Цитогенетический анализ анеуплоидных беккроссных гибридов F1ВС1, полученных от скрещиваний моносомных и монотелодисомных линий хлопчатника (G.hirsutum L. × G.barbadense L.) × G.hirsutum L Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

(Malvaceae) // Rheeda - Washington, 1992.-№2.-P. 108-165.

20. Endrizzi J.E., Turcotte E.L., Kohel R.J. Qualitative genetics, cytology and cytogenetic.// Crop Science Society of

America and Soil Science Society of America. 1994. - P. 82-129.

21. Wendel, J.F., Cronn R.C. Polyploidy and the evolutionary history of cotton. // Ad.Agron., 2003,- №.- P. 139-186.

УДК: 633.511.576.312.3 Цитогенетический анализ анеуплоидных беккроссных гибридов FiBCi, полученных от скрещиваний моносомных и монотелодисомных линий хлопчатника (G.hirsutum L. х G.barbadense L.) х G.hirsutum L.

М.Ф.Санамьян1, Ш.У. Бобохужаев1, О.Г. Силкова2 Национальный университет Узбекистана им. М. Улугбека, г. Ташкент, Узбекистан 2Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация

Соответствующий автор email: sariam_marina@rambler.ru Адреса электронной почты соавторов: bobohujayev@mail.ru, silkova@bionet.nsc.ru

Аннотация. Известны трудности переноса генов, ответственных за улучшение качества волокна от вида G.barbadense L. в геном вида G.hirsutum L. с помощью межвидовой гибридизации. Ранее выявленовлияние замещения определенных хромосом вида G.barbadense L. на удлинение волокна, урожайность волокна, микронейр и другие свойства у линий вида G.hirsutum L. Создание новых линий с замещением хромосом является актуальным и необходимым. Однако особенности поведения хромосому межвидовых анеуплоидных гибридов хлопчатника мало изучены. Целью данной статьи является изучение поведения хромосом в микроспорогенезе и анализ фертильности пыльцыу беккроссов растений FiBCi(mohocomuku G.hirsutum L. х линия Pima 3-79 G.barbadense)xM0H0C0MUKU G.hirsutum L. Анализ конъюгации хромосом у моносомиков FiBCi в 15 вариантах скрещиваний с замещением хромосомы 2, 4, 6, 7, 12 At-субгенома и 17, 18, 21 и 22 Dt-субгенома обнаружили нормальную конъюгацию хромосом, за исключением, неполной конъюгации хромосом в одной комбинации скрещиваний (FiBCi(Mo75xFi1042)] и присутствия квадривалента в другой (FiBCi(Mo17xFi6857)), а также высокий мейотический индекс и невысокий проценттетрад с микроядрами, что свидетельствовало о регулярности мейотического деления. Однако снижение фертильности пыльцы у некоторых межвидовых анеуплоидных гибридов FiBCi указало на скрытую структурную изменчивость, не регистрируемую на стадии метафаза 1 мейоза.

Ключевые слова: хлопчатник, G.hirsutum L., G.barbadense L., беккроссные гибриды, замещения, конъюгация хромосом, спорады, фертильность пыльцы

Cytogenetic analysis of aneuploid F1BC1 backcross hybrids obtained from crossings of monosomic and monotelodisoine cotton lines (G.hirsutum L. x

G.barbadense L.) x G.hirsutum L.

M.F. Sanamyan1, Sh.U. Bobokhujayev1, O.G. Silkova2 1. National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Tashkent, Uzbekistan 2. Institute of Cytology and Genetics, SB RAS, Novosibirsk, Russian Federation

*Corresponding author email: sanam_marina@rambler.ru E-mail addresses of co-authors: bobohujayev@mail.ru, silkova@bionet.nsc.ru

Annotation. The difficulties of transferring the genes responsible for improving fiber quality from the G.barbadense L. species to the G.hirsutum L. genome using interspecific hybridization are shown. Previously, the influence of certain chromosomes of the species G.barbadense L. on fiber elongation, fiber yield, microneur and other properties in chromosome-substituted lines of the species G.hirsutum L. was revealed. The aim of the article is the cytogenetic analysis ofFiBCi hybrid plants using the analysis of chromosome, spores and pollen fertility .Analysis of chromosome pairing in F1BC1 hybrid backcross monosomies in 15 variants of crossings with substitution of chromosomes 2, 4, 6, 7, 12 of the At-subgenome and 17, 18, 21, and 22 of the Dt-subgenome revealed normal chromosome pairing, with the exception of incomplete chromosome pairing in one combination (FiBCi(Mo75xFi1042}) and the presence of a quadrivalent in another (FiBCi(Mo17xFi6857)). as well as a high meiotic index and a small number of tetrads with micronuclei, which indicated the regularity of meiotic division. However, a decrease in pollen fertility in some interspecies aneuploid FiBCi hybrids indicated a latent structural variability that was not recorded at the metaphase I stage of meiosis.

Keywords: cotton, G. hirsutum L. G. barbadense L., backcross hybrids, substitutions,

chromosome pairing, sporades, pollen fertility.

Введение

Тетраплоидный хлопчатник вида нарушений при расщеплении и

G.barbadense L. обладает такими ограниченной рекомбинации,

свойствами волокна, которые Поэтому в США были начаты

значительно превышают наиболее исследования по созданию у вида

широко культивируемые сорта хлопчатника G.hirsutum L. линий с

другого вида тетраплоидного чужеродным замещением хромосом

хлопчатника G.hirsutum L. Однако от линии Pima 3-79 вида G.barbadense

попытки перенести гены, (CS-B) (chromosome substitution

ответственные за улучшенные G.barbadense), которая является

качества волокна, такие как длина, генетическим стандартом для этого

крепость и тонина волокна от вида вида хлопчатника в США [20]. Для

G.barbadense L. в геном вида получения таких линий

G.hirsutum L. методами обычной использовались различные

межвидовой гибридизации моносомные и монотелодисомные

затруднены из-за стерильности, линии хлопчатника, несмотря на то,

что у хлопчатника G.hirsutum L. до

настоящего времени не получены полные серии таких линий [9, 19, 15]. Исследование линий с замещениями отдельных хромосомвида G. hirsutum L. хромосомами вида G.barbadense L. выявиловлияние определенных

хромосом (CS-B02, CS-B04, CS-B16, CS-В17, CS-B22LO, CS-B22sh, CS-B25) на удлинение волокна, урожайность волокна, микронейр и другие свойства в сравнении с исходными линиями [13, 14].

Однако молекулярный анализу ранее полученных линий

хлопчатника^. hirsutum L. с замещением хромосом G.barbadensec помощью хромосомо специфичных SSR-маркеров показал, что у части линий маркеры не подтвердили замещения хромосом согласно результатам цитологических

анализов. Отсутствие подтверждения генетической идентичности всех линий происходило, по мнению авторов, из-за небольшого числа хромосомоспецифичных молекулярных маркеров, доступных во время создания этих линий [16]. Все вышесказанное требует создания новых линий с замещениями по этим хромосомам. Поэтому, получение новых анеуплоидных линий хлопчатника и создание на их основе новых линий с замещением хромосом является актуальным и необходимым.

Использование различных видов облучения позволило создать в Национальном университете

Узбекистана новую цитогенетическую коллекцию растений хлопчатника с различными аберрациями отдельных хромосом, включая моносомные и монотелодисомные линии [17]. Использование транслокационных тестерных линий с идентификацией

индивидуальных хромосом,

полученными от проф. Техасского университета D. Stelly по программе USDA-ARS> позволило провести цитологическую идентификациюпяти негомологичных хромосом (2, 4, б, 7, 12) и отдельных плечейдвух хромосом (6 и 11)Ассубгенома, а также четырех хромосом (17, 18, 21, 22) Dt-субгенома хлопчатникау моносомных линий нашей коллекции [4]. Создание этих линий сопровождалось молекулярно-

генетическими анализами с помощью хромосома специфичных

микросателлитных маркеров (SSR) [3]. Идентифицированные линии с моносомией по отдельным хромосомам или их плечам используются нами в качестве инструментов для передачи хромосом или их сегментов от вида G. Barbadense L. растениям вида G.hirsutum L.B процессе создания новых интрогрессивных форм проводится анализ поведения хромосом в мейозе и беккроссирование исходных

моносомных линий беккроссными гибридными анеуплоидными формами.

Целью данной работы является анализ поведения хромосом на стадиях метафаза I и телофаза II, а также фертильности пыльцы у гибридных беккроссных растений FiBCi.

Материалы и методы исследования

Моносомные и

монотелодисомные линии

цитогенетической коллекции

хлопчатника Узбекистана были созданы в единой генотипической среде высоко-инбредной линии Л-458, полученной в результате многолетнего самоопыления (F20) на основе сорта 108-

Ф. Для создания коллекции использовались различные методы облучения семян и пыльцы, а также потомство растений с транслокациями и десинапсисом [5].

Для получения анеуплоидных гибридов FiBCi, исходные

моносомные линии бэккроссировали моногамными и монотелодисомными гибридами Fi, полученными от скрещиваний моносомиков

хлопчатника G.hirsutum L. с линией Pima 3-79 хлопчатника G.barbadense. Цитологически изучались гибридные семьи FiBCi, полученные от скрещиваний 15 моносомных (Мо) и двух монотелодисомных (Тело) линий вида G.hirsutum L. с межвидовыми анеуплоидными гибридами Fi (Mo х Pima 3-79).

Поведение хромосом изучалось в материнских клетках пыльцы (МКП) на стадии метафаза1 (Ml) и телофаза II. Для этого проводилась фиксация 2-3 мм бутонов в этилово-уксусной смеси (7:3). Затем МКП пыльцы окрашивали железо-ацетокармином. На временных давленых препаратах на стадии метафазы первого деления учитывали характер конъюгации хромосом. Для анализа телофазы II брали по три бутона от каждого растения и подсчитывали процент нормальных тетрад от их общего количества.

Для анализа фертильности пыльцы утром в день цветения собирали раскрывшиеся цветки, готовили временные ацетокарминовые

препараты, которые укладывали в чашки Петри и оставляли в холодильнике на сутки с целью лучшего прокрашивания пыльцевых зерен. Затем анализировали по 10 полей зрения с каждого цветка.

Все цитологические

наблюдения проводили с помощью микроскопов "Laboval", "AxioScopeAl" (CarlZeiss, Германия) и "Biomed" (Leica, Швейцария) при увеличении объективов 10х, 100х, бинокулярной насадки 1,6х и GF 12,5 х 120 и окуляра 10х. Микрофотографирование

выполнялось с использованием цифровой фотокамеры

Mikroskopkamera AxioCamERcSs. При экспонировании использовался

зеленый светофильтр 3C-11-3. Фотографирование растений и их частей проводилось с помощью цифровой фотокамеры СапопА-610.

Статистическая обработка

полученных данных проводилась путем определения ошибки выборочной средней по формуле [2].

Результаты исследования и обсуждение Как известно, сорта тетраплоидного вида хлопчатника G. barbadense L. [2п=52,геномная формула 2 (AD)2], имеют исключительно хорошее качество волокна, но, как правило, более низкую урожайность. Селекционеры давно стремились к объединению лучших признаков двух культивируемых видов (G. hirsutum и G. barbadense), но имели ограниченный успех. Известно, что эти виды легко скрещиваются и гибриды Fib значительной степени фертильны. Однако ограниченный успех такой гибридизации был обусловлен сложными взаимодействиями, а также геномной несовместимостью между этими двумя видами. Действительно, межвидовые скрещивания и интрогрессия у хлопчатника влекут за собой такие трудности, как бесплодие, цитологические нарушения и аномальная сегрегация [12]. Поэтому

изучение меиотического поведения хромосом у первого беккроссного поколения межвидовых гибридов представляло большой интерес.

В результате проведенного исследования выяснилось, что моносомные гибриды ^ВСл, с замещением отдельных хромосом, были обнаружены в 15 гибридных беккроссных вариантах, поскольку в четырех вариантах (с участием моносомных линий Мо93, Мо7, Мо67, Мо95) гибриды с нужной моносомией обнаружить не удалось. Это произошло, по-видимому, из-за низкой частоты передачи через гаметы унивалентной хромосомы, поскольку известно, что данные моносомные линии также характеризовались невысокой воспроизводимостью

моносомного состояния в потомстве (37,5; 26,32; 9,38 и 9,09%), соответственно [5]. Кроме того, сниженная скрещиваемость

моносомиков и небольшое число гибридных растений в семьях также повлияли на низкий процент растений

FiBCic данными хромосомами (Табл. 1)-

Так, в семи гибридных вариантах FiBCi (с участием линий Мо16, Мо31, Мо58, Мо59, Мо92, Мо56, Мо42) было выявлено по одному гибридному растению с моносомией, тогда как в семи гибридных комбинациях FiBCi (с участием линий Мо38, МобО, Мо75, Мо34, Мо27, Мо94, Мо17) было обнаружено по два гибридных растения с моносомией, а в одной семье (с участием Мо48) - три, наряду с изученными дисомными гибридами (Табл. 1).

В двух гибридных семьях - FiBCi (Telol2xFi5428) и FiBCi

(Telo21xFil00i), полученных от скрещиваний двух монотелодисомных линий вида G.hirsutum L. с межвидовыми монотелодисомными гибридами р1(ТелохР1ша 3-79) было обнаружено по три и два растения с замещением отдельных плечей хромосом, соответственно, наряду с дисомными растениями (Табл. 1).

Таблица 1.

Анализ беккроссных гибридных потомств р1В(л, полученных от скрещиваний рекуррентных родителей с моносомными гибридами р1(Мо х

Рта 3-79)

Хромосома Вариант скрещивания Общее число гибридны X растений в семье Число изученн ыхгибри дныхрас тений Число дисом иков (2п=Г> 2) Число моносом иков (2п=51) Число монотело дисомико в (2n=51+Il)

FiBCi(Mol6xFi986)

2 507 п 2 2 2 - -

922 п 8 1 - - -

923 п 8 2 1 1 -

FiBCi(Mo31xFi770 i)

4 924 п 6 1 - 1 -

FiBCi(Mo38xFi690 ii)

294 n 5 5 5 - -

925 n 11 2 - 2 -

FiBCi(Mo58xFi530 3)

115 n 4 2 1 1 -

116 n 6 3 3 - -

FiBCi(Mo59xFi531 8)

1041 n 7 7 6 1 -

FiBCi(Mo60xFi694 5)

117 n 6 4 2 2 -

118 n 5 1 1 - -

119 n 5 2 2 - -

120 n 1 1 1 - -

FiBCi(Mo75xFil04 2)

298 n 8 5 3 2 -

6 FiBCi(Mo34xFi688 9)

293 n 8 4 2 2 -

FiBCi(Mo92xFi539 5)

1040n 3 3 2 1 -

7 FiBCi(Mo27xFi687 4)

Hin 8 3 1 2 -

12 FiBCi(Mo94xFi8i)

299 n 7 3 1 2 -

300 n 2 1 1 - -

17 FiBCifMo56xFi4i7)

512 n 6 5 5 - -

513 n 8 6 5 1 -

18 FiBCi(Mo48xFi529 16)

113 n 14 6 5 1 -

114 n 20 6 4 2 -

21 FiBCi(Mo42xFi528 i)

781 n 1 - - - -

782 n 4 2 1 1 -

22 FiBCi(Mol7xFi685 7)

109 n 2 2 2 - -

110 n 3 3 1 2 -

telo 6 FiBCi(Telol2xFi542 8)

561 n 19 11 8 - 3

telo 11 FiBCi(Mo21xFil00 i)

291 n 2 1 - - 1

292 n 1 1 - - 1

Известно, что существуют влияние хромосом генома хлопчатника на жизнеспособность анеуплоидных гамет [7]. Ранее отмечалось, что передача унивалентных хромосом у моносомиков хлопчатника происходит в основном через яйцеклетки, а низкая частота воспроизводства такого состояния указывает на низкую жизнеспособность гамет с гапло-нехваткой [9]. Обычно ранние поколения гибридов показывают низкие частоты передачи, тогда как с отбором происходит увеличение частот воспроизводства, где немалую роль играет генотипическая среда. Данные, представленные в этой статье показывают, что темп

воспроизводства гапло-нехваток у моносомных гибридов хлопчатника зависит, как от специфичности унивалентной хромосомы, так и от числа растений в гибридном потомстве, чем больше растений в семье, тем выше вероятность воспроизводства моносомного

состояния.

Сравнительный анализ коньюгации хромосом, проведенный на стадии метафаза I мейоза у гибридных

моносомиков Р1ВС1 с замещением отдельных хромосом, полученных от скрещиваний 15 моносомных линий с

межвидовыми моногамными

гибридами р1 (МохРта 3-79)с замещением по хромосомам 2, 4, 6, 7, 12 А^субгенома и 17,18, 21 и 22 Бг субгенома обнаружил нормальную для тетраплоидного хлопчатника

модальную коньюгацию хромосом с

формированием 25 бивалентов и одного унивалента разного размера во всех изученных МКП в 13 гибридных комбинациях (Табл. 2). Это свидетельствовало об отсутствии формирования дополнительных

унивалентов и могло служить гарантией отсутствия смены унивалента у протестированных моносомиков в следующем

беккроссном поколении. Однако, у одного моносомного гибридного растения (298г) в варианте р1ВС1(Мо75хр11042] в отдельных клетках наблюдались от одного до трех открытых бивалентов (0,33±0,25 в среднем на клетку), наряду с нормальными закрытыми

бивалентами (24,67±0,25 в среднем на клетку), что указало на неполную коньюгацию гомологичных хромосом вследствие гибридности. У другого моносомного гибридного растения РЖг (110з) из варианта р1ВС1(Мо17хр1б857) формировался один квадривалент в различных МКП (0,38±0,17 в среднем на клетку).

Таблица 2.

Конъюгация хромосом на стадии метафаза I мейоза у моносомных гибридов РШСл, полученных от скрещиваний рекуррентных родителей с моносомными

Хромосома Вариант скрещивания Номер гибридног о моносомик а Число изучен ных МКП Размер унива лентов Среднее число на клетку

унивале НТО в биваленто в

Л-458 - 11 0 0 26,00±0,00

Pima 3-79 - 12 0 0 26,00±0,00

Fi (7I-458xPima 3-79) 680 10 0 0 26,00±0,00

2 FiBCi(Mol6xFi986) 923s 5 Крупный 1,00+0,00 25,00±0,00

4 FIBCI(MO31XFI7702) 924i 9 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

FiBCI(MO38XFI690II 1 9254 11 Средний 1,00+0,00 25,00±0,00

925у 6 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

FIBCI(MO58XFI5303) 115i 21 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

FIBCI(MO59XFI5318) 104U 24 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

FIBCI(MO60XFI694S) 1174 14 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

117s 28 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

FIBCI(MO75XFI1042) 2982 20 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

298 з 6 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

6 FiBCi(Mo34xFi688g) 293з 4 Крупный 1,00±0,00 25,00±0,00

293? 4 Крупный 1,00+0,00 25,00±0,00

FIBCI(MO92XFI5395) 10402 11 Крупный 1,00+0,00 25,00±0,00

7 FIBCI(MO27XFI6874) 1112 24 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

Ills 14 Средний 1,00±0,00 25,00±0,00

12 FIBCI(MO94XFI8I) 299i 12 Крупный 1,00±0,00 25,00±0,00

299г 9 Крупный 1,00+0,00 25,00±0,00

17 FiBCi(Mo56xFi4i7) 513s 6 Средне-мелкий 1,00±0,00 25,00±0,00

18 FiBCi(Mo48xFi529i6 ) 113i6 5 Мелкий 1,00±0,00 25,00±0,00

114i 36 Мелкий 1,00+0,00 25,00±0,00

11420 10 Мелкий 1,00±0,00 25,00±0,00

21 FiBCi(Mo42xFi528i) 782i 5 Средне-мелкий 1,00±0,00 25,00±0,00

22 FIBCI(MO17XFI6857) HOi 7 Средне-мелкий 1,00±0,00 25,00±0,00

110з 8 Средне-мелкий 1,00±0,00 24,25+0,35* *

telo 6 FiBCi(Telol2x Fi542s) 56115 21 0 0 26,00+0,00*

56117 18 0 0 26,00±0,00*

telo 11 FiBCi(Mo21x FilOOi) 291i 17 0 0 26,00±0,00*

292i 12 0 0 26,00+0,00*

Примечание:*- 25 нормальных (закрытых) бивалентов и один гетероморфный (открытый) бивалент.

** - одна квадривалентная ассоциация (0,38±0Д7 в среднем на клетку).

Изучение коньюгации хромосом в комбинациях с двумя

монотелодисомными линиями (FiBCIC^O12XFI5482)) И

(р1ВС1(Тело21х1001)) обнаружило по два монотелодисомных гибрида в каждой комбинации скрещиваний с замещением одного из плечей хромосомы 6 и 11, (соответственно) (Табл. 2), которые характеризовались присутствием гетероморфных

бивалентов.

Известно, что унивалентные хромосомы у трех моносомиков хлопчатника (Моно 12, Моно 22 и Моно 25) американской

цитогенетической коллекции

значительно чаще остальных хромосом претерпевали misdivision [8, 9], что указывало на их нестабильность. Генотипическая среда также оказывает сильное влияние на этот процесс, поскольку у пшеницы хромосома 5А чаще претерпевала misdivision в генотипической среде сорта Чайниз Спринг (39,7%), так как этот сорт наиболее благоприятен для этого [18].

Анализ размеров унивалентных хромосом у моносомников FiBCi с замещениями отдельных хромосом обнаружил средний размер

унивалентов у всех гибридных моносомных растений с замещением по хромосоме4 и 7, соответственно, в семи гибридных вариантах

(Р1ВС1(Мо31хР17702), РаВС1(Мо38хр1б90и), р1ВС1(Мо58хр1530з)(Рис.1а), р1ВС1(Мо59хр1531в), Р1ВС1(М060ХР16945)(РИС. 16),

р1ВС1(Мо75хр11042)), р1ВС1(Мо27хр1б874)) (Рис. 1г). Моносомики в четырех вариантах скрещиваний с замещением по хромосоме 2 (РхВСл (Мо16хр198е), по хромосоме 6 (РгВСл (Мо34хр1б889), ¥гВС1 (Мо92хР15395))(Рис. 1в) и по хромосоме 12 (Р1ВС1 (Мо94хр181) (Рис. 1д) характеризовались крупным размером унивалентов, что подтвердило А^субгеномную

принадлежность вышеперечисленных унивалентов и отсутствие смены унивалентов. Изучение размера унивалентов у растений в трех вариантах скрещиваний(р1ВС1

(Мо56хР141у), (РхВСх (Мо42хр1.5281) и (Р1ВС1 (Мо17хр1б857)) с замещением хромосом 17, 21 и 22 обнаружило средне-мелкий размер унивалентов, а в одном варианте скрещиваний (р1ВС1(Мо48хр15291б) с замещением по хромосоме 18 обнаружило мелкий размер унивалентов, что подтвердило Б^субгеномную принадлежность вышеуказанных унивалентов (Рис. 1е). Последнее могло бы привести к получению в дальнейшем замещенных линий не по тем хромосомам, по которым имелись нехватки у исходных линий с моносомией.

где Рис. 1. Конфигурации хромосом в метафазе I мейоза в МКП у гибридных растений FiBCi, полученных от скрещиваний моносомных линий с межвидовыми моногамными гибридами Fi: a) FiBCi(Mo58xFi5303) (115i); б) FiBCi(Mo60xFi6945) (1175)(2511+1i) с замещением хромосомы 4; в) FiBCi(Mo92xFi5395) (10402)(25п +11) с замещением хромосомы 6; г) FiBCi(Mo27xFi6874) (Ills) (25п + 1')с замещением хромосомы 7; д) FiBCi(Mo94xFi83) (299i) (25II+1I) с замещением хромосомы 12; е) FiBCi(Mo48xFi529i6) (114i) (25п +11) с замещением хромосомы 18. (Стрелкой указаны униваленты).

Стадия телофаза II была изучена в большинстве моносомных гибридных семьях. Как известно, процент нормальных тетрад (без микроядер и других нарушений), Р.Лав [11] предложил использовать в качестве критерия оценки нормального хода мейоза и назвал его мейотическим индексом. По его мнению, мейотический индекс, равный 90-100% указывает на цитологическую стабильность изучаемого материала, тогда как при значениях ниже 90% могут возникать затруднения при осуществлении селекционных

программ, поскольку такое снижение обусловлено присутствием каких-либо нарушений мейоза в изучаемом материале.

Анализ стадии телофаза II, проведенный у моносомиковр1ВС1, с замещениями отдельных хромосом, обнаружил высокий мейотический индекс (от 89,89+1,17 до 98,99±0,20) и небольшое число тетраде

микроядрами (от 0,05±0,03 до 2,30±0,40%), как у моносомиков из разных гибридных семей, так и у моносомиков внутри различных семей (Табл. 3).

Таблица 3. [Table 3.]

Анализ спорад у гибридов FiBCi, полученных от скрещиваний рекуррентных родителей с анеуплоидными гибридами Fi(Mo х Pima 3-79)

Хромосомы Вариант скрещивания Номер гибрид ногоан еуплои да Обще ечисл оспор ад Мейотичес кий индекс, % % тетрад с микроядрами

Л-458 - 1121 99,38±0,24 0,00±0,00

Pima 3-79 - 1130 98,58±0,35 0,27±0,15

Fi/I-458 х Pima 3-79 680 2535 98,62±0,23 0,04±0,04

2 FiBCi(Mol6xFi986] 923s 1371 94,38+0,62 1,17+0,29

4 FIBCI(MO31XFI7702) 924i 717 94,14±0,88 1,67±0,48

FiBCi(Mo38xFi690ii) 9254 912 94,19±0,77 1,75+0,43

925у 1385 96,90±0,47 0,87±0,25

FiBCi(Mo58xFi5303) 115i 5534 95,61±0,28 0,11±0,04

FiBCi(Mo59x Fi531s) 104U 2485 98,99±0,20 0,12+0,07

FIBCI(MO60XFI6945) 1174 2715 92,90±2,66 0,44±0,19

117s 1703 95,71±0,49 1,17±0,26-

FIBCI(Mo75X FI1042) 2982 1168 96,48+0,54 0,94±0,28

298з 598 96,49+0,75 1,34±0,47

6 FiBCi(Mo34xFi688g] 293з 6450 95,72±0,25 0,99±0,12

2937 5586 98,69±0,15 0,05+0,03

FiBCi(Mo92xFi5395) 10402 663 89,89+1,17 1,21±0,42

7 FIBCI (MO27XFI6874) 111 2 1292 95,43±0,58 0,54±0,20

Ills 657 96,65+0,70 0,61+0,30

12 FIBCI(MO94XFI8I) 299i 1392 95,19±0,57 2,30±0,40

2992 1486 96,37±0,49 1,55+0,32

17 FiBCi(Mo56xFi4i7) 513s 952 96,64±0,58 1,26±0,36

18 FiBCi(Mo48xFi529i6) 114 1 2000 97,95±0,32 0,85±0,21

114 20 3170 97,60+0,27 0,06±0,04

21 FiBCi(Mo42xFi528i] 782i 881 93,76±0,82 0,34±0,20

22 FIBCI(MO17XFI6857) llOi 680 72,35+1,72 27,65±1,72

110з 1510 82,38±0,98 17,62±0,98

telo 6 FiBCi(Telol2x Fi5428) 56115 2106 98,43±0,27 0,90+0,21

56117 1470 96,94±0,45 1,77+0,34

telo 11 FiBCi (Mo21xFil00i) 2911 548 92,34+1,14 2,55±0,67

292 1 2191 92,38±0,57 2,46±0,33

Присутствие небольшого числа микроядер в тетрадах косвенно указало на незначительные нарушения при расхождении унивалентных хромосом у моносомных гибридов с замещениями отдельных хромосом и формировании сбалансированных по числу хромосом гамет (Рис. 2, 3).

а б в г

Рис. 2. Рис. 2. Телофаза II у растения р1ВС1(Мо38хр1б90и) (9254): а) монада и тетрады; б) аномальная тетрада и нормальная тетрада; в) тетрада с мироядром и триада; г) монада, тетрада с микроядром и тетрады.

Лишь в одном беккроссном варианте р1ВС1(Мо17хр1б857) у двух моносомных гибридов наблюдалось снижение мейотического индекса (до 72,35±1,72 и 82,38±0,98) и увеличение числа тетрад с микроядрами (до 27,65±1,72 и 17,62±0,98%), которые, по-видимому, возникали из-за задержки унивалентов на экваторе веретена в первой и второй анафазе деления, что и приводило к отставанию хромосом на экваторе и формированию микроядер на стадии тетрад.

Четыре монотелодисомных растения в двух комбинациях скрещиваний

(р!ВС1(Те1о12хр15428) и р1ВС1

(Тело21хр11001)) характеризовались

высоким мейотическим индексом (от 92,34±1Д4 до 98,43±0,27%) и увеличением числа тетрад с микроядрами (до 2,55±0,67 и 2,46±0,33%) у двух гибридов в комбинации РгВСх (Тело21хр11001)) (Табл. 3). Увеличение числа тетрад с микроядрами указало на нарушения при расхождении гетероморфных бивалентов у монотелодисомных гибридов с замещениями отдельных плечей хромосом.

дек Рис. 3. Телофаза Пу моносомика РаВСл (Мо94хр18з) (2991): а) аномальная триада и тетрады; б) аномальная пентада и нормальная тетрада; в) аномальная гексада; г-к) аномальная тетрада и нормальные тетрады.

Изучение фертильности пыльцы с помощью окраски 2% ацетокармином, проведенное у анеуплоидных растений FiBCi, с замещениями отдельных хромосом или их плечей обнаружило снижение фертильности, как у исходной линии Pima 3-79 (84,34±1,51%), так и у дисомного межвидового гибрида Fi Л-458 х Pima 3-79 (80,78±1,70%) по сравнению с линией Л-458 (90,92±1,15%) (Табл. 4) (Рис. 4).

Большинство моносомных

гибридных растений BCiFi характеризовалось уменьшением фертильности пыльцы (Табл. 4). Сравнительный анализ выявил сильные различия между моносомиками с замещениями

отдельных хромосом (от 67,2 7± 1,45% у гибридов ¥гВС1 (Мо60хр1б945) до 96,38±0,70% у растенийр1ВС1(Мо94х Р^)). Так, три моносомных растения в двух комбинациях скрещиваний

(Р1ВС1(М060ХР16945](1174Д175) и р1ВС1(Мо17хр1б857)(1101)) имели большую снижение

жизнеспособности пыльцы

(67,27±1,45; 78,60±1,53 и 72,35±1,72%), тогда как десять моносомных гибридных растений Р1ВС1 показали небольшое снижение в жизнеспособности пыльцы (от 80,30±1,71 до 89,79±0,94%), что указало на абортацию гапло-дефицитных гамет прежде стадии образования пыльцы.

Рис. 4. Фертильная (окрашенная) и стерильная (неокрашенная) пыльца у беккроссного растения, полученного от скрещивания моносомной линии Мо38 с моногамным гибридом Рц (р1ВС1Мо38хр1б90и) (9257).

Таблица 4.

Анализ фертильности пыльцы у анеуплоидных гибридовРШСл, полученных от скрещиваний рекуррентных родителей с анеуплоидными гибридами Fi(Mo х

Pima 3-79)

Хромосома Вариант скрещивания Номер гибридного анеуплоида Общее число изученн ой пыльцы Фертильнос ть пыльцы, % Стерильное ть пыльцы, %

Л-458 - 628 90,92 ± 1,15 9,08 ± 1,15

Pima 3-79 - 581 84,34 ± 1,51 15,66 ± 1,51

Fl/I-458 х Pima 3-79 680 536 80,78 ± 1,70 19,22 ± 1,70

2 FiBCi(Mol6xFi986] 923s 422 87,68 ± 1,60 12,32 ± 1,60

4 FiBCi(Mo31xFi770 2) 924i 689 95,50 ± 0,79 4,50 ± 0,79

FiBCi(Mo38xFi690 n) 9254 273 92,31 ± 1,61 7,69 ± 1,61

925y 262 84,73 ± 2,22 15,27 ± 2,22

FiBCi(Mo58xFi530 3) ll5i 1789 91,45 ± 0,66 8,55 ± 0,66

FiBCi(Mo59xFi531 8) 10414 1048 89,79 ± 0,94 10,21 ±0,94

FiBCi(Mo60xFi694 5) 1174 1048 67,27 ± 1,45 32,73 ± 1,45

117s 715 78,60 ± 1,53 21,40 ± 1,53

FiBCi(Mo75xFil04 2) 2982 576 84,38 ± 1,51 15,63 ± 1,51

298з 684 83,91 ± 1,40 16,08 ± 1,40

6 FiBCi(Mo34xFi688 9) 293з 1019 84,89 ± 1,12 15,10 ± 1,12

2937 480 90,63 ± 1,33 9,38 ± 1,33

FiBCi(Mo92xFi539 5) 10402 1341 81,80 ± 1,05 18,20 ± 1,05

7 FiBCi(Mo27xFi687 4) 1112 538 80,30 ± 1,71 19,70 ± 1,71

Ills 572 83,57 ± 1,55 16,43 ± 1,55

12 FiBCi (Mo94xFi8i) 299i 719 96,38±0,70 3,62±0,70

2992 640 95,63±0,81 4,38±0,81

17 FiBCi JMo56xFi4i7) 513s 669 90,43+1,14 9,57±1,14

18 FIBCI(MO48XFI529 16) 114i 687 81,51 ± 1,48 18,49 ± 1,48

11420 491 95,72 ±0,91 4,28 ± 0,91

21 FiBCi(Mo42xFi528 il 782i 264 87,88 ±2,01 12,12 ±2,01

22 FiBCi(Mol7xFi685 7) llOi 680 72,35±1,72 27,65±1,72

110з 1510 82,38±0,98 17,62±0,98

telo 6 FiBCi(Telol2xFi54 2s) 56115 655 85,65±1,37 14,35±1,37

56117 493 88,44± 1,44 11,56±1,44

telo 11 FiBCi(Mo21xFil00 i) 291i 661 89,41±1,20 10,59±1,20

292i 453 91,61 ±1,30 8,39 ± 1,30

Два беккроссных гибрида (2911 и 2921) внутри семьи

(р1ВС1(Тело21хр11001) с замещением одного плеча хромосомы 11 имели небольшие различия в фертильности пыльцы (89,41±1,20 и 91,61±1,30%). Кроме того, монотелодисомный гибрид внутри другой семьи р1ВС1(Те1о12хр15428) - с замещением одного плеча хромосомы

бхарактеризовался небольшим

снижением фертильности пыльцы (85,65±1,37%) (Табл.4).

Известно, что микроскопическая оценка фертильности пыльцы после окраски ацетокармином в потомстве моносомиков хлопчатника является не вполне убедительной в качестве способа разделения моносомных и дисомных растений вследствие абортации несбалансированных

микроспор в раннем развитии [7]. Однако такая оценка указывает на скрытую структурную изменчивость материала, которая на уровне отдельных хромосом с помощью рутинных методов окраски не выявляется, но на уровне пыльцы четко прослеживается.

В целом, изучение коньюгации хромосом у гибридов с чужеродным замещением хромосом позволяет осуществлять цитогенетический

контроль на всех этапах

беккроссирования при создании линий с замещением хромосом. Проведенное исследование показало, что у большинства изученных беккроссных анеуплоидов хлопчатника РгВСл с замещениями отдельных хромосом или их плечей была выявлена модальная конъюгация хромосом без

дополнительных унивалентов, что могло служить основанием отсутствия смены унивалента в дальнейшем. Однако вероятность такого события существует, поскольку в настоящее время накоплено много данных об отсутствии замещений у ранее созданных линий с чужеродным замещением хромосом. Так выяснилось, что у некоторых линий хлопчатника (С5-В055Ь, С5-В06, С5-В07, С5-В155Ь) молекулярно-генетический анализ не подтвердил замещение хромосом [21]. Кроме того, один из образцов ДНК, который ранее считался произошедшим от растения, гемизиготного по СЬг-17 вида в. ЬагЬскЗепБе, оказался гемизиготным для СЪг-И [10]. У злаков такие случаи также оказались нередкими, поскольку С-

дифференциальное окрашивание

хромосом не выявило присутствия чужеродного генетического материала в пяти образцах (Л-2039/1, Л-2040/1, Л-2185/2, Л-2309/9 и Л-2311/4) из 20 исследованных интрогрессивных линий

у Triticum aestivum x Aegilops columnaris Zhuk. [6]. Другим примером отсутсвия чужеродных интрогрессий по результатам цитологического анализа стали две интрогрессивные линии (4572п16 и 4607п16) из популяции Заключение Проведенное исследование поведения хромосом в мейозе у межвидовых гибридов FiBCic замещениями специфических

хромосом и выявление нормальной для моносомиков хлопчатника конъюгации хромосом без

формирования дополнительных

унивалентов служило гарантией отсутствия смены унивалента. Однако частичное снижение фертильности пыльцы, усилившееся у некоторых беккроссных гибридов FiBCi, несмотря на высокий мейотический индекс и небольшое число тетраде

микроядрами, свидетельствовало о скрытой структурной изменчивости геномов двух видов G.barbadense и G.hirsutum, не регистрируемой на стадии метафаза I мейоза.

Литература 1. Давоян P.O., Бебякина И.В., Давоян Э.Р., Миков Д.С., Зубанова Ю.С., Болдаков Д.М., Бадаева Е.Д., Адонина И.Г., Салина Е.А., Зинченко А.Н. // Создание и изучение

интрогрессивных линий мягкой

гибридных растений RS7xT. Aestivum поколения ВС2 Fe- BC3F5, хотя авторы сослались на возможность присутствия перестроек в этих линиях, не выявляемых методом FISH [1].

пшеницы, полученных на основе синтетической формы RS7 // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. Т.23. №7. С. 827- 835.

2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. (С основами статистической обработки результатов исследований). - М: Агропромиздат, 1985.-351 с.

3. Санамьян М.Ф., Бобохужаев Ш.У., Макамов А.Х., Ачилов С.Г., Абдурахмонов И.Ю. Создание новой серии анеуплоидных линий у хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) с идентификацией нехваток отдельных хромосом с помощью транслокационных и SSR-маркеров // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т.20. №5. С.643-652.

4. Санамьян М.Ф., Бобохужаев Ш.У. Идентификация унивалентных хромосом у моногамных линий хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) с помощью цитогенетических маркеров // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. Т. 23. №7. С. 836-845.

5. Санамьян М.Ф. Цитогенетика мутаций, транслокаций, моносомии и межвидовой гибридизации у хлопчатника. Ташкент. 2020. «Университет». 384 С.

6. Шишкина А.А., Драгович А.Ю. Рубан А.С., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Бадаева Е.Д. Разработка генетической классификации хромосом AegilopscolumnarisZhuk. TriticumaestivumxAe. columnaris// Вавилов. журнал генетики и селекции. 2017. Т.21. №2. С. 241-249.

7. Brown M.S., Endrizzi J.E. The origin, fertility and transmission of monosomic in Gossypium // Amer. J. Bot. 1964. V.51. N1. PP. 108-115.

8. Endrizzi J.E., Ramsay G. Identification of ten chromosome deficiencies of cotton. Cytological identification of eight chromosomes and genetic analysis of chromosome deficiencies and marker genes // J. Hered. 1980. V.71. N1. PP. 45-48.

9. Endrizzi J.E., Turcotte E.L., Kohel R.J. Genetics, cytology and evolution of Gossypium // Adv. Genet. 1985. V.23. P. 271-375.

10. Gutie rrez, O.A., Stelly, D.M., Saha, S., Jenkins, J.N., McCarty, J.C., Raska, D.A., Scheffler, B.E. Integrative placement and orientation of non-redundant SSR loci in cotton linkage groups by

deficiency analysis // Mol. Breed.2009. V.23. PP. 693-707.

11. Love, R.M. Varietal differences in meiotic chromosome behavior of Brazilian wheat. //Agron. J. 1951. V. 43. P. 72-76.

12. Reinisch A.J., Dong J., Brubaker C.L., Stelly D.M., Wendel J.F., Paterson A.H. A detailed RFLP map of cotton, Gossypium hirsutum x Gossypium barbadense: chromosome organization and evolution in a disomic polyploidy genome// Genetics. 1994. V.138. P. 829 - 847.

13. Saha S„ Wu J., JenkinsJ.N., McCartyJ.C., Jr., GutierrezOA, StellyD.M., PercyR.G., Raska D.A. Effect of chromosome substitutions from Gossypium barbadense L. 3-79 into G. hirsutum L. TM-1 on agronomic and fiber traits // Journal of Cotton Science. 2004. V. 8. P. 162-169.

14. Saha S„ Jenkins J.N., Wu J., McCarty J.C., Gutierrez O.A., Percy R.G., Cantrell R.G., Stelly D.M. Effects of chromosome-specific introgression in upland cotton on fiber and agronomic traits // Genetics. 2006. V. 172. P. 1927-1938.

15. Saha S„ Stelly D.M., Raska D.A., Wu J., Jenkins J.N., McCarty J.C., Makamov A., Gotmare V., Abdurakhmonov I.Y. and Campbell B.T. Chromosome substitution lines: concept, development and utilization in the genetic improvement of upland cotton

//www.intechopen.com. 2012. - P. 107-128.

16. Saha S., Stelly D.M., Makamov A.K., Ayubov M.S., Raska D., Gutie'rrez O.A.,Manchali Sh., Jenkins J.N., Deng D., Abdurakhmonov I.Y. Molecular confirmation of Gossypium hirsutum chromosome substitution lines //Euphytica. 2015. V. 245. P.459-473.

17. Sanamyan M.F., Petlyakova J., Rakhmatullina E.M., Sharipova E. Cytogenetic collection of Uzbekistan. In: Abdurakhmonov IY. (Ed). World Cotton Germplasm Resources. Chapter 10. Croatia: In Tech. 2014. P. 247-287.

18. Sears E.R. Misdivision of univalents in common wheat // Chromosoma. 1952. V. 4. P. 535-550.

19. Stelly D.M. Interfacing cytogenetics with the cotton genome mapping effort // Proc. Beltwide Cotton Conf.: 10-14 January 1993. - New Orleans, Louisiana, 1993. - P. 1545 - 1550.

20. Stelly D.M., Saha S., Raska D.A., Jenkins J.N., McCarty J.C., Jr., and Gutie'rrez O.A. Registration of 17 upland (Gossypium hirsutum) cotton germplasm lines disomic for different G. harbadense chromosome or arm substitutions //Crop Sci. 2005. V.45. P.2663-2665.

21. Ulloa M., Wang C., Saha S., Hutmacher R.B., Stelly D.M., Jenkins J.N. Burke J., Roberts P.A. Analysis of root-knot nematode and fusarium wilt disease resistance in cotton (Gossypium spp.) using chromosome substitution lines

from two alien species // Genetica.

2016. V. 144. P.167-179. Авторский коллектив: Санамъян Марина Феликсовна- д.б.н., гл.н.с., Национальный университет Узбекистана, Лаборатория генетики хлопчатника (100174, г. Ташкент, ул. Университетская 4)

ff-ma/Z.-sanam marina@rambler.ru Бобохужаев Шухрат Умарович-PhD. Старший преподаватель,

Национальный университет

Узбекистана, Лаборатория генетики хлопчатника (100174, г. Ташкент, ул. Университетская 4)

e-mail:bobohujayev@mail.ru Силкова Ольга Генадъевна-к.б.н., в.н.с.. Федеральный

исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Лаборатория молекулярной генетики и цитогенетики растений (630090, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева 10) e-maiI:silkova@bionet.nsc.ru Fundings: This work partially supported by (Grant F-OT-2021-155) Acknolegments: Исследование

выполнено при финансовой поддержке Министерства инновации Республики Узбекистан в рамках проекта Ф-ОТ-2021-155. The study was carried out with the financial support of the Ministry of Innovation of the Republic of Uzbekistan within the framework of the F-OT-2021-155 project.