CC BY
27
i 1аучпо-технический
бюллетень
BCCpOCCHHCKOI О ilíis ЧИО-ИССЛСДСШаТСЛЬСКО! о
ипсппуга масличных культур
2004, hmii. 2 (131)
Я.Н. Дсмурпп,
доктор биологических наук
О.М. Борисеи ко,
мл. научный coi рудник
С. Г. Ефим ей ко,
кандидат оиоло! ических наук
ПОИСК СУПРЕССОРНЫХ ГЕНОТИПОВ ПО МУТАЦИИ ВМСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА
УДК 633.854.78:575.1 13
Первый шаг в селекционном изменении состава жирных кислот масла семян подсолнечника был сделан во ВНИИ масличных культур (г. Краснодар) при создании
высокоолеинового copra Первенец с использованием метода химического мутагенеза 111. Содержание олеиновом кислоты у обычных сортов варьирует от 30 до 40 %, однако существуют данные об обнаружении признака высокоолеиновости более 80 % у генотипов, не связанных, по мнению авторов, в происхождениии с сортом Первенец. Так известны болгарская |2] и итальянская [3J мутантные линии с массовой долей олеиновой кислоты более 80 %. Тем не менее, именно сорт Первенец является донором признака высокоолеиновости в селекционных программах по улучшению качества масла подсолнечника в разных странах.
Изучение генетического контроля мутации высокоолеиновости показало сложный характер наследования тгого признака и привело к созданию ряда гипотез: одного доминантного гена 01 ¡4, 5]; основного гена 01 и гена-модификатора MI [(>]; трех комплементарных генов 01К OI2 и 013 [7j; доминантного гена О! с неполной пенетрантно-етыо, вызываемой мшстатическим фактором реверсии [8|; пятью генами ОН, ОН, OI3, OÍ4 и OI5 |9|: высокоолеиновым локусом oleIIOS и супрессорным локусом Sup 110]. Все тш гипотезы пытаются объяснить наблюдаемые в некоторых скрещиваниях необычные факты смены доминирования и расщепления в Р, при константности родительских форм, а также нехватку семян с мутаптным фенотипом в F\, Fi и ВС при теоретически мопогеп-ной схеме.
Для повышения эффективности гибридологическою анализа изучаемого селекционно ценного признака представляется необходимым создание генетической коллекции супрессориыч генотипов, отсутствующей в настоящее время. Первым этапом такой работы является широкомасштабный скрининг мировой коллекции подсолнечника на наличие renoiипического фактора реверсии в скрещивании с высокоолеиновым тесте-
Методика. Пыльца отдельных растений 96 образце)в мировой коллекции ВИР и генетической коллекции ВНИММК различного происхождения собиралась в 2001, 2002 и 2003 годах. Скрещивание проводили ежегодно по индивидуальной схеме «корзинка на корзинку». Образцы представляли собой, в основном, генотипы с высокой степенью инбридинга. Материнской формой были высокоолеиновые ЦМС-теетеры линии НА 89 А О/ и ВК876А6>/. Цитоплазматическая мужская стерильность РЕТ1 тестеров полностью исключала самоопыление. В случае использования высокоолеиновых линий ВК5800/ и ЛГ260/ в качестве отцовской формы применяли ручную кастрацию. Состав жирных кислот масла отдельных семян (по 20 семян на корзинку) и средних проб семян гибридов 1л определялся газожидкостной хроматографией метиловых эфиров.
Результаты и обсуждение. Семена гибридов первого поколения при скрещивании 57-ми образцов коллекции с высокоолеиновыми ЦМС-тестерами показали в средних пробах массовую долю олеиновой кислоты от 80 до 90 %, т.е. признак высокоолеииово-
ein полностью доминировал в F, (рисуиок). В 36-ти комбинациях скрещивания среднее содержание олеиновой кислоты варьировало сп 60 до 80 %, т.е. относилось к промежуточному феиотипическому классу при неполном доминировании. Наконец, 3 популяции Р. покачали смену доминирования при снижении содержания олеиновой кислоты до интерна л а 50-00 ° о, что соответствует рецессивному типу наследования.
. О
о44
LL
ш
с
у-
о
ц
о
о m о г
'S
си
С
о ф
.1 га
X: а а)
о О
100
90
80
70
60
50
40
2
3
4
5
6
7
8
Отцовские линии
Рисунок. Содержание олеиновой кислоты в масле семян F¡ при скрещивании образцов
коллекции в качестве отцовской формы с высокоолеиновым ЦМ С-тестером.
Примечание. Цифрами обозначены отцовские линии:
1 К 3, 223, 370, 534, 537, 588, 912, 1091, 1459, 1464, 1483, 1506, 1531, 1594, 1675. 1687, 1970, 2068, 2462, 2479, 2667, 2776, 2997; ВИР № 577084, 577432, 577433; НА 413, 414; L 2595-2-4; АН 70029RÍ; СЛ 2349; ВК 73.
2 К 46, 103. 254,437, 578, 590, 1232, 1691, 1721, 1810, 2 141, 2645, 3079, 3350 RHA 356; СЛ 2213; ЛГ 11-3, 28; КГ 24, 102, 113-2; ВК 61, 98Л, 404; L 207.
3 К 513. 615. 1374, 1692, 2863, 2890; ВИР № 577083; СЛ 2290, 2399-2, 2950; КГ 28, 113; ВК 268;/231.
4 К 79, 225-3; ВИР 369, 72Í-!; RHA 274-1. 298; КГ 21, 1 13-1; ЛГ 27; ВК 636; 83HR4; Чернянка 66-2.
5 К 203^; ВК 66-2-2, 400, 653; ВИР 721-4; М 1046.
6 -К 1587-2; ВИР 721-2; R1ÍA 416; ВА 4.
7 К 82 1; ВИР 721-3.
8 К 235.
Изучение отдельных семян Р ¡ для 8 отобранных образцов как потен пиши, но су-нрессорных генотипов показало варьирование от 31 до 91 % олеиновой кислоты (табл. 1). Следовательно, во всех 8 популяциях наблюдался как нормальный фенотип, содержащий менее 70 % олеиновой кислоты, так и мутантный высокоолеиновый класс. При этом уменьшение среднего значения с 77 до 63 % вызывалось соответствующим увеличением доли семян с нормальным фенотипом в отдельной корзинке с 0,25 до 0,75.
Кроме тою, 2 сунрессорных образца, линии К1587-2 и ВИР721-3, были скрещены и качестве материнской формы с 2 высокоолеиновыми линиями ВК580(9/ и ЛГ260/ ( laón. 2). Средние значения отдельных семян F| для ВК5800/относились к промежуточному и нормальному фепотипическому классу при большой доле нормальных семян 0,50 и 0,70. Крайне неожиданным оказалось полное доминирование Oí мутации при отсутст-
вии нормальных семян Р] в скрещивании >тих сунрессорных образцов с высокоолеиновой линией ЛГ26О!. Все высокоолеиновые линии при самоопылении или размножении в скрещивании с фертильным аналогом показали стабильно высокий уровень*олеиновой кислоты около 88 %.
Таблица!. Содержание олеиновой кислоты в масле отдельных семян Т) при
скрещивании отодранных обращав коллекции с высокоолеиновои ЦМС-линией ВКН 76А О!
1 )тцонская линия Среднее | значение 1 1 \ Лимиты Доля нормальных семян
„ _ . . 1ШП | та\
Л1 28 77 53 91 0,25
8311К4 73 31 89 0.30
Л1 27 73 48 91 0,45
К 1587-2 72 56 90 0.55
ВИР721-3 71 34 90 0,55
К 23 5 65 48 90 0,75
К11А4 16 63 41 91 0.65
К 8 21 63 37 90 0,65
Таким образом, изучение семян К| в скрещивании 96-ти образцов коллекции с высокоолеиновыми тестерами показало, что О! мутация была доминантной в 59 % комбинаций скрещиваний (высокоолеиновый класс, 57/96), неполностью доминантной в 38 % (промежуточный фенотип и чес кий класс, 36/96) и рецессивной в 3 % (нормальный фепотпиический класс, 3/96). Наблюдаемое варьирование содержания олеиновой кислоты в отдельных семенах Р, от мутантного до нормального фенотипов может объясняться как неполной пенетрантностью гена О! в гетсрозиготе при наличии сунрессора |8|, так и потенциальной гетерозитотностыо нормальных образцов по супрессору, неидентифици-руемому в отсутствии О! мутации. Предполагается, что гомозиготное состояние сунрессора может идентифицироваться и контролироваться только на генотипической среде ()!()! гомозиготы, вызывая нормальный фенотип [10].
7 а а 7 и ца 2. С о д ер ж а ние о л ей и о в о и к и ел оты в м а сл е отдел ьнь /л* сел шн V] при
скрещивании сунрессорных образцов коллекции с высокоолеиновыми линиями
С к ре щи ванне
К1587-2 х нк580(9/ ИИР721-3 х Шо80с;/ К1587-2 х Л1 2Ы)! 1Н1Р721 -3 х ЛГ2М)!
Среднее значение Г
71
54 89 86
ИИМИ'ТЬ!
ПИП
47 29 85 70
тах
91 89
92
9|
Доля нормальных семян
0,50 0.70 0 О
С другой стороны, известно, что у высокоолеинового мутанта в период активного биосинтеза запасного жира в созревающих семенах отсутствует активность фермента м и крое ом ал ь ной олеат-дес ату разы, катализирующего превращение олеиновую кис лозу в линолевую [11]. Позже было установлено существенное уменьшение уровня накопления в соответствующих клетках м-РНК этого фермента [12]. Следовательно, с молекулярно-генетической точки зрения, мутация высокоолеииовости вызывается нарушением регуляции транскрипции зкспрессирующегося только в клетках зародыша семени ФАД2 гена
Сунрессорные генотипы могут вызывать реверсию данною нарушения, приводя к появлению семян промежуточного или даже нормального фенотип и чес кого класса в IV
о -> Л Л
Возможно, что высокоолеиновая линия ЯГ2601 обладает резистентностью к действию супреесора.
благодарности. Данная работа поддержана грантом № 03-04-96759 конкурса РФФИ р2()03юг а.
Литература
1. Со.чОапкш. К.II. Высокоолеиновый сорт подсолнечника Первенец / К.И. Солдатов, JI.K. Воекобойник, JI.I1. Харченко // Бюлл. НТИ но масличным культурам - Краснодар.--1976. Вып. 3. С. 3-7.
2. Ivanov, Г. 1992 Biochemical characteristics of several sunflower mutants / P. Ivanov, 1 ivanov // In: 30th Anniversary of Institute "Dohroudja", Sofia, Bulgaria: 98-102 (in Bulg.).
3. Andrich С 1992 The oleic/ linoleic ratio in achenes coming from sunflower lines treated with hard X-rays / G. Andrich, S. Balzini, A. Zinnai. R. Fiorentini, S. Baroncelli, C. Pugliesi // In: Proe. 13th Int. Sunilovver Conf., Pisa, Italy. 2: 1544-1549.
•1. l-'ick. O.N. 1984 Inheritance of hiuh oleic acid in the seed oil of sunflower! G.N. Pick i! in: Proc. Suntlower Res. Workshop, National Sunilower Association, Bismarck, ND: 9.
5. Uric. A.L. 1985 Inheritance of high oleic acid in sunilovver/' A.L. Urie /./ Crop Sci., Vol. 25, No. 6: 986-989.
6. Miller, ,/./'. 1987 Genetic control ofhiaji oleic acid content in sunflower oil / J.F. Miller, DC. Zimmerman, B.A. Vick /7 Crop Sci., Vol. 27, No. 5: 923-926.
7. Fernandez-Martinez,, ,/. 1989 Genetic analysis of the high oleic acid content in cultivated sunilower ' J. Fernandez-Martinez, A. Jimenez, J. Dominguez, J.M. Garcia, R. Garces, M. Mancha // Luphvtica, 4 !: 39-5 1.
8. Denuirm, Ya. 1996 Unstable expression of 01 gene for high oleic acid content in sunilower seeds / Ya. Demurin, D. Skoric // In: Proc. 14th Int. Sunflower Conf., Bei-jinc/Shenvanu, China. 12-20 June 1996: 145-150.
Л v. ~ v.,
9. i'elasco, L. 2000 Inheritance of oleic acid content under controlled environment / L. Ve-lasco. B. Perez-Vich, J.M. Fernandez-Martinez/7 In: Proc. 15th Int. Sunflower Conf., 12-15 June 2000,Toulouse, France: A31-A36.
10. Lacomhe, S, 2001 An oleat desaturase and a suppressor loci direct high oleic acid content of sunilovver (Heiianihus annum L.) oil in the Pervenets mutant / S. Lacombe, F. Kaan, S. Le-ger, A. Berville // Life Sciences (Paris), 324: 1-7.
1 I. (iarcc.s, R. 1991 In vitro oleate desaturase in developing sunilower seeds / R. Garces, M. Mancha 7 Phvtochemistrv. Vol. 30, No.7: 2127-2 130.
12. Lacomhe, S. 2000 Analysis of desaturase transcript accumulation in normal and in high oleic oil sunilovver development seeds / S. Lacombe, A. Berville // In: Proc. 15th Int. Sunflower Conf, 12-15 June 2000,Toulouse, France: A1-A6.
13. Martinez-Rivas, J. M. 2001 Spatial and temporal regulation of three different microsomal oleat desaturase genes (FAD2) from normal-type and high oleic varieties of sunflower (llelianfhm annum L.) / J.M. Martinez-Rivas, P. Sperling, W. Luhs, E. Heinz /7 Molecular Breeding 8: 159-168.
3 4
