CC BY
22
Я.Н. Демурин,
доктор биологических наук, профессор
О.М. Борисенко, кандидат биологических наук
Н.И. Бочкарев,
доктор биологических наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17, тел.: (861) 274-55-94, факс (861)254-27-80 e-mail:yakdemurin@yandex.ru
ПЛЕЙОТРОПНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАЦИЙ ВЫСОКОПАЛЬМИТИНОВОСТИ И ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА СЕМЯН НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ РАСТЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА
Ключевые слова: аналоги линии, подсолнечник, мутация, жирная кислота УДК 633.854.78:575
Введение. Влияние мутаций жирно-кислотного состава масла семян подсолнечника на другие селекционные признаки привлекало внимание учёных в ряде исследовательских программ.
Наиболее значимая работа была посвящена сравнительной оценке обычных и высокоолеиновых гибридов по комплексу хозяйственно ценных признаков в различных экологических условиях в Испании [5]. Изогенные компоненты четырёх селекционных линий RHA271, RHA274, ИЛ89 и ИЛЛ52 не показали воздействия мутации высокоолеиновости 01, полученной К.И. Солдатовым во ВНИИМК [3], на высоту растений, число листьев, диаметр корзинки, период всходы-цветение, автофертильность и масличность семянок [5]. С другой стороны, мутация 01 обладала позитивным эффектом на урожай семянок, их масличность и надземную биомассу, а также негативно воздействовала на период всходы-цветение, автофертильность и всхожесть у четырёх пар полученных изогенных гибридов. Кроме того, наблюдалось достоверное взаимодействие признак х генетическая среда [5].
Мутация высокопальмитиновости масла семян подсолнечника впервые получена П. Ивановым в Болгарии [6] после использования физического мутагенеза при облучении гамма-лучами семянок сорта Заря селекции ВНИИМК. Самоопылённая линия получила название 275 HP. Опубликованных данных о влиянии этой мутации на другие признаки растения нам не известно.
В работах испанских учёных сообщается о создании высокопальмитиновой линии CAS-5 после облучения семянок обычной линии рентгеновскими лучами [7, 8]. Плейотропный эффект мутации также не описан. С другой стороны, другой высокопальмитиновый мутант P-20, полученный после химического мутагенеза при обработке семянок обычной линии этилметансульфонатом (EMS), потерял всхожесть в М3, показывая наличие летального фактора в гомозиготе [7]. Кроме того, ещё одна высокопальмитиновая мутация была индуцирована нитрозоэтилмочевиной (НЭМ) в рамках программы химического мутагенеза для улучшения селекционных линий подсолнечника в Украине [2].
В ходе гибридологического анализа установлено, что наследование мутации высокопальмитиновости р у линии CAS-5 контролируется одним или тремя генами в зависимости от комбинации скрещивания [9].
В ходе генетических исследований во ВНИИМК три независимо обнаруженные мутации высокопальтиновости были утеряны при размножении растений из-за пониженной жизнеспособности. Это произошло в M3 после обработки семянок сорта Юбилейный 60 нитрозоэтилмочевиной, в ^ при самоопылении растений образца 0222 и, наконец, в I образца №429934 мировой коллекции ВИР. Тем не менее, высокопальмитиновая линия ЛГ30 была получена во ВНИИМК в результате скрининга ЦСМ-линий из Украины с последующим скрещиванием, индивидуальным отбором и самоопылением [1, 4].
Данная работа была направлена на изучение влияния мутаций высокоолеиновости и высо-копальмитиновости масла семян на некоторые морфометрические признаки растений с использованием линий генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК.
Материал и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии ВК580 по мутациям 01 и р. ВК580 является нормой, ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости (87 %), ВК850 - мутацией высокопальмитиновости (24 %), а ВК805 содержит обе мутации высокоолеиновости (6 %) и высокопальмитиновости (20 %) в дигомозиготе. Мутация высокопальмитиновости происходит из линии ЛГ30 после ВС3 на линию ВК580.
Растения выращивали летом в полевых условиях на центральной экспериментальной базе ВНИИМК в 2007-2009 гг. Посев проводили по схеме 70*35 см по две семянки в гнездо. Полевая всхожесть семян высокопальмитиновых аналогов ВК850 и ВК805 была существенно ниже по сравнению с нормой ВК580. На стадии 3-х пар настоящих листьев проводили рендомизированную прорывку до одного растения в гнезде. Для скрещивания применяли ручную кастрацию материнской формы.
Жирно-кислотный состав масла определяли с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров на приборе Хром 5. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью программы Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение. Плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и вы-сокоолеиновости наблюдался в течение трёхлетнего исследования серии аналогов линии ВК580 (табл. 1). Достоверно установлено, что мутация р приводит к уменьшению высоты растений на 41 см (32 %), числа листьев на 4 штук (14 %) и периода всходы-цветение на 2 дня (4 %). Мутация 01 достоверно увеличила высоту растений на 4 см (3 %).
Доля влияния мутаций р и 01 (фактор генотипа) в общем варьировании высоты растений составила 46 % (табл. 2), что является значительной величиной с учётом различных экологических условий трёхлетнего исследования. При этом влияние всех факторов, включая генотип, год, а также
их взаимодействие, было статистически достоверным для трёх изученных признаков. Фактор года оказывал основное влияние на период всходы-цветение и число листьев на 83 и 73 % соответственно.
Таблица 1 — Среднее значение и отклонение от стандарта морфометрических признаков различных генотипов подсолнечника
ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Генотип Высота растений, см Период всходы-цветение, дни Число листьев, шт.
X ±st X ±st X ±st
ВК580 ф) 127 0 54 0 28 0
ВК508 01 131 +4* 54 0 29 +1
ВК850 р 86 -41* 56 +2* 24 -4*
ВК805 01, р 89 -38* 55 +1* 26 -2*
* - различия достоверны, p< 0,05
Таблица 2 — Доля влияния факторов в общем варьировании признаков у аналогов линии ВК580
ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Фактор Высота растения Период всходы-цветение Число листьев
генотип 0,46 0,07 0,11
год 0,43 0,83 0,73
генотип^год 0,03 0,02 0,06
остаточная 0,08 0,08 0,10
С целью верификации существенного негативного эффекта мутации высокопальмитиново-сти на высоту растений, изначально обнаруженного у серии аналогов, был проведён тест на сопряжённое наследование этих двух признаков (рис. 1).
Пальмитиновая кислота, %
Рисунок 1 - Частота распределения значений содержания пальмитиновой кислоты в отдельных семенах родительских линий ВК508 и ВК850, F1, F2 и средних проб семян Fз с самоопылённых корзинок F2 ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг.
Изучение семян F1 от скрещивания аналогов ВК850(р)*ВК508 показало, что низкое содержание пальмитиновой кислоты является неполно доминирующим признаком со степенью доминирования d = -0,4. При этом среднее значение содержания пальмитиновой кислоты у родительских форм было 21 и 3 % соответственно, а у гибридных семян F1 - 9 %.
Отдельные семена F2 показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два дискретных фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-10%) и высокопальмитиновый (17-19 %). Соответствующее эмпирическое расщепление 36:4 согласуется с модельным отношением 15:1 для двух рецессивных несцепленных генов (%215:1 = 0,96, р>0,05). Другая часть семян этой популяции F2 была использована для посева, измерения высоты растений и их самоопыления.
Средние пробы семян F3 с 188 самоопылённых корзинок F2, как и следовало ожидать, показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-17 %) и высокопальмитиновый (18-23 %). Это эмпирическое расщепление 173:15 также достоверно соответствует схеме 15:1 с одинаковым значением %215:1 = 0,96, p>0,05.
Изучение варьирования высоты 188 растений в F2 и содержания пальмитиновой кислоты в семенах F3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВК850*ВК508 (рис. 2). При этом коэффициент корреляции составил г = -0,54, а уравнение линейной регрессии имеет вид у = 157,8 - 2,3x.
Пальмитиновая кислота, %
Рисунок 2 - Регрессия высоты растений F2 по содержанию пальмитиновой кислоты в масле семян F3, полученных при самоопылении. ВНИИМК, г. Краснодар, 2009 г.
Средняя высота 15 гомозиготных высокопальмитиновых растений в F2 равнялась 109 см и была достоверно ниже высоты остальных 173 растений, обладающих высотой 138 см (НСР05= 3 см). Очевидно, что это различие на 29 см по высоте между двумя фенотипическими классами в F2 соответствует различию между родительскими формами ВК850 и ВК508.
Выводы. Существенное отрицательное влияние мутации высокопальмитиновости масла семян на высоту растений было установлено на основе как сравнительного изучения серии аналогов линии ВК580, так и в ходе гибридологического анализа. Генетический контроль мутации высокопальмитиновости в скрещивании ВК850*ВК508 осуществлялся двумя независимо наследуемыми рецессивными генами. Основной вопрос заключается в поиске объяснения негативного
воздействия мутации высокопальмитиновости на высоту растений как сцеплением генов, так и истинной плейотропией мутации.
Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №09-04-96588.
Список литературы
1. Ефименко, С.Г. Создание линии подсолнечника ЛГ30 с повышенным содержанием пальмитиновой кислоты в масле / С.Г. Ефименко, С.К. Ефименко, Я.Н. Демурин // Науч. техн. бюлл. ВНИИМК. - Краснодар. - 2005. - Вып. 1 (132). - С. 14-18.
2. Кириченко, В.В. Теоретические основы селекции подсолнечника и практическое использование эффекта гетерозиса / Кириченко Виктор Васильевич: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук -Днепропетровск, 2002. - 33 с.
3. Солдатов, К.И. Высокоолеиновый сорт подсолнечника Первенец / К.И. Солдатов, Л.К. Воско-бойник, Л.Н. Харченко // Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар. - 1976. - Вып. 3. - С. 3-7.
4. Demurin, Ya. 2003. Up-to-date results on biochemical genetics of sunflower in VNIIMK / Ya. Demurin // Helia. - 2003. - Vol. 26. - № 38. - P. 137-141.
5. Fernandez-Martinez, J. Performance of near-isogenic high and low oleic acid hybrids of sunflower / J. Fernandez-Martinez, J. Munoz, J. Gomez-Arnau // Crop Science. - 1993. - Vol. 33. - № 6. - P. 1158-1168.
6. Ivanov, P. Sunflower breeding for high palmitic acid content in the oil / P. Ivanov, D. Petakov, V. Niko-lova [and others] // Proc. 12th International Sunflower Conference. - Novi Sad, Yugoslavia. - 1988. - P. 463-465.
7. Mancha, M. New sunflower mutants with altered seed fatty acid composition / M. Mancha, J. Osorio, R. Garces, J. Ruso [and others] // Prog. Lipid Res. - 1994. - Vol. 33. - № 1/2. - P. 147-154.
8. Osorio, J. Mutant sunflowers with high concentration of saturated fatty acids in the oil / J. Osorio, J. Fernandez-Martinez, M. Mancha [and others] // Crop Science. - 1995. - Vol. 35. - P. 739-742.
9. Perez-Vich, B. Inheritance of high palmitic acid content in the seed oil of sunflower mutant CAS-5 / B. Perez-Vich, J. Fernandez, R. Garces [and others] // Theor. Appl. Genet. - 1999. - Vol. 98. - P. 496-501.
