CC BY
4УДК 576.3:633.111
О. А. Орловская, Л. А. Соловей, Н. И. Дубовец, Л. В. Хотылёва
ОЦЕНКА ЦИТОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ЛИНИЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ИНТРОГРЕССИЕЙ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА T. DICOCCOIDES, T. DICOCCUM, T. KIHARAE
Институт генетики и цитологии НАН Беларуси Республика Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27 e-mail: O.Orlovskaya@igc.by
Проведено изучение поведения хромосом в мейозе линий F7 и F мягкой пшеницы с генетическим материалом T. dicoccoides, T. dicoccum, T. kiharae. Установлено, что наибольшим количеством нарушений на всех стадиях цикла характеризуются линии, созданные с участием наименее цитологически стабильной синтетической пшеницы T. kiharae. В процессе анализа микроспорогенеза показано, что у интрогрессив-ных линий к седьмому поколению произошла существенная стабилизация мейотического цикла, которая обеспечивает формирование у них полноценных гамет и, как следствие этого, успешное воспроизведение в ряду последующих поколений.
Ключевые слова: мягкая пшеница T. aestivum, тетраплоидные (T. dicoccoides, T. dicoccum) и гексаплоид-ный (T. kiharae) виды рода Triticum, интрогрессивные линии пшеницы, микроспорогенез.
Введение
Современные требования к высокой продуктивности и выравненности сортов значительно снизили генетическое разнообразие мягкой пшеницы (Т aestivum L.). Дикие и родственные виды пшеницы часто используются для обогащения ее генома ценными генами. Например, большая часть эффективных генов устойчивости к грибным патогенам перенесена в геном мягкой пшеницы от видов рода Aegilops, ТЫпоругит и от некоторых диплоидных и те-траплоидных видов рода ТгШсит [1-3]. Дикорастущие сородичи и синтетические пшеницы также являются источниками устойчивости к неблагоприятным факторам среды и признаков высокого качества зерна [4, 5].
С целью обогащения генофонда мягкой пшеницы в скрещивания с сортами Т. aestivum нами были привлечены виды рода ТгШсит различного уровня плоидности [6]. Характер структурных преобразований отдаленных гибридов был изучен ранее с помощью методов С-бэндинга и SSR-анализа [7, 8]. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что интрогрессия чужеродного генетического материала в геном Т. aestivum осуществляется как в виде небольших участков, выявляемых лишь с помощью молекулярных
маркеров, так и в виде целых хромосом (межгеномные замещения) и их фрагментов (центрические и терминальные транслокации). Наиболее высокая частота интрогрессий показана для хромосом 1А, 1B, 2А, 5В, 6А. Ре-комбинационные события, произошедшие у интрогрессивных линий пшеницы с участием чужеродных хромосом или их фрагментов, оказывают влияние как на стабильность мей-оза, так и на формирование ряда признаков (продуктивность, устойчивость к заболеваниям, адаптивность к абиотическим стрессам и т. п.). Цель данной работы заключалась в изучении поведения хромосом в мейозе и оценке цитологической стабильности линий F7 и F мягкой пшеницы с генетическим материалом T. dicoccoides, T. dicoccum, T. kiharae.
Материалы и методы
В работе были использованы 12 линий, полученных в Институте генетики и цитологии НАН Беларуси от скрещивания сортов мягкой пшеницы T. aestivum (Рассвет, Саратовская 29, Фестивальная) с тетраплоидными (T. dicoccoides, T. dicoccum) и гексаплоидным (T. kiharae) видами рода Triticum.
Особенности микроспорогенеза у линий F7 и F изучали на временных давленых препа-
ратах, изготовленных по общепринятой методике [9]. Для каждой комбинации скрещивания и исходных форм анализировали по 30 пластинок метафазы I и 50-80 пластинок следующих стадий мейоза: анафазы I и II, метафазы II, тетрад. Исследование препаратов проводили на микроскопе Ампливал (Карл Цейс, Йена) с объективом Апохромат 100х апертура 1,32 МИ. Для оценки признаков продуктивности использовали методические рекомендации ВИР им. Н. И. Вавилова [10]. Статистический анализ полученных данных осуществляли с помощью методов описательной статистики программы Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение
Одной из проблем гибридных форм злаков является нарушение правильного прохождения процессов мейоза с образованием уни-валентов и мультивалентных ассоциаций. У сортов мягкой пшеницы также иногда наблюдается присутствие унивалентов, однако их содержание в норме не превышает 5%. Изучение мейоза в материнских клетках пыльцы (МКП) у сортов, использованных при создании ин-трогрессивных линий, показало их высокую цитологическую стабильность: среднее число унивалентов варьировало в зависимости от сорта от 0 до 0,07 (табл. 1). У сородичей пшеницы данный показатель был несколько выше и находился в пределах 0,07-0,6, что также указывает на их высокую стабильность. При этом больше всего унивалентов обнаружено у искусственно синтезированного вида T. kiharae (табл. 1).
Проведенный анализ стадии метафазы I выявил высокий уровень бивалентного спаривания хромосом и у всех гибридных линий — у большинства линий F7 и F он приближался к 100% (табл. 1). Следует отметить, что у изученных нами ранее гибридов F2 комбинаций T. kiharae х Фестивальная, T. kiharae х Саратовская 29, T. dicoccum К45926 х Фестивальная и T. dicoccoides х Фестивальная также был установлен достаточно высокий уровень синапсиса хромосом — количество хромосом, входивших в биваленты, составляло 90,8-96,2% [11]. Однако негативный эффект интрогрессии чужеродного генетического материала у гибридов F2 был более выраженным: количество МКП с нарушениями на
этой стадии мейоза составило 60-96,7%, в то время как у гибридов F7 и F этот показатель варьирует от 0 до 73,3%. Данные различия, вероятнее всего, являются следствием разного количества и протяженности чужеродных фрагментов интрогрессии в гибридных геномах разных поколений.
Основным типом нарушений на этой стадии мейоза является наличие унивалентных хромосом (рис. 1а). В большинстве случаев наблюдалось отсутствие спаривания двух хромосом как в F так и в F Частота клеток с двумя унивалентами в F варьировала в широких пределах — от 3,33% (линии 1-3, 31, 29) до 60,0% (линия 34-2). У трех интрогрессив-ных линий (25-2, 34-1, 34-2) из 12 изученных встречаются клетки с четырьмя унивалентами в М1. Все эти линии созданы с участием образца Т. kiharae. Следует отметить, что среди родительских форм только у данного вида рода ТгШсит были клетки с четырьмя унивален-тами, но частота встречаемости таких клеток незначительна (3,33%). Максимальное число унивалентов, обнаруженное для исследованного материала, равно шести и выявлено в небольшом количестве (3,33% клеток) у линии 34-2 Т. kiharae х Фестивальная. Для данной линии характерно также наибольшее количество МКП с двумя (60%) и четырьмя (13,3%) унивалентами.
При сравнении гибридов F2 и более поздних поколений F7 и F наблюдали значительное сокращение числа открытых бивалентов. У гибридов F2 их среднее количество было на уровне 1,0-5,4 [11], а в F данный показатель составил 0,96-2,87 (рис. 1б). Наибольшее число открытых бивалентов характерно для линий с генетическим материалом синтетического вида Т. kiharae (табл. 1).
Таким образом, больше всего нарушений в метафазе I мейоза обнаружено у линий, созданных с участием Т. kiharae, как в F2 так и в более поздних поколениях. В ранних поколениях гибридных форм это обусловлено, скорее всего, структурными различиями между хромосомами геномов АВ Т. aestivum и А^ Т. kiharae. Известно, что Т. kiharae (AtAtGGDD) — искусственно синтезированный вид, выделенный в ВИРе из созданного в Японии амфидиплоида Т. timopheevii х Ае. taushii, относится к группе Timopheevi,
Таблица 1
Конъюгация хромосом в метафазе I интрогрессивных линий мягкой пшеницы F F и их
родительских форм
Генотип Линия Поколение Биваленты, шт. Количество хромосом, входящих в биваленты, % Униваленты, шт.
закрытые открытые всего
Рассвет х T. kiharae 31 F7 19,90 ± 0,20 1,10 ± 0,20 21 ± 0 100 0
F,0 20 ± 0,18 0,96 ± 0,18 20,97 ± 0,03 99,76 0,07 ± 0,06
T. kiharae x Саратовская 29 19 F7 18,70 ± 0,20 1,90 ± 0,20 20,60 ± 0,10 98,30 0,70 ± 0,20
F10 19,53 ± 0,19 1,33 ± 0,19 20,90 ± 0,06 99,52 0,20 ± 0,11
20-1 F7 18,40 ± 0,20 2,40 ± 0,20 20,90 ± 0,10 99,40 0,30 ± 0,10
F,0 19,13 ± 0,27 1,80 ± 0,25 20,93 ± 0,05 99,68 0,13 ± 0,09
25-2 F7 18,30 ± 0,30 2,30 ± 0,30 20,70 ± 0,10 98,40 0,70 ± 0,20
F,0 19,10 ± 0,31 1,67 ± 0,26 20,77 ± 0,10 98,89 0,47 ± 0,21
T. kiharae x Фестивальная 28 F7 18,90 ± 0,30 1,90 ± 0,20 20,80 ± 0,10 99,20 0,30 ± 0,20
F10 19,70 ± 0,21 1,23 ± 0,20 20,93 ± 0,05 99,68 0,13 ± 0,09
34-1 F7 18 ± 0,30 2,70 ± 0,30 20,70 ± 0,10 98,70 0,50 ± 0,20
F,0 17,83 ± 0,21 2,87 ± 0,18 20,70 ± 0,09 98,57 0,60 ± 0,19
34-2 F,0 17,73 ± 0,28 2,40 ± 0,31 20,13 ± 0,12 95,87 1,80 ± 0,26
Рассвет х T. dicoccoides k5199 29 F7 18,70 ± 0,30 1,90 ± 0,20 20,60 ± 0,10 98,30 0,70 ± 0,20
F,0 19,23 ± 0,22 1,73 ± 0,22 20,96 ± 0,03 99,76 0,07 ± 0,06
T. dicoccoides x Фестивальная 15-7-1 F7 19,10 ± 0,20 1,80 ± 0,20 20,90 ± 0,04 99,70 0,10 ± 0,10
F10 19,00 ± 0,23 1,80 ± 0,21 20,80 ± 0,07 99,05 0,40 ± 0,15
15-7-2 F7 17,20 ± 0,30 3,60 ± 0,30 20,70 ± 0,10 98,70 0,50 ± 0,20
16-5 F7 18,50 ± 0,20 2,30 ± 0,20 20,80 ± 0,10 99,20 0,30 ± 0,10
F,0 19,67 ± 0,19 1,33 ± 0,20 21 ± 0 100 0
T. dicoccum К45926 x Фестивальная 1-3 F,0 19,50 ± 0,18 1,47 ± 0,18 20,97 ± 0,03 99,84 0,07 ± 0,06
2-7 F7 19,40 ± 0,20 1,40 ± 0,20 20,90 ± 0,10 99,30 0,30 ± 0,10
F10 19,50 ± 0,23 1,43 ± 0,22 20,93 ± 0,05 99,68 0,13 ± 0,09
Рассвет 20,03 ± 0,16 0,97 ± 0,16 21 ± 0 100 0
Саратовская 29 19,60 ± 0,18 1,37 ± 0,19 20,97 ± 0,03 99,76 0,07 ± 0,06
Фестивальная 19,50 ± 0,21 1,43 ± 0,21 20,97 ± 0,03 99,76 0,06 ± 0,06
T. kiharae 18,53 ± 0,27 2,27 ± 0,25 20,80 ± 0,09 99,05 0,40 ± 0,18
T. dicoccum К45926 12,97 ± 0,24 0,97 ± 0,24 13,97 ± 0,03 99,76 0,07 ± 0,06
T. dicoccoides 12,63 ± 0,18 1,30 ± 0,18 13,93 ± 0,07 99,52 0,07 ± 0,06
T. dicoccoides к5199 12,20 ± 0,49 1,50 ± 0,43 13,70 ± 0,21 97,86 0,60 ± 0,43
Рис. 1. Метафаза I у гибридных линий мягкой пшеницы: а — с открытыми бивалентами и унивалентами,
б — с двумя открытыми бивалентами
виды которой значительно отличаются от видов группы Emmer (к которой относится и мягкая пшеница) по структуре кариотипа и рисункам дифференциального окрашивания хромосом [12]. Е. Д. Бадаевой показано, что предки пшениц группы Emmer и Timopheevi возникли от скрещиваний одних и тех же родительских видов, но независимо друг от друга. Группа Emmer является более древней, чем Timopheevi. Донором В- и G-геномов послужил диплоидный вид, близкий современному Ae. speltoides [13]. В процессе дальнейшей эволюции S-геном Ae. speltoides и В/G геномы полиплоидных пшениц значительно дивергировали относительно друг друга. Модификации хромосом проявлялись в изменении рисунков С-бэндинга. Так, для S-генома Ae. speltoides характерны крупные теломер-ные блоки, но большая часть В-генома их утратила. В целом, хромосомы G-генома T. timopheevii имеют больше сходных признаков с хромосомами S-генома Ae. speltoides по сравнению с В-геномом T. durum [12]. Все это объясняет более низкий уровень спаривания хромосом у линий, созданных с участием T. kiharae, по сравнению с линиями, полученными при скрещивании с T. dicoccoides и T. dicoccum. Виды T. dicoccoides, T. dicoccum относятся к группе Emmer, как и мягкая пшеница, и сходны с T. aestivum по морфологии и рисункам С-окрашивания хромосом. Известно, что дикая полба T. dicoccoides (Körn. ex
Aschers. et Graebn.) Schweinf. является древнейшим естественным, т. е. встречающимся в дикой природе, тетраплоидным видом, в процессе доместикации из которого человеком были выделены другие тетраплоидные виды пшениц, отличающиеся друг от друга рядом признаков. Один из таких тетраплоидных видов — культурная двузернянка, или полба T. dicoccum — за 7 тыс. лет до н. э. выращивалась на полях в Старом Свете на значительных площадях. В настоящее время очевидно, что гексаплоидные виды рода Triticum являются самыми эволюционно молодыми, и первичный гексаплоид образовался путем присоединения генома D диплоидного дикорастущего злака эгилопса Ae. squarrosa L. (Ae. tauschii) к тетраплоидной пшенице, имеющей геном ААВВ. Принято считать, что предками мягкой пшеницы являются T. dicoccum (ААВВ) и Ae. squarrosa L. (DD) [14]. Проведенный нами анализ поведения хромосом в метафазе I мейоза показал высокий уровень спаривания хромосом у линий с генетическим материалом T. dicoc-coides и T. dicoccum, что согласуется с литературными данными о сходстве А- и В-геномов данных видов и мягкой пшеницы [15].
Несмотря на достаточно высокий уровень спаривания хромосом в метафазе I гибридов F последующие стадии мейоза в этом поколении протекали со значительными нарушениями, вследствие чего процент нормальных тетрад (так называемый мейотический индекс,
являющийся показателем нормального течения всего мейоза) был очень низким с вариацией от 0 до 32% [11].
Полученные в данном исследовании результаты свидетельствуют о том, что к седьмому поколению произошла существенная стабилизация мейотического цикла и общая картина прохождения различных его стадий в ходе дальнейшей смены поколений менялась незначительно (табл. 2), а наблюдавшиеся между поколениями различия были обусловлены разными погодными условиями в период вегетации, оказывающими, как известно, существенное влияние на процесс формирования гамет.
На стадии анафазы I у исходных сортов пшеницы и видов рода Triticum количество МКП без нарушений было высоким и составило 80,0-82,86% и 74,0-91,67% соответственно (табл. 2). Для всех родительских форм обнаружены единичные клетки с отставшими хромосомами, причем число отставших хромосом было невелико (1-3). Лишь у сорта
Фестивальная и T. kiharae выявлены клетки с 4 отставшими хромосомами (1,25% и 4,0% соответственно), и данные генотипы были наименее стабильными среди изученных родительских форм. У сортов мягкой пшеницы обнаружено большое количество клеток с такой аномалией, как мосты, особенно у сорта Рассвет (18,33%) и Саратовская 29 (12,85%). У исследованных гибридных линий типичным нарушением мейоза в анафазе I являлось отставание хромосом от основных анафаз-ных групп деления (количество отставших хромосом варьировало от 1 до 6). При этом максимальное число отставших хромосом (6) отмечено только у линии 29 Рассвет х T. dicoccoides к5199 (2,0%). Модальным классом являлись МКП с двумя или одной отставшими хромосомами. Кроме того, на стадии AI у всех исследованных линий отмечены МКП с хромосомными мостами, количество которых варьировало в широких пределах: 5,4-12,9% в F7 и 8,33-23,75% в F10 Следует
Таблица 2
Характеристика стадий мейоза и продуктивности растений у линий мягкой пщеницы F7 и F с интрогрессией чужеродного генетического материала и их родительских форм
Генотип Линия Поколение Количество МКП без нарушений, % Мейотический индекс, % Масса зерна с растения, г
анафаза I метафаза II анафаза II
Рассвет х T. kiharae 31 F7 82,80 85,00 86,00 91,30 2,76 ± 0,27
F10 76,25 88,75 92,50 92,00 3,91 ± 0,19
T. kiharae х Саратовская 29 19 F7 42,0 57,20 72,40 72,50 2,04 ± 0,12
F10 54,67 80,65 88,00 93,00 3,75 ± 0,25
20-1 F7 89,10 78,70 84,40 95,00 2,77 ± 0,14
F10 82,86 86,25 78,57 92,00 3,44 ± 0,22a
25-2 F7 74,30 71,40 78,00 88,70 2,08 ± 0,20
F,0 85,00 80,00 77,50 90,91 3,25 ± 0,20b
T. kiharae х Фестивальная 28 F7 82,00 74,00 76,00 77,00 2,78 ± 0,18
F,0 62,90 90,67 91,66 88,18 3,84 ± 0,62
34-1 F7 65,00 60,00 70,80 85,00 1,51 ± 0,08
F,0 76,00 63,75 71,11 77,00 2,61 ± 0,27a
34-2 F,0 72,50 44,29 48,75 55,83 2,67 ± 0,25a
Рассвет х T. dicoccoides к5199 29 F7 81,70 83,30 87,80 95,00 2,98 ± 0,26
F10 68,00 81,67 82,86 93,00 3,81 ± 0,29
Продолжение табл. 2
Генотип Линия Поколение Количество МКП без нарушений, % Мейотический индекс, % Масса зерна с растения, г
анафаза I метафаза II анафаза II
T. dicoccoides x Фестивальная 15-7-1 F7 81,50 60,00 67,50 86,20 2,01 ± 0,14
F,0 75,00 67,86 77,50 87,00 3,71 ± 0,28
15-7-2 F7 78,30 81,40 82,00 86,20 2,00 ± 0,22
16-5 F7 81,50 76,70 82,00 85,00 2,44 ± 0,25
F10 85,00 88,57 85,00 89,09 3,31 ± 0,25
T. dicoccum К45926 x Фестивальная 1-3 F,0 82,86 90,00 90,01 96,00 3,61 ± 0,22
2-7 F7 78,30 73,20 72,40 94,30 3,34 ± 0,34
F,0 83,33 86,25 82,86 99,00 4,33 ± 0,21ь
Рассвет 80,00 96,67 91,12 99,00 5,01 ± 0,35
Саратовская 29 82,86 91,25 96,36 99,00 4,55 ± 0,35
Фестивальная 82,50 90,91 88,32 84,55 3,35 ± 0,20
T. kiharae 74,00 74,29 61,43 80,00 2,46 ± 0,26
T. dicoccum К45926 91,25 92,50 95,00 97,50 3,44 ± 0,23
T. dicoccoides 91,67 80,00 82,86 96,25 4,35 ± 0,38
T. dicoccoides к5199 82,35 81,67 85,00 95,71 3,71 ± 0,46
Примечание. Отличия между интрогрессивными линиями и родительским сортом мягкой пшеницы: а — достоверно при Р < 0,05; Ь — достоверно при Р < 0,01
отметить, что количество клеток с мостами существенно отличалось в разные годы исследований, что можно объяснить влиянием среды на этот признак. Максимальное количество клеток с хромосомными мостами выявлено у линии 31 Рассвет х Т. kiharae, что вероятнее всего обусловлено влиянием сорта Рассвет, для которого обнаружено самое большое количество клеток с такими нарушениями среди родительских форм (18,33%). Общее количество МКП без нарушений на стадии анафазы I находилось в интервале 42,0-89,1% и 54,67-85,0% ^10). Примечательно то, что на этой стадии мейоза, так же как и на стадии М1, наименьшая стабильность отмечена для линий с интрогрессией генетического материала от Т. kiharae.
Основным нарушением на стадии метафазы II мейоза, как и в метафазе I, являлось наличие хромосом, не включенных в метафазные пластинки. Максимальное количество унивален-тов (6) отмечено только у одной линии — 34-1
комбинации Т. kiharae х Фестивальная в оба года исследований. В основном встречались МКП с одной или двумя хромосомами, не включенными в метафазную пластинку. На данной стадии у всех линий наблюдалась асинхронность деления, когда одна из клеток находится на более поздней стадии, чем другая. Количество МКП без нарушений на стадии метафазы II составило 57,2-85,0% в F7 и 44,29-90,67% в F Наименьший уровень стабильности на данной стадии мейоза среди родительских форм выявлен у Т. kiharae, а среди интрогрессивных линий — у линий 34-1 и 34-2, созданных с участием данного вида (табл. 2).
Расхождение хромосом к полюсам во втором делении мейоза (анафаза II) сопровождалось отставанием отдельных хромосом (рис. 2а), нарушением синхронности (рис. 2б), образованием мостов (рис. 2в). У интрогрессивных линий число отставших хромосом в анафазе II сохранилось на уровне предыдущей стадии — от
1 до 6. Для 3 линий из 10 изученных в поколении F7 и для 8 линий из 12 изученных в поколении F выявлены клетки с хромосомными мостами, но частота встречаемости клеток с данной аномалией во втором делении была значительно ниже по сравнению с первым делением. Количество МКП без нарушений у гибридного материала на стадии анафазы II незначительно возросло по сравнению с метафазой II (табл. 2, рис. 2г). Такая же тенденция обнаружена для сородичей пшеницы: количество клеток без нарушений в АН было выше, чем на предыдущей стадии мейоза и составило 61,43-95,0%. Самый высокий уровень стабильности на данной стадии характерен для родительских сортов пшеницы (88,32-96,36%).
Стадия тетрад является заключительной, и количество МКП без нарушений на этой стадии (мейотический индекс) — важный показатель нормального течения всего мейоза. Процент нормальных тетрад у изученного материала находится на высоком уровне и, как правило, превышает 80% у гибридов F7 и 90% — у гибридов F10 (табл. 2). Максимальный мейотический индекс выявлен у линии 2-7 комбинации T. dicoccum К45926 х Фестивальная. Следует отметить, что линия 1-3 этой же комбинации скрещивания также была цитологически стабильна, что вероятно обусловлено высоким уровнем спаривания хромосом в М! отмеченным для линий, созданных с участием Т. dicoccum К45926 (табл. 1, 2). Самый низкий показатель мейотического индекса принадлежит линиям 34-2 и 34-1 T. kiharae х Фестивальная, для которых показано наибольшее количество нарушений и на предыдущих стадия мейоза (табл. 2). Не следует также исключать определенной доли влияния на цитологическую стабильность этих линий генотипа исходного сорта пшени-
I
цы Фестивальная, имеющего самый низкий мейотический индекс среди включенных в гибридизацию сортов (табл. 2).
На завершающей стадии мейоза наряду с нормальными тетрадами (рис. 3 а) встречались и аномальные — с микроядрами различного размера, количество которых варьировало в исследованном материале от 1 до 6 (рис. 3б), однако чаще всего образовывались тетрады с одним и двумя микроядрами (рис. 3в). МКП, содержащие 6 микроядер, отмечены только для двух линий комбинации T.kiharae х Фестивальная, причем частота их встречаемости была очень низкой и находилась на уровне 0,91-1,67% от общего числа проанализированных клеток. Иногда встречались диады и пентады (рис. 3г). Количество клеток с такими нарушениями было незначительно, и диады обнаружены только в F у линии 19 T. kiharae х Саратовская 29 (1,0%), а пентады — в F у линий 34-1 T.kiharae х Фестивальная и 15-7-1 Т. dicoccoides х Фестивальная (по 1,0%) и в F7 у линии 2-7 Т. dicoccum К45926 х Фестивальная (1,4%).
Сравнительный анализ цитологической стабильности и продуктивности родительских форм показал, что снижение мейотического индекса негативно отражается на массе зерна с растения. Так, самый низкий мейотический индекс среди исходных сортов мягкой пшеницы отмечен для сорта Фестивальная (84,55%), а среди видов рода ТгШсит — для Т. kiharae (80%), эти же генотипы характеризуются сниженной массой зерна с растения (табл. 2). Такая же тенденция обнаружена и для исследованных интрогрессивных линий: наиболее цитологически стабильная линия 2-7 характеризовалась самой высокой массой зерна с растения, в то время как линии 34-1 и 34-2 из комбинации скрещивания Т. kiharae х Фестивальная
б
Рис. 2. Анафаза II мейоза у гибридных линий мягкой пшеницы: а — с отставшими хромосомами, б — нарушением синхронности, в — мостом, г — без нарушений
Рис. 3. Стадия тетрад в микроспорогенезе гибридных линий мягкой пшеницы: а — без нарушений, б — тетрада с четырьмя микроядрами, в — тетрада с двумя микроядрами, г — пентада
с низким мейотическим индексом — самыми низкими показателями по данному признаку. Интрогрессивные линии, как правило, превышали сородичей пшеницы, но уступали родительскому сорту по признаку «масса зерен с растения». Только наиболее цитологически стабильная линия 2-7 Т. dicoccum К45926 х Фестивальная превосходила исходный сорт пшеницы по данному признаку с высокой степенью достоверности (табл. 2).
Таким образом, анализ заключительной стадии мейоза показал высокий уровень цитологической стабильности у подавляющего количества линий пшеницы с включением чужеродного генетического материала. Следует отметить, что линии, характеризующиеся незначительным количеством аномалий на ранних стадиях микроспорогенеза, как правило, имели более высокое значение мейотического индекса и показателей продуктивности.
Заключение
В ходе изучения особенностей поведения хромосом в мейозе линий пшеницы с интрогрес-сией генетического материала Т. dicoccoides, Т. dicoccum, Т. kiharae установлено, что наибольшим количеством нарушений на всех стадиях цикла характеризуются линии, созданные с участием синтетической пшеницы Т. kiharae (AtAtGGDD). Хромосомы А' и G-геномов Т. kiharae более отдалены в филогенетическом плане от хромосом А- и В-геномов мягкой пшеницы, что приводит к пониженному уровню спаривания между ними на ранних этапах формообразовательного процесса гибридных растений. Кроме того, среди родительских форм этот вид является наименее цитологически стабильным, что также приводит к снижению мейотического индекса интрогрессивных линий, созданных
с его участием. В целом, полученные в ходе анализа микроспорогенеза данные показали, что у интрогрессивных линий к седьмому поколению произошла существенная стабилизация мейотического цикла, которая обеспечивает формирование у них полноценных гамет и, как следствие, успешное воспроизведение в ряду последующих поколений.
Исследование поддержано Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (грант № Б18Р-028).
Список использованных источников
1. Sources of stem rust resistance in wheat-alien introgression lines / M. Rahmatov [et al.] // Plant Dis. - 2016. - Vol. 100, № 6. - P. 1101-1109.
2. Development of wheat lines carrying stem rust resistance gene Sr39 with reduced Aegilops speltoides chromatin and simple PCR markers for marker-assisted selection / R. Mago [et al.] // Theor. Appl. Genet. - 2009. - Vol. 119, № 8. -P. 1441-1450.
3. Inheritance and mapping of powdery mildew resistance gene Pm43 introgressed from Thi-nopyrum intermedium into wheat / R. L. He [et al.] // Theor. Appl. Genet. - 2009. - Vol. 118. P. 1173-1180.
4. Introgression of novel traits from a wild wheat relative improves drought adaptation in wheat / D. F. Placido [et al.] // Plant Physiol. -2013. - Vol. 161, № 4. - P. 1806-1819.
5. Wheat seed storage proteins: advances in molecular genetics, diversity and breeding applications / A. Rasheed // J. Cereal Sci. - 2014. -Vol. 60, № 1. - P. 11-24.
6. Khotyleva, L. Use of Triticeae tribe species for expanding and enriching genetic resources of Triticum aestivum / L. Khotyleva, L. Koren, O. Orlovskaya // 8th International Wheat Confer-
ence, St. Petersburg, 1-4 June, 2010: abstracts. -St. Petersburg: VIR, 2010. - P. 101-102.
7. Сравнительная характеристика гибридных линий Triticum aestivum / Triticum durum и Triticum aestivum / Triticum dicoccum по геномному составу и устойчивости к грибным болезням в различных экологических условиях / И. Н. Леонова и др. // Генетика. - 2013. - Т.49, № 11. - С. 1276-1283.
8. Molecular-cytogenetic analysis of common wheat lines with T. kiharae genetic material / O. A. Orlovskaya [et al.] // Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2019): The Fifth International Scientific Conference, Novosibirsk, 24-29 June, 2019: аbstracts / Ins. Cytology and Genetics, SB RAS; еd.: A. V. Kochetov, E. A. Salina. - Novosibirsk: ICG SB RAS, 2019. - P. 152.
9. Паушева, З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева. - М.: Колос, 1970. -254 с.
10. Мережко, А. Ф. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: методические указания / А. Ф. Мережко. - С.Петербург: ВИР, 1999. - 82 с.
11. Орловская, О. А. Цитологическая характеристика гибридов пшеницы, созданных при
отдаленной гибридизации в трибе Triticeae // О. А. Орловская, Л. В. Корень, Л. В. Хотылёва // Весщ НАН Беларусь Сер. бiял. навук. - 2010. -№ 4. - С. 50-54.
12. Бадаева, Е. Д. Эволюция геномов пшениц и их дикорастущих сородичей: молеку-лярно-цитогенетическое исследование: авто-реф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.03; 03.00.15 / Е. Д. Бадаева ; Рос. акад. наук, Ин-т мол. биологии. - М., 2000. - 48 с.
13. Badaeva, E. D. Evolution of the S-genome in Triticum and Aegilops / E. D. Badaeva // Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2019): The Fifth International Scientific Conference, Novosibirsk, 24-29 June, 2019: аbstracts / Ins. Cytology and Genetics, SB RAS ; еd.: A. V. Kochetov, E. A. Salina. -Novosibirsk: ICG SB RAS, 2019. - P. 35.
14. Гончаров, Н. П. Происхождение, доместикация и эволюция пшениц / Н. П. Гончаров, Е. Я. Кондратенко // Вестник ВОГиС. -2008. - Т. 12, №1/2. - C. 159-179.
15. Исследование внутривидового разнообразия тетраплоидной пшеницы Triticum dicoccum (Schrank.) Schuebl с помощью метода дифференциального окрашивания хромосом / О. С. Дедкова и др. // Генетика. - 2007. -Т. 43, № 11. - С. 1517-1533.
O. A. Orlovskaya., L. A. Solovey, N. I. Dubovets, L. V. Khotyleva
EVALUATION OF CYTOLOGICAL STABILITY OF COMMON WHEAT LINES WITH T. DICOCCOIDES, T. DICOCCUM, T. KIHARAE GENETIC
MATERIAL
Institute of Genetic and Cytology of NASB Minsk, 220072, the Republic of Belarus
The study of the chromosome behavior in meiosis of F7 and F lines of common wheat with T. dicoccoides, T. dicoccum, and T. kiharae genetic material was made. The greatest number of disorders at all cycle stages was found in the lines obtained from crossing with synthetic wheat T. kiharae, which has the lowest level of cytological stability. In general, the data obtained during the microsporogenesis analysis allow us to conclude that the level of meiotic cycle stability achieved in F7 by introgression lines ensures the formation of functional gametes, and therefore successful reproduction in subsequent generations.
Key words: common wheat T. aestivim, tetraploid (T. dicoccoides, T. dicoccum) and hexaploid (T. kiharae) species of genus Triticum, introgression lines, microsporogenesis.
Дата поступления статьи: 17 июля 2019 г.
