. Adam H., Razaa M., Salahuddin. Induced polyploidy as a tool of increasing tea (Camellia sinensis L.) production // J. Northeast Agric. Univ. 2015. Vol. 22 (3). Pp. 43-47. DOI: 10.1016/S1006-8104(16)30005-8.
11. Li Z., Ruter J. M. Development and evaluation of diploid and polyploidy Hibiscus moscheutos // HortScience. 2017.
Vol. 52 (5). Pp. 676-681. DOI: 10.21273/HORTSCI11630-16. w
12. Mochalova O. V., Gusev D. A. Induktsiya poliploidii u vishni stepnoy i mikrovishni peschanoy cherez kul'turu in vitro o [Induction of polyploidy for Frutescent Cherry and Bessey Cherry by in vitro culture] // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. O
2016. No. 30 (9). Pp. 36-39. (In Russian.) y
13. Gorbacheva N. G. Mikrosporogenez u geksaploidnogo otdalennogo gibrida VCh-89-95-48 [Microsporogenesis in a hexa- n ploid distant HF hybrid 89-95-48] [e-resource] // Sovremennoe sadovodstvo - Contemporary horticulture. 2015. No. 3. Pp. 1-4. d URL: http://journal.vniispk.ru/pdf/2015/3/41.pdf. (In Russian.) i
14. Klimenko Z. K., Kuz'menko D. K., Zykova V K. Morfologicheskaya kharakteristika i kachestvo pyl'tsy sortov, perspe- t ktivnykh gibridnykh i mutantnykh form sadovykh roz selektsii Nikitskogo botanicheskogo sada [Morphological characteristics C and pollen quality of varieties, promising hybrid and mutant forms of garden roses breeding Nikitsky Botanical garden] // n Sbornik nauchnykh trudov Gosudarstvennogo Nikitskogo botanicheskogo sada. Yalta, 2017. Vol. 145. Pp. 142-148. (In Rus- o
15. Avramenko M. N., Taranukho G. I., Vitko G. I. Tsitologiya. Laboratornyy praktikum Uchebno-metodicheskoe posobie [Cytology. Laboratory workshop. Educational and methodical manual]. Gorki, 2017. Pp. 93-94. (In Russian.)
16. Kremer N. Sh. Matematicheskaya statistika: uchebnik i praktikum dlya akademicheskogo bakalavriata [Mathematical statistics: textbook and workshop for academic undergraduate.]. Moscow: Izdatel'stvo Yurayt, 2018. 259 p. (In Russian.)
17. Mostafa G. G., AbouAlhamd M. F. Detection and Evaluation the Tetraploid Plants of Celosia argentea Induced by Colchicines // International Journal of Plant Breeding and Genetics. 2016. No. 10. Pp. 110-115. DOI: 10.3923/ijpbg.2016.110.115.
18. Hao Lihong, Ma Hui, Teixeira da Silva Jaime A., Yu Xiaonan. Pollen Morphology of Herbaceous Peonies with Different Ploidy Levels // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 2016. Vol. 141 (3). Pp. 275-284. DOI: 10.21273/JASHS.141.3.275.
19. Wang Lin-Jiao, Sheng Mao-Yin, Wen Pei-Cai, Du Jia-Ying. Morphological, physiological, cytological and phytochemi-cal studies in diploid and colchicine-induced tetraploid plants of Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn // Botanical Studies.
2017. Vol. 58. No. 2. URL: https://as-botanicalstudies.springeropen.com/articles.10.1186/s40529-016-0157-3 (appeal date: 23.08.2019). DOI: 10.1186/s40529-016-0157-3.
20. Kushwah K. S., Verma R, C,, Patel S,, Jain N. K. Colchicine Induced Polyploidy in Chrysanthemum carinatum L. // J. Phylogenetics Evol. Biol. 2018. Vol. 6 (1). P. 193. DOI: 10.4172/2329-9002.1000193.
o
CTQ h-1*
rt)
Vi
Authors' information:
Olga V Mochalova1, doctor biological science, leader researcher, head of biotechnology and cytology laboratory, ORCID 0000-0003-0449-1225, AuthorlD 388921, +7 (385) 268-45-75, [email protected] Dmitry A. Gusev1, researcher fellow of biotechnology and cytology laboratory, ORCID 0000-0001-6856-4695, AuthorlD 915620, +7 (385) 268-45-75, [email protected] 1 Federal Altaic Scientific Center of Agrobiotechnology, Barnaul, Russia
