CC BY
528Полиплоидная рекомбинация генома как фактор формообразования у высших растений
Зеленцов С.В. (zelentsov@aport.ru)
Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта
Селекция растений на современном этапе достигла значительных успехов. Существенно возросла продуктивность многих сельскохозяйственных культур, улучшены их качественные параметры. Однако, дальнейшее развитие селекции растений сопряжено со значительными трудностями.
По многим культурам наблюдается заметное снижение темпов селекции. Все труднее и труднее дается селекционерам каждый центнер урожая. Причин этому множество. Но одна из основных - почти полное исчерпание доступного генофонда хозяйственно-полезных признаков. Поэтому все чаще возникает желание создавать и использовать в селекции признаки, редкие для генофонда данного вида или полностью в нем отсутствующие.
В ХХ веке неоднократно осуществлялись попытки расширения полиморфизма хозяйственно-полезных признаков за счет мутагенеза, полиплоидии и отдалённой гибридизации. В последние десятилетия для решения этой проблемы стали применять биотехнологические методы.
С другой стороны окружающий нас мир заполнен огромным видовым разнообразием растений. Широчайший полиморфизм признаков в пределах большинства растительных видов и родов свидетельствует о существовании естественных механизмов образования, как новых признаков, так и новых таксономических единиц. Причём, при их формировании природа явно обошлась без современных биоинженерных технологий
Основные факторы формообразования, по современным представлениям можно условно разделить на генные и хромосомные мутации, полиплоидию и гибридизацию, в первую очередь отдаленную.
Мутационная теория эволюции может объяснить разнообразие признаков в пределах вида, реже рода (окраска цветков, форма листьев, карликовость, безостость и т.п.) (Sharma, 1994). В усредненных естественных условиях мутации образуются в среднем с частотой 10- (1 миллионная) на локус. Причем, как правило, вновь образованные признаки рецессивны и в более чем 99% всех мутаций оказывают отрицательное влияние на генотип (Шмальгаузен, 1946; Russell, 1986).
Однако, на наш взгляд, мутационная теория не дает убедительного ответа на причины широкой дивергенции видов, т. к. для этого необходимы существенные мутационные изменения во многих локусах или крупные хромосомные мутации. Такие изменения, как правило, ведут к полной или частичной стерильности и снижению жизнеспособности.
Полиплоидия - это форма квантовой эволюции, т.к. только 1-2 поколения необходимы для перехода на другой уровень плоидности. Полиплоиды
немедленно образуют барьер скрещивания с диплоидными предками из-за различий в количестве хромосом (Жуковский, 1972; Sharma, 1994) и в дальнейшем эволюционируют независимо друг от друга.
Наиболее вероятный механизм естественной полиплоидизации - это нередуцированные гаметы, как следствие внешнего воздействия - термошока (жара, мороз) или повреждения тканей (прививки, декапитация) (Бреславец, 1963; Кобылянский, 1970; Sharma, 1994). Статистика частот образования естественных полиплоидов не систематизирована и носит фрагментарный характер. Известно, например, что у красной малины частота спонтанных полиплоидов составляет в среднем 1:10 (Кичина, Огольцова, 1973).
У автополиплоидов развиваются нарушения в распределении хромосом в мейозе из-за образования мультивалентов. В связи с этим полиплоиды часто имеют пониженную фертильность (Russell, 1986). Со временем, у полиплоидных растений вырабатываются механизмы оптимизации мейоза, контролирующие образование бивалентов в профазе I мейоза I. Иллюстрацией этого положения может служить соя, имеющая 40 хромосом и считающаяся стабильным диплоидизованным тетраплоидом (Hymowitz, Singh, 1987).
Рядом ученых считается, что появление с определенной частотой автополиплоидов среди диплоидных растений не заслуживает внимания с таксономической точки зрения. Такие полиплоиды не являются новым видом и могут быть признаны только на сортовом уровне (Baker, 1970).
По мнению других авторов, полиплоидия считается единственным воспроизводимым примером видообразовательных событий, а все остальные примеры описания видообразовательных процессов основаны на косвенных доказательствах и логических умозаключениях (Стегний, 1991).
Межвидовая и межродовая гибридизация - третий основной фактор формообразования и эволюции высших растений. Его можно разделить на две составные части: отдаленная гибридизация без удвоения хромосом и с их удвоением.
Первый тип возможен только между близкими видами, которые легко скрещиваются и образуют биваленты в мейозе. Межвидовые гибриды этого типа имеют, как правило, промежуточный характер и обычно получаются между культурными растениями и их дикорастущими предками. Примером могут служить фертильные гибриды между культурной (Glycine max) и дикорастущей уссурийской (G. soja) соей.
Второй тип - отдаленная гибридизация с последующим удвоением хромосом в F1 или аллополиплоидия (амфидиплоидия). Большинство культурных растений - аллополиплоиды (Baker, 1970; Zohary, 1970). По выражению Бейкера (1970) аллополиплоидия настолько хорошо известна, что не нуждается в комментариях.
Действительно, аллополиплоиды содержат хорошо идентифицируемые геномы составляющих диплоидных видов. Эти виды часто обнаруживаются в природе. Однако, количество случаев ресинтеза аллополиплоидных видов, подтверждающих широкую распространенность этого пути, достаточно ог-
раничено. В первую очередь это аллополиплоидные виды родов Triticum, Brassica, Prunus и некоторые другие.
В целом, говоря об источниках формообразования у высших растений можно заключить следующее:
1. Механизмы формообразования и увеличения полиморфизма в пределах известных в настоящее время теорий формообразования и эволюции не полностью объясняют существующее разнообразие растений. Более того, по мнению Л.З. Кайданова (1996) генетические основы видообразования до сих пор остаются важнейшей нерешённой проблемой в теории эволюции.
2. Очевидно, существует еще один или несколько естественных путей формообразования на различных таксономических уровнях на основе возможно уже известных, но не учтённых механизмов генетической дивергенции.
3. Причины и механизмы расширения естественного полиморфизма растений следует искать в центрах их естественного формообразования.
В своих работах Н.И. Вавилов (1929, 1930) отмечал, что центры происхождения культурных растений в основном расположены в горных или холмистых районах, часто с аридным климатом. Горы обеспечивают частичную изоляцию, а также широкую амплитуду климатов и почв. Это позволило ряду ученых, в частности Зохари (Zohary, 1970), заключить, что горы создают идеальную ситуацию для быстрой дивергенции, когда маленькая популяция частично изолирована от другой и каждая из них занимает свою экологическую нишу.
С одной стороны, это положение согласуется с мутационной теорией видообразования, при которой изоляция части популяции одного вида вызывает накопление в ней со временем положительных мутаций, обеспечивающих наибольшую приспособленность к определенной экологической нише. С другой стороны такой подход никоим образом не объясняет образование ал-лополиплоидов.
В определенных Н.И. Вавиловым центрах видообразования культурных растений обнаружены полиплоидные ряды целого ряда родов растений, включающих культурные виды: пшеница с 2n = 14, 28, 42; подсолнечник - 2n =34, 68, 102; сафлор - 2n = 20, 22, 24, 44, 64; мята перечная с 2n = 36, 48, 64, 72, 84, 108, 122, 128, 144; ананас настоящий с 2n = 50, 75, 100; картофель с 2n = 36, 48, 72; ирис с 2n = 24, 36, 48, 60 и т.д. (Паушева, 1980). Причем, было установлено, что полиплоиды, как правило, тяготеют к горным областям (Tischler, 1935; Шмальгаузен, 1946; Соколовская, Стрелкова, 1962).
К сожалению, изучение причин естественной полиплоидизации в центрах происхождения растений дальнейшего развития не получило. Основные усилия были направлены на изучение и искусственное получение полиплоидов и их стабилизацию с целью последующего использования в исследовательских или хозяйственных целях.
Цитогенетика полиплоидов изучена достаточно полно. Известно, что в профазе I мейоза I у них, как правило, образуются мультивалетные комплексы хромосом в отличие от бивалентных комплексов у диплоидов. При этом
нарушается последующий кроссинговер между гомологичными хромосомами и последующие распределения хромосом по дочерним клеткам (Darlington, 1931; Sharma, 1994). Нарушения конъюгаций хромосом в мейозе могут явиться причиной их структурных изменений - дупликаций, делеций, транслокаций или инверсий отдельных участков хромосом. Такие рекомбинации нередко ведут к появлению новых признаков (Навашин, 1957; Russell, 1986).
Теоретически можно предположить, что у «ранних» полиплоидов в мейозе одна из гомологичных пар хромосом претерпевает рекомбина-ционные изменения и перестает структурно быть полным гомологом к другой паре хромосом. В этом случае вместо тетравалента в мейозе наиболее вероятно формирование двух пар бивалентов, что обеспечивает нормальное расхождение гомологичных хромосом в анафазе I. Распространение такого рода рекомбиногенеза на весь полиплоидный геном повысит вероятность формирования фертильных гамет.
Качественные изменения между бывшими гомологичными хромосомами могут быть визуально неразличимы, как в случае с видами рода Glycine Willd.. Если рекомбинации хромосом более существенны и это удается зафиксировать визуально (изменение массы хромосомного вещества, линейных размеров хромосом и т.п.) сформируются количественно и качественно отличающиеся друг от друга диплоидные геномы в составе полиплоидной формы. При этом автополиплоид превратится в аллополиплоид! Теоретическая возможность данного явления уже предполагалась рядом отечественных авторов (Навашин, Чуксанова, 1970; Жуковский, 1972; Чуксанова, 1974; Фадеева, Ир-каева, 1974)
Можно предположить, что в «раннем» полиплоиде имеют место случайным образом и в разных местах происходящие нарушения кроссинговера с последующими рекомбинациями хромосом. Тогда можно ожидать, что после ряда поколений полиплоидной формы сформируется целая серия потомков с оригинальными качественными различиями между бывшими гомологичными парами хромосом. Следствием этого будет серия отличающихся друг от друга аллоплоидизированных диплоидов (амфидиплоидов).
В результате многочисленных исследований было установлено, что автополиплоиды, как правило, не стабильны. В последующих поколениях из них часто выщепляются растения с более низким уровнем плоидности - ане-уплоиды и возвратные диплоиды (напр, Жуковский, 1972). Одни исследователи объясняют это явление химерностью полиплоидных растений и наличием как полиплоидных, так и диплоидных побегов и плодов в пределах растения (Одинцова, 1970; Kumar, Yadav, 1990). Другие (Жуковский, 1972; Sharma, 1994) считают, что причиной этого может быть нерегулярное распределение хромосом из-за образования нарушений в мейозе и последующей редукцией плоидности.
Только в единичных случаях возврат полиплоидов к диплоидной форме привлекал внимание исследователей. В 1963 г. Л.П. Бреславец (Бреславец, 1963) на основе анализа работ Нильсона (1922) с Oenothera gigas сделал вывод
о том, что тетраплоиды могут не только давать самостоятельные расы, но и служить источником новой изменчивости путем реверсии к диплоидной форме. П.М. Жуковский (1972) также обращал внимание на актуальность изучения диплоидов, формирующихся в потомстве искусственно полученных полиплоидов. Однако, господствующее длительное время представление о широко распространенной миксоплоидности (химерности) ранних полиплоидов привело к восприятию возвратных диплоидов как к досадной помехе при получении стабильных и фертильных полиплоидов. Мнения Л.П. Бреславца и П.М. Жуковского практически не были услышаны.
После ряда поколений автополиплоиды стабилизируются, что выражается в повышении фертильности и свидетельствует о снижении или даже полном исчезновении нарушений в мейозе полиплоидов.
Суммируя вышеизложенные сведения, предположения и допущения постулируем следующие положения:
1. В природе с определенной частотой постоянно осуществляется спонтанная полиплоидизация высших растений
2. Полиплоидизация приводит к образованию поливалентов в мейозе. С этим связаны различные нарушения конъюгации и кроссинговера гомологичных хромосом, вызывающие их структурные изменения.
3. Нерегулярное распределение дочерних хромосом в мейозе у «ранних» автополиплоидов приводит к редукции плоидности гамет и образованию анеуплоидов и возвратных диплоидов.
Для обозначения форм с возвратной кратно пониженной плоидностью введём дополнительный термин - «реплоид»
На основе предложенных постулатов сформулируем основные положения рабочей гипотезы:
1. У «ранних» автополиплоидов при мультивалентной конъюгации и кроссинговере могут происходить асимметричные обмены гомологичными участками хромосом.
2. Структурные изменения хромосом могут приводить к количественным и качественным изменениям существующих или к образованию новых признаков.
3. Реплоидные формы образуются на основе составляющих полиплоидный геном, диплоидных геномов, включая рекомбинированные наборы хромосом. При этом, образовавшиеся реплоиды могут быть гомологичными исходной диплоидной форме или отличаться от нее, сохраняя возникшие на полиплоидном уровне новые признаки или приобретая их при мультивалент-ной конъюгации и неравном кроссинговере, предшествующим редукции плоидности.
4. «Ранние» автополиплоиды проходят этап стабилизации, который осуществляется за счет образования качественных и количественных изменений (рекомбинаций) одного или всех составляющих диплоидных наборов хромосом с образованием «диплоидизированных» или «аллоплоиди-зированных» автополиплоидов, имеющих повышенную или полностью восстановленную фертильность.
Работы по практической проверке гипотезы полиплоидной рекомбинации генома на примере сои Glycine max (L.) Merr. были начаты во ВНИИ масличных культур с 1998 г. Раствором колхицина в концентрации 0,01; 0,05 и 0,1% в полевых условиях были обработаны апикальные меристемы растений сои сортов Фора, Вилана и линии Л-16 в фазе 1-го тройчатого листа.
В следующем, 1999 г. во ВНИИМК в потомстве колхицинированных растений были выделены и отобраны формы, морфологически и фенотипиче-ски отличающиеся от исходных диплоидных растений.
В этом же, 1999 г. на базе института улучшения семян и растений (SPII, г. Карадж, Иран) совместно с сотрудниками ВНИИР им. Н.И. Вавилова были изучены методические аспекты искусственной полиплоидизации сои. На сортах Williams и TNS-9S была оценена сравнительная эффективность различных концентраций колхицина и различных способов обработки растений. В лаборатории по стандартной и специально адаптированной для сои методике окрашивания хромосом подсчитывали их количество у всех семян, собранных с обработанных колхицином растений. Все проростки сои, хромосомный набор которых был определен как тетраплоидный или миксоплоид-ный, высаживали в теплице для получения следующего поколения семян, а также для изучения и описания морфологических особенностей тетраплоид-ных форм сои. Семена С2 сорта сои Williams в дальнейшем были ввезены в Россию для дальнейшего изучения.
На основе сравнительного морфологического анализа диплоидов и полиплоидов сои между ними был установлен целый ряд отличий по формуле цветка (количество лепестков и тычинок); степени фертильности; форме и размерам цветка и боба; форме и размерам листовой пластинки; длине черешка; наличию секторальной хлорофилльной недостаточности; курчавости листьев. Выявленные морфологические различия позволяют с высокой достоверностью выделять полиплоидные растения сои без прямого подсчёта хромосом (Зеленцов, Пендинен, 2000).
В 2000 г. на ЦЭБ ВНИИМК среди полиплоидов сои С2 практически всех сортов обнаружен очень редкий для сои признак - четырех- и пятилис-точковость (рис. 1).
Также были зафиксированы растения с морфологическими различиями по высоте стеблей и форме верхушки листовой пластинки. У части полиплоидов заметно повысилась фертильность по сравнению с предыдущим поколением.
Семена растений с пятилисточковыми листьями, были высеяны в осенне-зимний период в камере искусственного климата. Все растения С3, развившиеся из таких семян, сохранили пятилисточковость, что позволяет сделать вывод о наследственной детерминации этого признака.
*
2п
Рис. 1 Полиплоидная рекомбинация по признаку количества листовых пластинок (сорт сои Вилана)
4nR - рекомбинированные полиплоиды
В этом же поколении было обнаружено, что все растения С3 одного из тетраплоидов С2 сорта Фора отличались практически полностью восстановленной фертильностью и приобрели морфологические признаки, свойственные исходной диплоидной форме.
В 2001 г. в изучении находились как растения С3, так и С4, которые были выращены в камере искусственного климата предыдущей зимой. Все полиплоиды с признаком пятилисточковости в следующем поколении сохранили этот признак. Выделились дополнительные растения с таким признаком.
Как уже выше было отмечено, одним из возможных механизмов полиплоидной рекомбинации может быть асимметричный кроссинговер, являющийся причиной дупликаций и делеций, как по отдельным локусам, так и по группам локусов. Если допустить, что пятилисточковость является следствием дупликации локуса, контролирующего число листовых пластинок, то можно ожидать появления форм растений с редукцией числа листовых пластинок, которые могут определяться делецией или дефишенси по этому же локусу.
Действительно, в 2001 г. среди полиплоидных форм С3 сортов Вилана и Фора было обнаружено несколько растений с упрощенными листьями, состоящими из одной-двух листовых пластинок, ранее в роде Glycine Willd. практически не известными (см. рис. 1).
У всех видов сои, также как и у других родов трибы Phaseoleae (Фасолевые) первый надсемядольный узел стебля имеет два простых, т.н. примор-диальных листа, которые закладываются в еще семенах. Такие первичные листья на основе биогенетического закона Мюллера-Геккеля рассматриваются как остаточные древние формы листьев (Васильченко, 1961). Обнаруженная нами у реплоидов сои редукция сложного листа и представляет собой случай восстановления ранее утерянного признака.
До этого, противоречащий закону (принципу) Луи Долло возврат на предыдущую ступень филогенеза в сем. Fabaceae (в нашем случае это упрощение сложного листа) был известен только у однолисточковой формы белой акации Robinia pseudoacacia L. v. monophylla Kirchn. (Кобранов, 1929). Однако, согласно дополнению, сформулированному в 1915 г. П.П. Сушкиным, и известному как поправка Сушкина к закону Долло (Чупов, 1995), организм может образовать ранее утерянные в процессе филогенеза признаки, если эти признаки ещё сохранились на ранних этапах онтогенеза (неотения), как, например, образование примордиальных листьев у сои.
Из литературных источников, подтвержденных нашими собственными экспериментами известно, что гибридизация между тетраплоидами с дипло-идами сои не осуществляется. Поэтому появление диплоидов как следствие спонтанного переноса пыльцы от диплоидных растений исключено. Ручная уборка всех семян на полиплоидных растениях также исключает биологическое засорение. Таким образом, обнаруженные во внутрисортовых популяциях тетраплоидов диплоидные растения были отнесены нами к возвратно-диплоидным формам или реплоидам.
Все выделенные реплоиды по морфологическим признакам явно различались на две примерно эквивалентные части. Первую группу составили формы, морфологически практически не отличающиеся от исходных сортов. Так, например, в реплоидном потомстве сорта Фора такие растения составляли около 57%. Другая часть реплоидов относилась к рекомбинированным формам и имела заметные отличия от исходных диплоидных сортов по целому ряду количественных и качественных признаков.
Среди реплоидных образцов выявлены случаи изменения экспрессии признака окраски створок бобов, отличающегося от исходных сортов, варьированием окраски от светло-бежевого цвета до коричневого и тёмно-коричневого (рис. 2).
Аналогичные рекомбинантные изменения экспрессии признака вызвали полиморфизм по окраске опушения стебля и венчика цветков, а также окраске оболочки, пигментации и рубчика семени, варьирующей от жёлтой и зеленой до чёрной (рис. 3).
2 Икр
Рис. 2 Полиплоидная рекомбинация по признаку окраски створок бобов
(сорт сои Фора)
2п^ - реплоиды
Рис. 3 Полиплоидная рекомбинация по признакам окраски рубчика и семенной оболочки (сорт сои Вилана) 2п^ - реплоиды
Все морфологически отличные то исходных диплоидных форм реплои-ды образовывали ветви 2-го и 3-го порядка. Этот признак довольно типичен для всех дикорастущих видов сои, в том числе и для полукультурной формы G. max var. gracilis (G. gracilis). Однако среди эволюционно более продвинутых культурных форм сои G. max этот признак редок и отсутствовал у исходных диплоидных сортов. В связи с этим образование ветвей на растениях сои выше, чем 1-го порядка можно считать возвратом на филогенетически предшествующую стадию (ещё один случай нарушения принципа Долло).
Во всех вышеизложенных случаях отмечаются принципиальные изменения экспрессии признаков, связанные с качественными изменениями в строении сложного листа, синтезе пигмента или характере ветвления. В ряде случаев формируются признаки, свойственные дикорастущим предкам, отсутствовавшие у исходного сорта, в т.ч. и на ранних стадиях онтогенеза. С одной стороны эти явления свидетельствуют о ресинтезе утерянных в филогенезе сорта признаков, таких как упрощённый лист, тёмная окраска бобов, фиолетовая окраска венчика, чёрная пигментация и т.д., с другой - появление таких признаков противоречит принципу Долло, а в некоторых случаях даже с учётом поправки Сушкина.
Аналогичные факты обнаруживались и раньше. В частности, Тимофеев-Ресовский допускал прямой возврат отдельных признаков, ограничивая действие закона Долло невозможностью воссоздания целых генотипов. Другие предполагали наличие некоторого неспецифического общего фактора, расходование которого на эволюционное развитие одних признаков, компенсируется переходом других признаков в более примитивное состояние (Чу-пов, 1995). Однако, во всех этих случаях внутренние причины ресинтеза утерянных признаков практически не были раскрыты.
Согласно нашей гипотезе, эти явления могут быть связаны с дупликациями или делециями локусов, кодирующими соответствующие белки, при полиплоидной рекомбинации геномов или при редукции гамет, т.е., другими словами, определяются дозой гена.
На основе полученных нами результатов полиплоидной рекомбинации генома сои, а также теоретических предположений и допущений можно сформулировать ещё одну поправку к закону Долло: «Возврат или ресинтез признака, исчезнувшего в процессе филогенеза возможен, если его экспрессия определяется дозой гена»
У части реплоидных форм изменялись также вегетационный период, габитус куста, форма и размер листовой пластинки, размеры бобов, размеры и масса семян.
Высота рекомбинантных реплоидных растений в отдельных случаях превышала исходные сорта в 1,5-3 раза. Так, например высота реплоидов сорта Вилана варьировала от 77 до 147 см при высоте исходной диплоидной формы 85 см; а у реплоидов Форы - от 69 до 150 см, при высоте исходного сорта 54 см.
В целом, каждое рекомбинированное реплоидное растение отличалось индивидуальным набором отличий от исходных сортов.
У части выделенных реплоидов обнаружены рекомбинации и по биохимическим, полимерно наследуемым признакам (табл.).
Так, отличия по содержанию белка в семенах реплоидов от уровня исходных сортов достигали 2,75 абсолютных % у сорта Вилана и на 5,86 абсолютных % - у сорта Фора. У реплоидов сорта Фора также отмечен полиморфизм по содержанию масла в семенах, варьирующий от 14,79 до 19,86%. Полиплоидной рекомбинации подвергся и показатель трипсинингибирующей активности белка (ТИА), в отдельных случаях увеличиваясь на 3,69 мг/г у реплоидов сорта Вилана, а у реплоидов низкоингибиторного сорта Фора -варьируя от 11,77 до 22,88 мг/г при исходном уровне 13,02 мг/г.
Таблица
Диапазон варьирования некоторых биохимических признаков
у реплоидов сои
2001 г.
Показатель Исходный сорт Количество выделенных реплоидов, п Значение показателя у исходного сорта Диапазон варьирования значения у реп-лоидов
минимум максимум
Белок, % Фора 22 46,20±0,7 6 40,34 47,18 *
Масло, % «» «» 15,38±0,3 0 14,60 21,3 6
ТИА, мг/г «» «» 13,02±0,2 3 11,77 22,8 8
Олеиновая кислота С 18:1, % «» «» 22,75±2,1 2 18,02 46,5 0
Линолевая кислота С18:2, % «» «» 52,23±4,1 7 38,26 63,6 5
Линоленовая кислота С18:3, % «» «» 8,51±0,98 3,94 10,1 4
Белок, % Вилана 4 42,02±0,6 8 39,27 42,3 3
Масло, % «» «» 20,07±0,5 4 19,30 20,6 0
ТИА, мг/г «» «» 20,72±0,2 4 20,97 24,4 1
Олеиновая кислота С 18:1, % «» «» 25,00±3,0 0 20,07 22,8 5
Линолевая кислота С18:2, % «» «» 54,27±2,8 8 54,19 59,0 5
Линоленовая кислота С18:3, % «» «» 7,61±1,10 8,66 10,4 6
* Красным цветом выделены значения признаков, представляющие практический интерес для селекции
Анализ жирно-кислотного состава масла у реплоидов сои также показал наличие генетических рекомбинаций уровня биохимического синтеза отдельных жирных кислот. У реплоидов сорта Вилана отмечено снижение на 45 абсолютных % содержания олеиновой кислоты с одновременным увеличением на 5 абс. % содержания линолевой и на 2-3 абс. % линоленовой кислот. Жирно-кислотный состав масла у реплоидов сорта Фора отличался более широким полиморфизмом и по содержанию олеиновой кислоты варьируя от 18,02 до 46,50% при исходном уровне 22,75%; по содержанию линолевой кислоты - от 38,26 до 63,65% при исходном содержании 55,77% и по содержанию линоленовой кислоты - от 3,94 до 8,79% при исходном содержании 8,51%.
Жирно-кислотный состав соевого масла реплоидных образцов с пониженным до 20% и менее содержанием олеиновой кислоты и повышенным, до 60% и выше содержанием линолевой кислоты близок к составу жирных кислот в масле дикорастущих предков сои (очередное нарушение принципа Долло).
Обнаружены реплоидные образцы, жирно-кислотный состав масла которых практически не неизвестен в естественном генофонде сои.
Так, например, выделены высокоолеиновые реплоиды с содержанием олеиновой кислоты 40,37-41,44%, практически удвоенным по сравнению с исходным сортом Фора, и с пониженным до 43,07-40,75% соответственно содержанием линолевой кислоты, которые являются жирно-кислотными аналогами кунжутного масла.
Высокоолеиновая реплоидная форма с содержанием олеиновой кислоты 46,5% и линолевой кислоты - 38,26%, по жирно-кислотному составу аналогична арахисовому маслу.
В целом, экспериментальная проверка справедливости основных положений теории полиплоидной рекомбинации генома на примере сои Glycine max (L.) Merr. привела к образованию целого ряда изменённых или новых, в т.ч. утерянных в процессе эволюции культуры признаков. В стабильных не-расщепляющихся генотипических средах искусственно был создан генетически детерминированный полиморфизм по числу листовых пластинок у сложного листа, по окраске венчика цветков, створок бобов, оболочки и рубчика семян, опушению стебля, а также по таким морфологическим признакам, как высота растений и характер ветвления. Очень широкий полиморфизм был сформирован по биохимическим признакам: содержанию белка, масла, ТИА, олеиновой, линолевой и линоленовой жирным кислотам, в некоторых случаях выходя за пределы изменчивости естественного генофонда культурной сои.
Таким образом, появление в потомстве полиплоидов диплоидных форм с комплексом признаков, отличающимся от исходных диплоидных сортов,
подтверждает основные положения теории полиплоидной рекомбинации об образовании возвратно-диплоидных рекомбинантных форм.
Литература
1. Бреславец Л.П. Полиплоидия в природе и опыте // М.: АН СССР. -1963. - 364 с.
2. Вавилов Н.И. Проблема происхождения культурных растений в современном понимании / В сб.: Достижения и перспективы в области прикладной ботаники, генетики и селекции / Л. - 1929. - С. 11-22.
3. Вавилов Н.И. Проблема происхождения культурных растений в современном понимании / Труды Всесоюзного съезда по генетике, селекции, семеноводству и племенному животноводству. Том II. Генетика / Л. - 1930. -С. 5-18.
4. Васильченко И.Т. О соотношении онтогенеза и филогенеза у высших растений. // Ботанический журнал. - том. 46. - 1961. - № 12. - С. 17351739.
5. Жуковский П.М. Эволюционные аспекты полиплоидии растений / В кн.: Полиплоидия и селекция / Под ред. Н.В. Турбина и др./ Минск.: Наука и техника. - 1972. - С.9-18.
6. Зеленцов С.В., Пендинен Г.И. Получение полиплоидов сои / В. сб.: Повышение продуктивности сои. /ВНИИМК. - Краснодар. - 2000. - С. 27-32.
7. Кичина В.В., Огольцова Т.П. Спонтанные полиплоиды у красной малины ЯиЬш idaeus Ь. // Генетика. - том IX. - 1973. - № 6. - С. 165-167.
8. Кобранов Н.П. К вопросу о происхождении разновидности белой акации V. monophylla Кк^п. // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - Л.: 1929. - том ХХ. - С. 435-458.
9. Кобылянский В.Д. Тетраплоидная рожь - исходный материал для селекции//Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1970. - том 41. - вып. 2. - С. 205-212.
10. Навашин М.С. Хромосомы и видообразование // Бот. журнал. - том 42. - 1957. - № 11. - С. 1615-1634.
11. Навашин М.С., Чуксанова Н.А. Число хромосом и эволюция // Генетика. - 1970. - том VI. - № 4. - С. 71-83.
12. Одинцова И.Г. Методика получения и выделения полиплоидов у видов клевера // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1970. - том 43. - вып. 2. -С. 176-187.
13. Паушева З.П. Практикум по физиологии растений // М.: Колос. -1970. - 304 с.
14. Соколовская А.П., Стрелкова О.С. О закономерностях географического распространения полиплоидных видов растений / В сб.: Полиплоидия у растений / Тр. совещ. по полиплоидии растений 25-28 июня 1958 г. / М.: АН СССР. - 1962. С. 83-89.
15. Стегний В.Н. Системная реорганизация генома при видообразовании. / В сб.: «Проблемы генетики и теории эволюции» под ред. В.К. Шумного и А.О. Рувинского / Новосибирск. - Наука. - 1991. - С. 242-252.
16. Фадеева Т.С., Иркаева Н.М. Генетические механизмы, определяющие особенности полиплоидов и эволюционное значение полиплоидов / В сб.: Теоретические и практические проблемы полиплоидии / М.: Наука. -1974. - С. 104-114.
17. Чуксанова Н.А. Полиплоидия и видообразование у растений / В сб.: Теоретические и практические проблемы полиплоидии / М.: Наука. - 1974. -С. 64-80.
18. Чупов В.С. Компенсирующий возврат признаков в примитивное состояние // Ботанический журнал. - том 80. - 1995. - № 4. С. 1-7.
19. Шмальгаузен И.И. Факторы эволюции (теория стабилизирующего отбора) / М.-Л.: 1946. - 296 с.
20. Baker H.G. Taxonomy and the biological species concept in cultivated plants / In: Genetic resources in plants / ed. by O.H. Frankel and E. Benett. -Oxford. - GB. - 1970. - P. 49-68.
21. Darlington C.D. Meiosis in diploid and tetraploid Primula sinensis //J. Genetics. - 1931. - vol. 24. P. 65.
22. Hymowitz T., Singh R.J. Taxonomy and speciation / In: Soybeans: improvement, production and uses /ed. by J.R. Wilcox. - Madison. - Wisconsin. -USA. - 1987. - P. 23-48.
23.Kumar H., Yadav B. Stability and maintenance of induced autotetra-ploids of safflower (Carthamus tinctorius L.) / Sesame and safflower newsletters. -India. - 1990. - # 5. - P. 75-78.
24. Russell P.J. Genetics // Boston-Toronto. - Little, Brown & Co. - 1986. -P. 19-20.
25. Sharma S.R. Principles and practice of plant breeding // New Delhi. -India. - 1994. - 599 p.
26. Tischler G. Die bedeutung der polyploidie fur verbreitung der angiospermen // Engler's Botan. Jahrb. - 1935. - 1. - 67.
27. Zohary D. Centers of diversity and centers of origin / In: Genetic resources in plants / ed. by O.H. Frankel and E. Benett. - Oxford. - GB. - 1970. -P. 33-42.
