Научная статья на тему 'Устойчивость мутации высокоолеиновости масла к действию супрессора в семенах подсолнечника'

Устойчивость мутации высокоолеиновости масла к действию супрессора в семенах подсолнечника Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
158
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МУТАЦИЯ ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ / СУПРЕССОР / СЕМЕНА / ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ / HIGH OLEIC MUTATION / SUPPRESSOR / HYBRID ANALYSIS

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Демурин Я. Н., Борисенко О. М.

В результате гибридологического анализа установлено наличие у нормальной по жирно-кислотному составу линии RIL100 мутации Ol в гипостатическом состоянии. При скрещивании нормальных линий ЛГ28×RIL100 в F2 обнаружены рекомбинантные высокоолеиновые фенотипы с частотой около 8%. Наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ЛГ26 с супрессорами К1587 и ВИР721 соответствовало моногенной доминантной схеме в F1, F2 и F3. Это явление указывает на устойчивость мутации Ol к действию супрессора в генотипической среде линии ЛГ26. Наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ВК508 с супрессорами в F2 описывалось дигенной моделью по типу доминантного эпистаза Sup над Ol в отношении 13 нормальных : 3 мутантных. Комбинация К1587×ВК508 показала в F3 отсутствие гомозиготных высокоолеиновых семей, а ВИР721×ВК508 отсутствие не только гомозиготных высокоолеиновых, но и расщепляющихся семей, т.е. полное исчезновение мутантных семян.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Демурин Я. Н., Борисенко О. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Resistance of high oleic mutation of oil to suppressor action in sunflower seeds

In the result of genetic analysis the normal line RIL100 was shown to contain a high oleic mutation Ol in hypostatic condition. In the cross of LG28ЧRIL100 F2 recombinants were observed with the frequency of 8%. Inheritance of the high oleic mutation in the crosses of LG26 with K1587 and VIR721 fitted monogenic dominant model in F1, F2 and F3. This phenomenon is called as resistance of Ol mutation against a suppressor. Inheritance of the high oleic mutation in the crosses of VK508 with suppressors in F2 fitted a digenic model of epistatic action of Sup over Ol in the ratio of 13 normal : 3 mutant. Combination of K1587ЧVK508 showed in F3 the lack of homozygote high oleic populations whereas VIR721ЧVK508 the lack both of homozygote and segregating populations. In the last case the mutant seeds were disappeared.

Текст научной работы на тему «Устойчивость мутации высокоолеиновости масла к действию супрессора в семенах подсолнечника»

Я. Н. Демурин,

доктор биологических наук, профессор

О. М. Борисенко, научный сотрудник

ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии

Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17 тел.: (861)274-55-94, факс: (861)254-27-80 e-mail :j akdemurin@j andex.ru

УСТОЙЧИВОСТЬ МУТАЦИИ ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА К ДЕЙСТВИЮ СУПРЕССОРА В СЕМЕНАХ ПОДСОЛНЕЧНИКА

Ключевые слова: мутация высокоолеиновости, супрессор, семена, гибридологический анализ

УДК 633.854.78:575.113

Введение. Изучение гибридных семян в скрещивании образцов мировой коллекции подсолнечника с высокоолеиновыми тестерами показало, что мутация 01 была доминантной в 59 % комбинаций скрещиваний, неполностью доминантной в 38 % и рецессивной в 3 % [1]. Наблюдаемое варьирование содержания олеиновой кислоты в отдельных семенах Б] от мутантного до нормального фенотипов объясняется как неполной пенетрантностью гена 01 в гетерозиготе при наличии супрессора [3], так и потенциальной гетерози-готностью нормальных образцов по супрессору. Предполагается, что гомозиготное состояние супрессора может идентифицироваться и контролироваться только на генотипической среде 0101 гомозиготы, вызывая нормальный фенотип [4].

Наследование мутации высокоолеиновости в семьях F2 при скрещивании высокоолеиновых и супрессорных линий соответствовало различным схемам расщепления: моногенной рецессивной, моногенной доминантной, полигенной и без расщепления. Важно, что доля мутантных семян в популяции Р2 положительно коррелировала с содержанием олеиновой кислоты в исходном семени ?! [2].

У высокоолеинового мутанта в период активного биосинтеза запасного жира в созревающих семенах отсутствует активность фермента микросомальной олеат-десатуразы, катализирующего превращение олеиновой кислоты в линолевую [5]. Позже было установлено существенное уменьшение уровня накопления

в клетках м-РНК этого фермента [6]. Следовательно, с молекулярно-генетической точки зрения, мутация высокоолеиновости вызывается нарушением регуляции транскрипции экспрессирующегося только в клетках зародыша семени ФАД2 гена [7].

Изучение эффекта супрессии мутации высокоолеиновости в ходе гибридологического анализа было целью данной работы.

Материал и методы. В скрещиваниях использованы линии генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК: высокоолеиновые ЛГ26 и ВК508; линолевые ЛГ28, 83HR4, RIL100, К1587 и ВИР721. Гибридологический анализ выполнен принятыми в лаборатории генетики ВНИИМК методами.

Определение жирно-кислотного состава масла проводили с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот на хроматографе Хром-5 с пламенно ионизационным детектором.

Показатель степени доминирования признака рассчитывали как отношение h/d, где h - отклонение фенотипа Fj от среднего (m) между ранжированными родителями Pj и P2, а d - половина разности между родителями Pj и Р2 или модуль разности любого родителя и m.

Результаты и обсуждение. В рамках международной программы изучения генетики мутации высокоолеиновости у подсолнечника нами была получена из INRA (г. Монпелье, Франция) в 2003 г. рекомбинантная инбредная линия RIL100. Эта линия представляла собой F6 (I5) поколение скрещивания 83HR4xRHA345. Главной особенностью RIL100 являлось необычное сочетание мутации высокоолеиново-сти, идентифицируемой по молекулярному маркеру, с нормальным низкоолеиновым фенотипом.

В задачи нашей работы входила проверка присутствия Ol мутации у RIL100 путём гибридологического анализа. В скрещиваниях участвовали три нормальные по жирно-кислотному составу линии: RIL100 (40 % олеиновой кислоты), 83HR4 (42 %) и ЛГ28 (27 %). Все семена F1 двух комбинаций скрещиваний RIL100*83HR4 и ЛГ28xRILШ0 обладали нормальным фенотипом. У семян F2 от скрещивания RIL100*83HR4 и одной семьи ЛГ28^Ш100 наблюдались только нормальные фенотипы (табл. 1). В другой семье ЛГ28^ГЬ100 обнаружено 9 мутантных семян (80-92 % олеиновой кислоты) из 120 штук.

Таблица 1 — Наследование мутации высокоолеиновости в F2 в скрещиваниях с линией RIL100

______________________________________________ВНИИМК, Краснодар, 2003 г.

Число семян F2, шт.

Скрещивание нормальных мутантных

(27-71 % С18:1*) (77-93 % С18:1)

RIL100x83HR4 30 0

ЛГ28xRILI00 80 0

111 9

* - С18:1 - олеиновая кислота

Факт появления рекомбинантных высокоолеиновых семян в F2 при скрещивании обычных по жирно-кислотному составу линий был обнаружен впервые и доказывает наличие мутации Ol у RIL100 в гипоста-тическом состоянии. Данные гибридологического анализа подтвердили предположение, высказанное французскими учёными в молекулярно-генетическом исследовании мутации [4].

Второй аспект изучения особенностей супрессорного эффекта был связан с проведением гибридологического анализа мутации в скрещивании с предварительно отобранными из мировой коллекции подсолнечника линиями, существенно снижающими содержание олеиновой кислоты у гетерозиготных семян.

Так, в скрещивании высокоолеиновой ВК508 с двумя супрессорными линиями К1587 и ВИР721 в F1 доминировал признак нормального содержания олеиновой кислоты со значениями h/d 0,05 и 0,25. Этот факт подтвердил ингибиторный эффект супрессорных линий. Тем не менее, высокоолеиновая ЛГ26 в скрещивании с супрессорами показала полное доминирование мутации в Fj с h/d, равным 1,12 и 0,96 (табл. 2).

Таблица 2 - Степень доминирования высокоолеиновости в семенах Fl

ВНИИМК, Краснодар, 2003 г.

Скрещивание Содержание олеиновой кислоты, % (n = 20) Степень доминирования, h/d НСР05

? Fi S

К1587хВК508 53 71 91 -0,05 5

ВИР721хВК508 32 54 91 -0,25 6

К1587хЛГ26 53 89 87 1,12 2

ВИР721хЛГ26 32 86 87 0,96 3

НСР05 4 8 1

Смена доминирования признака в различных скрещиваниях может объясняться взаимодействием супрессора и мутации 01 по типу доминантного эпистаза. Более парадоксальным представляется феномен отсутствия единообразия гибридов заключающийся в существенном варьировании содержания олеиновой

кислоты в отдельных семенах по всем фенотипическим классам от нормального до мутантного для двух первых комбинаций скрещиваний. Очевидно, что дигетерозиготное состояние мутации Ol и супрессора может сопровождаться неопределенностью значений признака у семян Fb тогда как гомозигота по супрессору приводит во всех случаях к нормальному фенотипу (RIL100).

В шести семьях F2 с участием ВК508 наблюдалось дигенное расщепление на фенотипические классы нормальный и высокоолеиновый в модельном отношении 13 (9 Ol-Sup-, 3 olol Sup-, 1 olol supsup): 3 (Ol- sup-sup). Кроме того, в одной корзинке все семена оказались фенотипически нормальными. При скрещивании ЛГ26 с супрессорами, однако имело место моногенное расщепление 1 нормальный : 3 высокоолеиновых (табл. 3).

Таблица 3 — Расщепление в F2 по мутации высокоолеиновости масла в отдельных семенах при скрещивании с супрессорными линиями

ВНИИМК, Краснодар, 2003-2004 гг.

Скрещивание Фенотип F1, % Число семян F2, шт. Доля мутантов х2

норма мутация 13:3 1:3

ВИР721хВК508 29 40 0 0,00 - -

35 34 6 0,15 0,37* 76,80

35 37 3 0,08 3,32* 97,20

72 34 6 0,15 0,37* 76,80

85 33 7 0,18 0,04* 70,53

К1587хВК508 55 33 7 0,18 0,04* 70,53

70 30 10 0,25 1,03* 53,33

ВИР721хЛГ26 85 10 30 0,75 83,08 0,00*

85 15 25 0,63 50,25 3,33*

85 5 35 0,88 124,10 3,33*

85 14 26 0,65 56,16 2,13*

К1587хЛГ26 85 8 32 0,80 98,50 0,53*

85 9 31 0,78 90,62 0,13*

* - р > 0,05, x2st = 3,84

В полевых условиях 2005 г. из отдельных семян Б2 с известным жирно-кислотным составом получено 79 семей Б3 в трёх комбинациях скрещиваний ВИР721*ЛГ26, К1587*ВК508 и ВИР721*ВК508. В каждой корзинке проанализировано по 10 отдельных семян для оценки гомогенности потомства (табл. 4).

Первое скрещивание ВИР721*ЛГ26 характеризовалось в Б3 классическим типом моногенного наследования 1:2:1 по числу нормальных, расщепляющихся и мутантных семей. Кроме того, мутантные семена Б2 дали потомство в Б3 двух видов: или мутантное, или расщепляющееся, тогда как нормальные семена Б2 -только нормальное. Следовательно, мутация 01 наследовалась в Б3, как моногенный доминантный признак.

Во втором скрещивании К1587*ВК508 не обнаружено ни одной гомогенной семьи Б3 с мутантными семенами. При этом расщепление в Б2 на 30 нормальных : 10 мутантных соответствовало схеме 13:3, согласно которой класс мутантных семян должен давать в самоопылённом потомстве два вида семей Б3 - мутантные и расщепляющиеся в отношении 1:2. Из шести полученных семей Б3 четыре показали расщепление, а две были гомогенными, но с нормальными семенами. Следовательно, в Б3 не удалось получить рекомбинантный гомозиготный мутантный фенотип после пребывания мутации 01 в гетерозиготном сочетании с супрессором.

Таблица 4 — Гомогенность семей Г3 по мутации высокоолеиновости масла в отдельных семенах при скрещивании с супрессорными линиями

ВНИИМК, Краснодар, 2005 г.

Скрещивание Число семей F3 , шт.

нормальных, без расщепления расщепляющихся мутантных, без расщепления всего

ВИР721хЛГ26 7 15 7 29

К1587хВК508 18 7 0 25

ВИР721хВК508 25 0 0 25

В третьем скрещивании ВИР721*ВК508, начиная с нормального семени Рь у 40 нормальных семян Б2 и 25 гомогенных семей Б3 с 250 нормальными семенами наблюдалось полное отсутствие семян с мутантным фенотипом. Это "исчезновение" мутации не может быть отнесено к артефакту за счёт отсутствия гибридизации отдельного трубчатого цветка корзинки материнской формы ВИР721 и его самоопыления. Прямым доказательством успешной гибридизации явилось моногибридное расщепление в Б2 по гену антоциановой окраски всего растения Т (121 антоциановых : 36 зелёных, х2(31)=0,36; р > 0,05) и дигибридное расщепление

по гену T и гену-локализатору антоциановой окраски в лепестках язычковых цветков G (78 антоциановых : 79 не антоциановых, х2(9:7)=2,75; р > 0,05). Рецессивные аллели этих маркерных генов находились у отцовской формы ВК508.

Заключение. В результате гибридологического анализа установлено наличие у нормальной по жирно-кислотному составу линии RIL100 мутации Ol в гипостатическом состоянии. При скрещивании нормальных линий ЛГ28^ГЬ100 в F2 обнаружены рекомбинантные высокоолеиновые фенотипы с частотой около 8 %.

Наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ЛГ26 с супрессорами К1587 и ВИР721 соответствовало моногенной доминантной схеме в Fb F2 и F3. Это явление указывает на устойчивость мутации Ol в генотипической среде линии ЛГ26 к действию супрессора. С другой стороны, наследование мутации высокоолеиновости в скрещивании линии ВК508 с супрессорами в Fj и F2 описывалось дигенной моделью по типу доминантного эпистаза Sup над Ol в отношении 13 нормальных : 3 мутантных. Комбинация К1587*ВК508 показала в F3 отсутствие гомозиготных высокоолеиновых семей, а ВИР721*ВК508 - отсутствие не только гомозиготных высокоолеиновых, но и расщепляющихся семей, т.е. полное исчезновение мутантных семян. Подобное явление реверсии признака к дикому типу, вероятно, может объясняться репарационным механизмом действия супрессора.

Благодарности. Данная работа поддержана грантом № 08-04-99109 регионального конкурса РФФИ.

Литература

1. Демурин, Я. Н. Поиск супрессорных генотипов по мутации высокоолеиновости масла семян подсолнечника / Я. Н. Демурин, О. М. Борисенко, С. Г. Ефименко // НТБ ВНИИМК, Краснодар, 2004. - Вып. 2 (131). - С.31-34.

2. Демурин, Я. Н. Наследование мутации высокоолеиновости в семенах F2 у подсолнечника / Я. Н. Демурин, О. М. Борисенко // Наука Кубани. - 2005. - № 4. - С. 108-111.

3. Demurin, Ya. Unstable expression of Ol gene for high oleic acid content in sunflower seeds / Ya. Demu-rin, D. Skoric // In: Proc. 14th Int. sUnflower Conf., Beijing. Shenyang, China, 12-20 June 1996. - 1996. - Р. 145150.

4. Lacombe, S. An oleat desaturase and a suppressor loci direct high oleic acid content of sunflower (Helianthus annuus L.) oil in the Pervenets mutant / S. Lacombe, F. Kaan, S. Leger, A. Berville // Life Sciences (Paris). -2001. - 324. - Р. 1-7.

5. Garces, R. In vitro oleate desaturase in developing sunflower seeds / R. Garces, M. Mancha // Phytochemistry. - 1991. - Vol. 30. - No.7. - Р. 2127-2130.

6. Lacombe, S. Analysis of desaturase transcript accumulation in normal and in high oleic oil sunflower development seeds / S. Lacombe, A. Berville // In: Proc. 15th Int. Sunflower Conf., 12-15 June 2000, Toulouse, France: A1-A6.

7. Martinez-Rivas, J. M. Spatial and temporal regulation of three different microsomal oleat desaturase genes (FAD2) from normal-type and high oleic varieties of sunflower (Helianthus annuus L.) / J. M. Martinez-Rivas, P. Sperling, W. Luhs, E. Heinz // Molecular Breeding. - 2001. - 8. - Р. 159-168.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.