close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4202.ГИБРИДИЗАЦИЯ HORDEUM VULGARE L

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dh-ЪШЪ
На правах рукописи
ЧЕРНОВ
Владимир Евгеньевич
ГИБРИДИЗАЦИЯ Hordeum vulgareL. С ДИКОРАСТУЩИМИ ВИДАМИ
ЯЧМЕНЯ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ IN VITRO ВИДОВ И МЕЖВИДОВЫХ
ГИБРИДОВ
Специальность: 03.00.13- генетика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург
2004
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена в лаборатории биотехнологии Государственного научного
центра Российской Федерации Всероссийского научно-исследовательского
института растениеводства имени Н.И.Вавилова Российской академии
сельскохозяйственных наук (РАСХН)
Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор
Суриков Игорь Михайлович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Ригин Борис Викторович;
кандидат биологических наук
Бузовкина Ирина Сергеевна
Ведущее учреждение: Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск
Защита состоится 27 февраля 2004 в 10 часов на заседании диссертационного
совета Д 006.041.01 при Государственном научном центре РФ Всероссийском
научно-исследовательском институте растениеводства им. Н.И.Вавилова по адресу:
190000, Россия, г.Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 44.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Всероссийского ;>л
исследовательского института растениеводства им. НЛ.Вавилова
Автореферат разослан 20 января 2004 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета
доктор биологических наук, профессор
Л ("У^
Э А.Гончгр<
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общая характеристика работы.
Актуальность темы: Ячмень Hordeum vulgare как зерновая культура широко
распространен во многих географических зонах. Дикорастущие виды рода Hordeum
произрастают на территории Евразии, Южной и Северной Америки, Северной Африки
в зонах с экстремальными почвепно-климатическими условиями. Виды рода несут ряд
признаков приспособления к экстремальным факторам среды обитания, таким как
высокая засоленность почвы, засуха, низкие отрицательные температуры.
Дикорастущие виды могут содержать до 22 % белка и до 3 % лизина в запасных
белках зерновок (Ahokas, 1982). Среди дикорастущих видов встречаются формы,
устойчивые к мучнистой росе (Segal, Dorr , 1987; Fukuyama, Heta, Takeda, 1986), к
пыльной головне (Кобылянский, 1963) и различным видам тли (Merkle, Webster,
Morgan, 1987; Weibull, 1987).
В настоящее время генетический потенциал дикорастущих видов ячменя
использован в селекции в незначительной степени. Это связано с недостаточной
изученностью частных механизмов межвидовой несовместимости и возможностей ее
преодоления при гибридизации внутри рода Hordeum. Комплексное изучение
механизмов несовместимости культурного ячменя с дикорастущими видами Hordeum
различного геномного состава, представляющих все секции рода: Hordeum, Anisolepis;
Critesion, Stenostachys необходимо для разработки методических подходов к
использованию генофонда дикорастущих видов в селекции ячменя.
Использование методов культивирования in vitro тканей и клеток необходимо в
таких программах как для получения, так и для дальнейшего размножения
полученных гибридных форм. Культурный ячмень широко используется в
экспериментах по культивированию in vitro тканей и органов, для него разработаны
системы культивирования, изучены особенности регенерации. Виды дикорастущего
ячменя используются в подобных экспериментах ограниченно. Работ, в которых
изучается культура тканей дикорастущих видов, не много, невелико количество
изученных видов (Исаева, Першина, Шумный, 1983; Breiman, 1985; Ortonl980, RotemAbarbanell, Breiman, 1989).
Цель н задачи исследования Цель этой работы - изучение совместимости
культурного ячменя Hordeum vulgare с дикорастущими видами; создание и
размножение гибридных форм с использованием методов in vitro.
В связи с этим, в задачи работы входило:
1. Изучить особенности прогамной совместимости культурного ячменя Hordeum
vulgare L. с дикорастущими видами рода Hordeum
2. Изучить особенности постгамной несовместимости видов рода Hordeum и оценить
эффективность получения гибридных растений с использованием эмбриокультуры;
3. Изучить каллусогешгую и регенерационную способность родительских видов и их
гибридов при культивировании in vitro;
4. Изучить стабильность числа хромосом в соматических и спорогенных тканях
межвидовых гибридов культурного ячменя с дикорастущими видами;
5. Изучить изменчивость числа хромосом в регенерационном потомстве
экспериментальных растений различного геномного со<ташА__гюлученных_ с-.
участием Н.ргосегит.
'
.,,,,-: г ••••,
\71ж7ш&
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научная новизна. Впервые проведено изучение совместимости дикорастущих
видов ячменя с ячменем культурным в прогамной стадии. Показано, что рост
пыльцевых трубок в большинстве изученных комбинаций протекает нормально. В
реципрокных скрещиваниях H.vulgare с H.pusillum обнаружена блокировка роста
пыльцевых трубок. В процессе работы впервые изучены причины летальности
зародышей и проростков в реципрокных скрещиваниях культурного ячменя с
H.murinum (4x, 6х).
Впервые изучены особенности культивирования in vitro дикорастущих видов
ячменя H.pubiflorum, H.procerum, H.lechJery, H.arizonicum, H.depressum (4x),
H.secalirmm, H.parodii (6x), H.intercedens, H.flexuosum, H.muticum. У представителей
рода Hordeum выявлено 3 типа регенерации: единичная, множественная,
множественная с некрозом каллусов. Установлено доминирование высокой
регенерационной способности дикорастущих видов при культивировании in vitro
межвидовых гибридов с H.vulgare.
Сравнительное цитогенетическое изучение гибридов культурного ячменя с
дикорастущими видами H.procerum, H.jubatum, H.kchlery, H.arizonicum, H.depressum
(4x), H.parodii (6x) и гаплоидов ряда видов: H.vulgare, H.depressum, H.procerum
позволило сделать заключение, что нестабильность числа хромосом в спорогенной
ткани пыльников гибридов обусловлена взаимодействием генома H.vulgare с
чужеродными геномами этих видов.
Сравнительное изучение различных комбинаций скрещиваний культурного
ячменя с видами различных секций рода Hordeum показало, что несовместимость
геномов культурного ячменя и дикорастущих видов, проявляющаяся на постгамных
стадиях развития: в эмбриогенезе и в дальнейшем онтогенезе гибридных растений,
характерна для всех комбинаций межвидовых скрещиваний. У гибридов разного
геномного состава несовместимость проявляется на разных этапах онтогенеза,
начиная с раннего эмбриогенеза до развития спорогенной ткани пыльников.
Практическая и теоретическая значимость работы. Сведения о
совместимости геномов культурного ячменя с геномами дикорастущих видов в
эмбриогенезе и последующих этапах онтогенеза межвидовых гибридов расширяют
представления об особенностях взаимодействия геномов H.vulgare с геномами видов
различных секций рода Hordeum, а так же позволяют прогнозировать эффективность
межвидовых скрещиваний в различных комбинациях.
Выделенные в работе образцы видов Hordeum с высокой регенерационной
способностью в культуре in vitro, сохраняющейся при длительном культивировании
каллусов, могут быть использованы в биотехнологических программах как доноры
высокой регенерационной способности.
Апробапня работы. Результаты работы представлены на Всесоюзной научной
конференции по сельскохозяйственной биотехнологии, Целиноград, 1991; на
Международном симпозиуме «Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant
Improvement», Австрия, Тюльн, 1997; на научной сессии Северо-Западного научного
центра РАСХН «Научные проблемы создания новых сортов сельскохозяйственных
культур, адаптированных к современным условиям производства и переработки»,
Санкт-Петербург, 1998; на Международной конференции «Проблемы интродукции
растений и отдаленной гибридизации», ГБС, Москва. 1998; .на X Международной
конференции по эмбриологии растений «From Gametes to Embryos», Словакия, Нитра,
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2001, на XI Международной конференции по эмбриологии растений «Plant reproduction:
From MendeltoMolecular Biology-», Чехия, Брно, 2003.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 23 работы.
Объем и структура работы. Работа изложена на 187 страницах и состоит из
введения, обзора литературы, 2-х глав экспериментальной части, включающих 26
таблиц и 1 рисунок, заключения, выводов, списка литературы из 302 наименований,
приложения из 13 рисунков и 14 таблиц.
Материал и методы исследований.
В экспериментах была использована коллекция дикорастущих видов,
включающая 77 образцов 24 видов различного геномного состава, представляющих
все секции рода Hordeum: Виды секции Hordeum:, H.vulgare ssp. spontaneum Koch.
(2x) (I)*, H.vulgare ssp. agriocrithon Aberg. (2x) (I), H.bulbosum L. (2x, 4x ) (I, 11),
H.murinum L. ssp. glaucum(Steud.) Tzvelev (2x) (Y), H.murinum L. subsp.leporinum
(Link)Arcangeli (4x, 6x) (YY, YYY), H.murinum L. subsp. hrasdanicum Gandil.(6x)
(YYY);, виды секции Anisolepis: H.pusillum Nutt. (2x) (H), H.intercedens Nevski (2x) (H),
H.flexuozum Steud (2x) (H), H.muticum Presl. (2x) (H), H.chihnse Roem. & Schult(2x)
(H), H.cordobense Bothm.et at. (2x) (H), H.stenostachys Goodr. (2x) (H), виды секции
Critesion: H.pubiflorum Hooker F. (2x) (II), H.jubaturn L. (4x) (HH), .H.arizonicum Covas
& Stebbins (6x) (HH??); H.procerum Nevski (6x) (HH??), H.lechlery Nevski (6x) (HH??);
виды секции Stenostachys: H.marinum Huds. (2x) (X), H.marinum Huds. (4x) (XX),
H.secalinum Schreb. (4x) (H7?), H.roshevitzii Bowden (4x) (H"'H?), H.brachiantherum
Nevski subsp. californicum (Covas & Stebbins) Bothm. (2x) (H'"), H.erectifolium Bothmer
et al. (2x) (HH), H.parodii Covas (6x) (HH'H?), H.patagonicum (2x) (H). Культурный
ячмень H.vulgare L. (I) был представлен 8 сортов культурного ячменя, 3 из которых:
Betzes, Bonus и Roland хорошо скрещиваются с пшеницей.
Гибридные и гаплоидные растения различного геномного состава,
использование в экспериментах по микроклонированию и в цитогенетических
исследованиях, получены в процессе экспериментов по отдаленной гибридизации.
Культивирование родительских видов и скрещивания проводили в летний период
1989-1998 гг. в условиях опытного поля ВИР и физиологической площадки
лаборатории биотехнологии, г. Пушкин.
Для получения гибридных и гаплоидных растений 15-16 -дневные зародыши
(гроращи вали в эмбриокулыуре с использованием питательной среды Р8 (Лукьянюк,
Игнатова, 1983).
Для изучения особенностей кадлусогенеза у видов рода Hordeum и выбора
оптимальной среды для микроклонирования гибридов использовали среды B5L
(Seguin-Swartz, Kott, Kasha et all., 1984), Мурасиге-Скуга (MS) (Murashige, Skoog,
1962), N6 (Chu, Wang, Sun, 1975), содержащие 2,4 - Д в концентрации 2 мг./л. Для
регенерации растений из каллусов использовали среду N6 с добавлением кинетина в
концентрации 1 мг./л. В качестве эксплантов для индукции каплусогенеза
использовали незрелые зародыши, зрелые зерновки и молодые соцветия (до мейоза).
Микроклонирование гибридов осуществляли индукцией регенерации из каллусов,
- геномный достав вида
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
полученных из молодых соцветий с использованием среды N6 с 2 мг./л. 2,4 -Д для
каллусообразования и N6 с 1 мг./л кинетина для регенерации.
Для анализа роста пыльцевых трубок пестики, зафиксированные через 10 и 30
минут после опыления, окрашивали хлопчатобумажным синим (Вишнякова, 1989 г.).
Рост пыльцевых трубок наблюдали в люминесцентный микроскоп Люмам И-1 при
возбуждении флюоресценции стенок пыльцевых трубок УФ-светом.
Анализ цитогенетических нарушений в эмбриогенезе при гибридизации H.vulgare
с тетраплоидными и гексаплоидными образцами Н.типпит проводили на временных
ацегорсеиновых препаратах.
Стабильность хромосомного состава в спорогенной ткани пыльников у гибридов
F1 изучали на стадии Ml мейоза. Цитологические исследования числа хромосом в
спорогенных и соматических тканях проводили общепринятыми методами на
временных ацегорсеиновых препаратах.
Результаты исследований
1. Гибридизация H.vulgare с дикорастущими видами Hordeum.
В период с 1987 по 1998 гг. было проведено 244 комбинации скрещиваний.
Результаты гибридизации представлены в табл. 1. Прогамная стадия при скрещивании
H.vulgare с дикорастущими видами различных секций протекала нормально в
большинстве исследованных гибридных комбинаций. Пыльцевые трубки в тканях
пестика развиваются беспрепятственно, дорастают до завязи и входят в зародышевый
мешок. Блокировку роста пыльцевых трубок наблюдали только в реципрокных
комбинациях H.pusillum Н1906 х H.vulgare.
При изучении особенностей постгамной несовместимости показано, что в
скрещиваниях H.vulgare с дикорастущими видами секции Hordeum завязываемость
зерновок значительно варьирует в зависимости от комбинации, но во всех
комбинациях скрещиваний в пределах этой секции наблюдали развитие
дифференцированных зародышей., за исключением скрещиваний культурного ячменя
с диплоидными образцами Н.типпит.
При скрещивании H.vulgare с видами секции Anisolepis , включающей только
диплоидные виды, частота завязываемости варьировала в зависимости от образца. Для
комбинаций скрещиваний культурного ячменя с видами этой секции выявлены
рсципрокные различия: при использовании дикорастущего ячменя в качестве
материнской формы частота завязываемости зерновок всегда выше. В большинстве
комбинаций в гибридных зерновках развивались недифференцированные
глобулярные зародыши, или зародыши отсутствовали. При использовании в
скрещиваниях некоторых образцов H.chilense и H.muticum наблюдали развитие
мелких дифференцированных зародышей, не способных к прорастанию в
эмбриокультуре (табл. 2).
При скрещивании полиплоидных видов секции Critesion: H.jubatum (4x),
H.lechlery (6x), H.procenim (6x), H.arizonicum (6x) с H.vulgare частота завязываемости
зерновок варьировала в зависимости от комбинации и года проведения скрещиваний,
и не превышала в наших экспериментах 50%. В реципрокных комбинациях
скрещиваний достоверных различий по этому показателю не наблюдали.
б
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.
Скрещиваемость культурного ячменя H.vulgare с образцами дикорастущих видов рода
Hordeum
Исполадо Исполь­ Число
•вано дико­ зовано комби­
растущих образцов наций
Гибридная комбинация
образцов H.vulgare
3
H.vulgare х H.vulgare
4
2
H.vulgare х H.sponlaneum
3
3
2
H.vulgare x H.bulbosum (2x>
4
6
2
4
H.vulgare x H.bulbosum (4x)
5
H.vulgare х H.nmrinum (2x)
2
2
3
4
H.murinum (2x) x H.vulgare
2
9
H.vulgare х H.murinum (4x)
4
4
1
4
H.murinum (Ьх) x H.vulgare
6
3
3
4
H.vulgare xH.murinum (6x)
2
H.murinum (6x) x H.vulgare
3
3
7
H.vulgare x H.pusillumQx)
1
1
1
Hpusiltum (2x) x H.vulgare
2
1
2
2
4
H.vulgare x H.muticum (2x)
3
2
3
4
H.muticum(2x) x H.vulgare
H.vulgare x H.fiexuosum (2x)
2
1
2
2
1
2
H.ytecuosum(2x) x ulgare
3
1
3
H.vulgare x Я chilense(2\)
1
H. chilenseilx) x Я. vulgare
2
2
H. vulgare x H.stenoslach)4i(2x}
1
2
2
H.slenoslaehyi2x) x H.vulgare
1
2
2
2
H. vulgare x H.pubif!orum(2x)
1
2
H.pubiflorum(2x) x H.vulgare
1
1
1
H.vulgare x H.jubatum(4x)
2
2
3
H.jvbamm(4x) x H. vulgare
2
1
2
H.vulgare x H.procerum(6x)
2
9
10
H.procerumffix) x H.vulgare
2
1
2
1
H.vulgare x H.Iechteryifix)
2
2
1
H. lechlery (6x) * H.vulgare
3
3
H.vulgare x H.arizonicum (6x)
1
3
3
H.arizonicum(6x) x H.vulgare
1
1
1
2
1
2
H.vulgare x H.marmum(2x)
2
H.marinum (2x) x H.vulgare
1
2
H.vulgare x H.marinum (4x)
5
5
1
#.тагшшп(4х):)с H.vulgare
5
7
2
1
H.vulgare x H ereclifolium (2x)
1
1
H.erectifolium (2x) x H.vulgare
]
1
1
H.vulgare x Hpalagonicum (2x)
2
1
2
H.palagonicum {2x> x H. vulgare
3
3
1
2
4
H. vulgare x H. califomicum (2x)
2
2
H.califnmicum (2x) x H.vulgare
2
H.vulgare x H.depressum(4x)
1
1
1
H. depressum (4x) x H. vulgare
2
1
2
H. vulgare x Н.рагоЛЦЬх)
1
1
1
H.parodii (6x) x H.vulgare
1
1
1
- мелкие слабодифференцированные зародыши
Завязалось
зерновок,
Зерновок с зародышами, %
%
Дифференци­ Недифферен­
рованными цированными
94,7 - 100
0
87,5-100
0
0-33.3
25,0 - 88.1
22,7 - 83,9
0:24,1
0
0
0
0;4,4
32,6-76,8
0
0-35,7
0
25,0 -96,2
0
0-100
0
0
0
0
0-50,0
0
0;67,6
0; 16,9*
0-50,0
0
0;100
0
14,3 - 50,0
0
0
0;27,4*
0;6,6
0
0; 25.0
0
0
0
0
0;45,5*
0
25,0-100
0; 57,5
66.7-100
0
26,3 - 100
0; 30,8
37,5 - 100
0
75,0 - 100
0
71,4-81,0
0
85,7 - 100
0
100
о
0; 6,8*
0
0; 20,0
0; 23,1
0 - 35,7
0-25.5
28,9 -100
0-7,1
0
0
0
10,0
78.3; 100*
0
0-14,8*
0-11,1
0 - 8,7*
0; 11,8
27,3; 52,6*
0
0
93,8
15,8-80,3
о
82,6
0
0
45,5
59,3 - 90,5
44,4 - 88,5
22,1-88.2
26,8-91,3
0;2,4
0-17,5
41,9-80,5
5,1-49,2
11,4 - 73.8
0-14,6
0
0-21,4
0-26,8
0-96,5
0;4,4
11,2-19,0
16,5
52,1; 59,2
0;4,5
4,3; 22,6
0
25.9;33J
11,1-42,9
7,1-25,0
0-29,1
10,0 - 45,3
8,7-47,6
22,2 - 30,8
0-6,3
26,7
7,8; 23,1
13,5; 21,5
30,3-78,3
4,1-56,3
2,6
9,9
4,5-24,7
0-30,3
3,7-31,5
20,1; 39,4
10,3
7,8-31,6
15,5
15,2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.
Результаты межвидовой гибридизации Hordeum vulgare с дикорастущими видами ячменя
Гибридная комбинация
H.vulgare xH.bulbosum (2n=14)
H.vulgare x H.bulbosum (2n=28)
H.murinvm (2n=14) x ll.xulg.are
H.vulgare x H.mwinwn (2n=28)
H.murinum (2n=28) x H.vulgare
H.vulgare x H.murinum (2n=42)
Число Число Получе­
комби­ зароды­ но про­
наций шей ростков
4
18
5
21
2
14
2
9
0
30
718
474
34
410
87
346
230
11
H..murimim (2n=42) x H.vulgare
13
73
32
H.muticum (2n=14) x H.vulgare
H.flexuosum (2n=14) x H.vulgare
H. chilense (2n=14) x H. vulgare
H.puhiflorum (2n=14) x H.vulgare
H.jubatum (2n=28) x H.vulgare
H.vulgare x H.jubatum (2n=28)
H.procerum (2n=42) x H.vulgare
О
1
1
1
2
3
2
8
2
10
1
4
16
49
0
0
0
0
4
И
30
H.vulgare xH.procerum (2n=42)
5
82
48
H.vulgare x H.lechlery (2n=42)
H.lechlery (2n=42) x H.vulgare
1
2
15
26
10
9
H.vulgare x H.arizonicum (2n=42)
H.arizonicum 2n=42) x H.vulgare
H.marinum (2n=14) x H.vulgare
H.vulgare x H.marinum (2n=28)
H.marinum (2n=28) x H.vulgare
H.erectifolium (2rr=14) x H.vulgare
H.patagonicum (2n=14) x H.vulgare
H.vulgare x H.patagonicum (2n=14)
H.californicum (2n=14) x H.vulgare
H.vulgare x H.californicum (2n=14)
H.depressum (2n=28) x H.vulgare
2
2
3
5
7
1
1
1
2
2
2
6
12
11
29
76
1
9
2
13
2
20
4
9
1
0
40
0
2
0
0
0
11
Характеристика полученных
растений
гаплоиды Н. vulgare
триплоидные гибриды
летальность проростков
летальность проростков
гибриды; летальность
проростков
гибриды; летальность
проростков
гибриды (п=21)
гибриды (п=21)
Эу- и анеупл. Гибриды (п=2628), галл. H.procerum (n=21)
Эу- и анеуплоидные гибриды
(п=26,27,28)
Эуплоидные гибриды (п=28)
Эу- и анеуплоидные гибриды
(п-23,28)
Эуплоидные гибриды (п=28)
Эуплоидные гибриды (п=28)
гаплоид H.marinum (n=7)
гаплоиды H.marinum (n=I4)
летальные проростки
гибриды (п=21),гаплоид
H.depressum (n=14)
гибриды (п=21)
гибриды (п=28)
гибриды (п=28)
2
4
9
5
5
3
В зерновках развивались преиму ществе нно ди< нреренцированные гибридные
зародыши, прорастающие в эмбриокультуре. При скрещивании культурного ячменя с
диплоидным видом этой секции - H.pubiflorum - наблюдается низкая частота
завязываемости и реципрокные различия по этому показателю. Зародыши
недифференцированы, не прорастают в эмбриокультуре (табл. 1,2).
H.vulgare x H.depressum (2n=28)
H.parodii (2n=42) x H.vulgare
H.vulgare x H.parodii (2n=42)
1
1
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При межвидовой гибридизации культурного ячменя с видами секции
Stenostachys развитие зародышей также зависит от уровня плоидности дикорастущего
вида, участвующего в скрещиваниях. Отсутствие зародышей или их слабая
дифференциация наблюдается в результате скрещиваний культурного ячменя с
диплоидными образцами этой секции, в скрещиваниях с тстра- и гексаплоидными
образцами число дифференцированных зародышей выше. Данные о
жизнеспособности гибридных зародышей в эмбриокультуре и полученных растений в
разных геномных комбинациях приведены в табл. 2. В результате прорастания
зародышей от скрещивания H.vulgare с диплоидным луковичным ячменем, получены
гаплоиды культурного ячменя, с тетраплоидным цитотипом луковичного ячменя триплоидные гибриды. В скрещиваниях культурного ячменя с диплоидным
H.murinum развивались недифференцированные зародыши, которые не прорастали в
эмбриокультуре. В гибридных комбинациях с тетраплоидными образцами H.murinum,
несмотря на нормальную дифференцировку, прорастала лишь часть зародышей, а все
проростки погибали на стадии первого листа.
Для установления причин летальности был проведен цитогенетический анализ
гибридных зародышей 8,11-13-дневного возраста. Для восьмидневных зародышей от
реципрокных скрещиваний H.murinum(4x) с H.vulgare характерна высокая
митотическая активность, нарушения делений не наблюдалось, все зародыши были
гибридными с 21 хромосомой. Нарушения в клетках зародышей (микроядра, слипание
хромосом, хромосомы, не связанные с веретеном деления) наблюдаются на 11 сутки
после опыления. К 13 дню количество микроядер значительно увеличивается, падает
число делящихся клеток. Отмечены 17-20 - хромосомные гипоплоидные клетки.
Возможно, эти нарушения и вызывают летальность зародышей и проростков. При
скрещивании культурного ячменя с гексаплоидными образцами H.murinum все
вычлененные зародыши хорошо дифференцированы, отмечено развитие эндосперма.
Клетки 11-13 - дневных зародышей имеют 28 хромосом, тенденции к элиминации
хромосом на этой стадии не выявлено, микроядра в клетках отсутствуют, ткани
зародыша обладают высокой митотической активностью. Зародыши прорастали в
эмбриокультуре, у большинства проростков отмечены аномалии морфогенеза. Среди
нормальных проростков были как летальные, так и единичные жизнеспособные
растения. Анализ числа хромосом в корешках погибающих проростков выявил
тенденцию к элиминации хромосом: наряду с 28-хромосомными клетками
обнаружены гипоплоидные 23-27 - хромосомные клетки. Возможно, процесс
элиминации хромосом, начинающийся в период прорастания зародышей приводит к
летальности проростков.
В гибридных комбинациях H.vulgare с полиплоидными видами секции Critesion
зародыши развивались в гибридные растения. В результате скрещиваний H.vulgare с
Н.ргосегит и H.lechlery наряду с эуплоидными 28-хромосомными растениями
встречаются гипоплоидные формы. Это связано с элиминацией некоторых хромосом
в эмбриогенезе. Гибриды этих комбинаций имеют многолетний образ жизни. При
культивировании в течение нескольких лет число хромосом у гибридов, как
эушюидных, так и анеуплоидных, не изменялось.
В скрещиваниях культурного ячменя с Н.ргосегит было получено одно
гаплоидное растение, то есть при определенных условиях в эмбриогенезе может
происходить полная элиминация генома культурного ячменя.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Виды секции Stenostachys при гибридизации с культурным ячменем дают
широкий спектр вариантов развития гибридных зародышей зависящий от вида и
уровня плоидности. В этой секции наблюдается тенденция повышения степени
дифференцированности зародышей при повышении уровня плоидности
дикорастущего вида. Результатом гибридизации с использованием различных
цитотипов H.marinum являются только гаплоиды дикорастущего ячменя.
Н.тагтит{4к) в этих скрещиваниях используется в качестве материнского родителя,
поэтому можно предположить различные механизмы их происхождения: 1)
элиминация хромосом культурного ячменя в эмбриогенезе (тип «bulbosum»); 2)
i-аплоидный партеногенез (развитие зародыша без оплодотворения) или гемигамия
(развитие зародыша из зиготы, в которой не происходит слияния половых ядер). Как
показано в ряде цитоэмбриологических исследований, в этой комбинации,
наблюдается элиминация хромосом культурного ячменя. Этот процесс начинается
ранних стадиях эмбриогенеза и протекает быстро (с 3 по 8 день после опыления)
(Солнцева, Пендинен, 1999; Solntseva, Pendinen, Chernov, 1997). Таким образом, при
скрещивании H.marinum с H.vulgare несовместимость геномов этих видов
проявляется на постгамной стадии в эмбриогенезе и не зависит от генотипов
родительских форм.
При скрещивании диплоидных видов H.erectifolium, H.califomicum и
H.patagonicum с H.vulgare жизнеспособных растений не получено. В скрещиваниях с
использованием полиплоидных видов: H.depressum (4x) и H.parodi'i (6x) в опыленных
колосьях развиваются зерновки с дифференцированными зародышами,
прорастающими в эмбриокультуре в гибридные растения. Кроме того, в
скрещиваниях с H.depressum получен 1 гаплоид дикорастущего вида.
Таким образом, наблюдается тенденция увеличения результативности
скрещиваний при повышении уровня плоидности дикорастущего родителя. Результаты
гибридизации: получение эу- и анеуплоидных гибридов, а так же гаплоидов,
летальность проростков определяются геномным составом видов, используемых в
скрещиваниях.
2. Культура in vitro н микроразмножение родительских видов и межвидовых
гибридов
2.1 Каллусогенез у видов рода Hordeum
Для эффективного использования метода микроклонирования in vitro и
прогнозирования его результатов изучалась эффективность каллусогенеза,
интенсивность роста каллусной ткани у различных видов Hordeum из различного типа
эксплантов. Изучена эффективность индукции каллуса и интенсивность роста
каллусной ткани при эксплантации незрелых зародышей на среды разного
минерального состава. Выявлена значительная гетерогенность рода Hordeum по
признакам эффективности каллусогенеза и интенсивности роста каллусов на средах
разного состава. Интенсивность роста каллусов у разных видов зависела от
минерального состава среды. Интегральная характеристика роста каллусов видов,
относящихся к разным секциям рода Hordeum представлена на рисунке 1.
Представленная диаграмма показывает, что для секции Hordeum более
интенсивный рост наблюдается на средах MS и B5L, менее интенсивный - на среде
ю
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
N6. У видов других секций: Anisolepis, Critesion, Stenostachys на среде N6
наблюдается более интенсивный рост каллусов, чем на других средах. Возможно, это
связано с различной чувствительностью видов к соотношению форм азота в
питательных средах и с различным типом роста каллусов. Для каллусов большинства
изученных образцов видов секции Hordeum, вероятно, прирост биомассы происходит
в значительной степени за счет роста отдельных клеток, что подтверждается
формированием наружных областей каллусов крупными клетками. Для многих
ячменей других секций рода характерно развитие каллусов за счет интенсивных
клеточных делений, что подтверждается наличием у каллусов этих видов большого
числа меристематических зон.
280-)
1 1 (
B5I N6 M/S
Sect. H o r d e u m
1 1 1 1 1 1 [
B5I N6 M/S
B5I \ 6
Sect. Anisolepis
1 1 1 |
M/S
Sect. Critesion
h
B5I N6 M/S
Sect. Stenostachys
Рис. 1. Влияние состава питательных сред на интенсивность роста каллусов видов
разных секций рода Hordeum
На среде N6 формируются каллусы с большим числом меристематических зон,
чем на средах B5L и MS, что характерно как для дикорастущих видов, так и для
культурного ячменя. В связи с этим, среда N6 выбрана как оптимальная для индукции
каллусогенеза и культивирования in vitro всех видов рода Hordeum и межвидовых
гибридов.
2.2 Регенерациояная способность видов и межвидовых гибридов.
Характеристика регенерации растений из каллусов необходима для
прогнозирования возможностей микроразмножения. Проведена сравнительная оценка
эффективности и типа регенерации растений из каллусов, полученных из незрелых
зародышей ячменя на средах разного состава после пересадки на органогенную среду.
Каллусы видов секции Hordeum обладали более низкой эффективностью
регенерации по сравнению с каллусами видов секций Critesion, Stenostachys и ряда
видов секции Anisolepis. полное отсутствие регенерации на органогенной среде и
некроз каллусов отмечен у некоторых образцов H.murinum и H.spontaneum из секции
п
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Hordeum и у H.pusillutn (секция Anisolepis). Наиболее высокую эффективность
регенерации при использовании трех типов эксплантов: молодых соцветий, зрелых
зерновок и незрелых зародышей, обнаружена у образцов видов H.jubatum и
Н.ргосегит (секция Critesiori) (табл. 3).
Обобщая результаты изучения особенностей регенерации в каллусах разных
видов ячменя из различных типов эксплантов, для представителей рода Hordeum
можно выделить три типа регенерации". 1) единичную, встречающуюся чаще всего у
видов секции Hordeum; 2) можественную, наблюдаемую у видов H.jubatum
Н.ргосегит, H.lechlery, H.muticum, H.flexuosum; 3) множественную с некрозом
каллусов, характерную для образцов H.depressum(4x) и H.chiJense.
Таблица 3.
Регенерация растений видов Hordeum в каллусах, полученных из разных типов
эксплантов.
^———————*——^——
Тин эксОбразец
планта
H.vulgare Roland
H.murinum
И-0118916 (4х)
H.flexuosum HI 116
I H.muticumH95Z
\н.риэШитИ-49\050
1 H.jubatum K-l
Н.ргосегит
И-491049
H.lechlery H1496
H.depressum W309
Каллусов Эффектив­
с регене­ ность реге­
рацией нерации, %
0
0
5
16,7
10
25,0
4
22,2
1
2,1
9
30,0
12
20,0
31
77,5
7
70,0
6.4
3
3
6,8
13
65,0
соцв.*
зар.**
зерн.**
соцв.
зар.
зерн.
соцв.
зар.
зерн.
соцв.
зар.
зерн.
Число
каллу­
сов
40
30
40
18
49
30
60
40
10
26
44
20
соцв.
зар.
зерн.
соцв.
зар.
соцв.
зар.
зерн.
соцв.
зар.
соцв.
12
40
20
138
36
119
22
10
45
36
157
0
0
0
138
14
119
10
3
26
1
12
0
0
0
100,0
38,9
100
45,5
30,0
57,8
2,8
7,6
зар.
30
7
23,3
*- соцветия; **- незрелые зародыши; *** - зерновки
12
Тип регенерации
единничная
единничная
единничная
единничная
единничная
множественная
множественная
множественная
множественная
множественная 1
множеств, с домин.
одного побега
;
множественная
множественная
множественная
множественная
множественная
множественная
множественная
множественная,
некроз, калл.
множественная,
некроз, калл
I
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Культивирование первичных каллусов на средах разного минерального состава
не влияло на тип регенерации после переноса каллусов на органогенную среду N6.
Различия в минеральном составе влияли лишь на эффективность регенерации. При
сравнительной оценке регенерации растений из каллусов, полученных из различных
типов эксплантов: незрелых зародышей, молодых соцветий, зрелых зерновок
установлено, что тип экспланта не влияет на тип регенерации, характерной для
образца, но может влиять на эффективность регенерации (табл. 3).
2.3. Мнкроклоинрованне гибридных форм
Для микроклонирования гибридов в качестве эксплантов были использованы
молодые до мейоза соцветия.
У всех изученных образцов секции Hordeum, включая H.vulgare, за исключением
одного тетраплоидного образца H.murinum (И-0118916), регенерация при
микроклонировании отсутствовала. У большинства изученных образцов из секций
Jnisolepis, Critesion и Stenostachys при микроклонировании наблюдали регенерацию.
Эффективность регенерации варьировала в широких пределах и имела
количественные характеристики, различные для разных образцов. Максимальные
значения эффективности регенерации наблюдали при микроклонировании образцов
H.jubatum и Н.ргосегит (табл. 4).
Микроклонирование гибридов H.vulgare х H.murinum{6x) и H.vulgare х
H.bu1bosum(4x), как и у родительских форм, было неэффективно: регенерации из
каллусов у этих форм, также как и у родительских образцов не обнаружено (табл. 4).
При микроклонировании in vitro гибридов культурного ячменя с образцами
секции Critesion некоторое снижение эффективности регенерации в каллусах
гибридов по сравнению с этим показателем у дикорастущих родителей. При этом,
наблюдалась множественный тип регенерации, характерный для дикорастущих
родителей.
Для реципрокных гибридов культурного ячменя с H.depressum{4x) (секция
Stenostachys), наблюдали более низкую частоту каллусообразования, по сравнению с
дикорастущим родительским образцом, что, вероятно, связано с пониженной
жизнеспособностью гибридных соцветий. У гибридов одной из комбинаций
регенерация растений из каллусов отсутствовала. В другой - тип регенерации у
гибридов соответствовал типу регенерации у дикорастущего родителя (табл. 4).
В целом, при микроклонировании in vitro гибридных растений доминировал тип
регенерации, характерный для дикорастущего вида: множественная регенерация и
множественная регенерация с некрозом ткани каллусов
Значительных фенотипических отличий регенератов гибридов от исходных
гибридных форм после многократных циклов микроклонирования не отмечено. После
длительного пассирования в культуре in vitro удвоения числа хромосом и
восстановления фертилыюсти у растений-регенерантов не наблюдали.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.
Микроразмножение in vitro гибридов культурного ячменя
с дикорастущими видами Hordeum.
Вид, образец
Частота
Число
расте­ ! каллусообний 1 разования,
Частота
регенера­
ции^
Тип регенерации
0
-
%
H.vulgare (Bonus, Roland)
Гаплоид H.vulgare (Bonus)
-
Гаплоид H.vulgare (Roland)
H.murinum И-491045
H.v. (Roland) x H.murinum И-491045
H.bulbosum W4 (4x)
1
1
22,9; 80,0*
0
-
1
4
0
61,54
29,45
20,0-81,0
0
0
0
#.v.(Bonus, Roland) x H.bulbosum W4
(4x)
H.depressum W309
2
73,6; 86,0
0
-
100,0
7,64
Гаплоид H.depressum W309
1
88,9
4,76
H.v. Roland xH.depressum W309
2
24,6; 35,4
5,9; 22,9
H.depressum W309 x H.v. Roland
H.depressum И-538814
2
26,0; 92,3
100,0
19,2; 27,6
61,11
H.depressum И-538814х H.v. Roland
H.procerum W356
Гаплоид H.procerum W356
H.procerum W356 x H.v. Roland
H.v. Roland x H.procerum W356
H.procerum И-491049
H.procerum И-491049 х tf.v.Roland
H.v. Roland x H.procerum И-491049
H.lechlery HI 496
2
-
8,8; 10,3
71,9
70,4
54,8-96,3
25,0-66,8
95,8
68,1-86,5
32,9-89,4
79,03
0
47,57
36.81
26,7-63,9
28,6-54,0
100,0
24,7-39,7
25,0-36,0
57,78
3
10,3-36.0
-
100,0
36,4-50,0
7,4-33,8
37,3-81,8
93,7; 92,5
13,6
86,3; 96,2
42,8
18,0-60,9
39,2-85,4
.H.v. Roland x H.lechlery H1496
H.jubatum K-l
H.vulgare Roland x H.jubatum K-l
H.jubatum K-l x H. vulgare Roland
H.vulgare Bonus x H.jubatum K-l
Я/и2>а/юлШ8,Ш5
H.vulgare Roland x H.jubatum III8
H.vulgare Roland x H.jubatum Ш5
H.arizonicum H2313
1 H.arizonicum H2313 x H.v. Roland
| H. v.Roland x H.arizonicum H2313
-
1
11
3
3
6
2
2
2
1
2
3
3
14
_
-
J
множ.спонт, некроз
кал.
множ., некроз кал.
множ.с доминир. одного
побега, некроз калл. 1
-«-
!
множ.спонт, некроз
кал.
множ.спонт
-«-«-«-«-«-«-
1
множ.с доминир.
одного побега.
16,7-50,0 множ.с доминир. одного
побега
100,0
множ.спонт.
0-12,5
-«4,17
-«0-18,5
-«96,8; 92,5
-«11,11
0; 10,0
-«33,3
-«7,1-50,0
-«16,7-26,7
-«-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Характеристика онтогенетической стабильности межвидовых гибридов
культурного ячменя с дикорастущими видами Hordeum
3.1 Стабильность хромосомного состава в спророгенных тканях пыльников
Для изученных гаплоидов H.vulgare (n=7), H.marinum (п=14), Н.ргосегшп (п=21),
H.depressum (n=14) характерно стабильное число хромосом в клетках спорогешюй
ткани пыльников. Для всех изученных гибридов характерна значительная степень
изменчивости числа хромосом в микроспороцитах (табл. 5).
У эуплоидных гибридов H.vulgare x H.murinwn (6x) характерно преобладание среди
микроспороцитов анеуплоидных гипоплоидных 21-27-хромосомных клеток. Гиперплоидных
клеток не наблюдали. Количество эуплоидных клеток с числом хромосом, соответствующим
числу хромосом в соматических тканях составляет у одного растения 25 %, у другого - 6,7 %
от общего числа изученных клеток. У анеуплоидного 26-хромосомного гибрида число клеток
с числом хромосом, соответствующих соматическому, значительно выше - 63,2%. Среди
клеток с набором хромосом, отличным от соматического: встречаются как гипс- 18-20
хромосомные, так и гнперплоидные 27- и 48-хромосомные клетки. Тенденция к элиминации
хромосом у этого растения не столь выражена. Возможно, это отличие от эуплоидных
гибридов связано с отсутсвием 2-х хромосом, элиминировавших, в эмбриогенезе.
Геном этого гипоплоидного гибрида, возможно, более сбалансирован, чем геномы
эуплоидных гибридов.
Анализ реципрокных эуплоидных гибридов культурного ячменя с образцами
четырех видов секции Critesion: H.jubatwn, H.procerum, H.arizonicwn, H.lechlery
выявил значительную изменчивость числа хромосом в спорогешюй ткани
пыльников: среди анеуплоидных клеток встречаются как гипо-, так и гнперплоидные
клетки (табл. 5). Тенденции к элиминации хромосом у этих форм не отмечено. У
анеуплоидных 27- и 26- хромосомных гибридов H.procerum х H.vulgare так же
значительная часть микроспороцитов имеет число хромосом, отличное от числа
хромосом в соматических тканях
Одно из исследованных растений, полученное при скрещивании H.lechlery x
H.vulgare, представляло собой 23- хромосомный частичный гибрид. Вероятно, в
процессе эмбриогенеза этого гибрида произошла частичная элиминация хромосом
культурного ячменя, так как растение по фенотипу сходно с H.lechlery. Геном этого
гибридного растения имеет полный гаплоидный набор хромосом H.lechlery, и,
вероятно, 2 хромосомы культурного ячменя; в мейозе преобладают 23-хромосомные
клетки -95,2%. Изменчивость по числу хромосом незначительна. Возможно, более
высокий уровень цитогенетической стабильности анеуплоидного растения H.lechlery
х H.vulgare связан с отсутствием ряда хромосом культурного ячменя.
Для гибридов культурного ячменя с видами секции Stenostachys: с
тетраплоидными образцами H.depressum W309 и И-538814 (2п=28) и с H.parodii
HI260 (2п=42), так же как и для гибридов с видами секций Critesion и Hordeum,
характерна изменчивость хромосомного состава микроспороцитов (табл. 5)
Таким образом, присутствие в составе генома гибрида набора хромосом
культурного ячменя приводит к нестабильности числа хромосом.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5.
Изменчивость числа хромосом в микроспороцитах межвидовых гибридов
H.vulgare с дикорастущими видами Hordeum.
Эуплоидных
Анеуплоидных клеток
Число
расте­
клеток
гипоплоидных
j
Гибрид
гипершюидных
ний число
число
число
%
|
%
%
H.vulgare x H.murinum (6x)
9,7
2
7
65
90,3
0
0
1
(6,7; 25,0)* (21-27)** (75,0; 93,3)*
(п=28)
H.vulgare x H.murinum (6x)
1
12
63.2
3
15.8
4
21.1
(24; 20)
(27; 48)
р=26)
Ш-parodii х H.vulgare
16
24
37.2
55.8
1
3
7.0
j
(2п=4х=28)
(22; 27)
(29; 31)
86
74
]H.depresswn x H.vulgare
5
47.3
40.7
22
12.1
(32.3-72.7) (12; 16-20) (12.1-42.1) (22; 25) (15.2-19.4)
(2n=2I)
50.3
140
//. vulgare x H.depressum
4
161
5.3
43.9
19
(16-20)
(28.1-72.0) (22-23) (17.4-19.4)
(2n=21)
(28.0-66.7)
538
65.8
170
20,8
ПО
H. vulgare x H. jubatum
12
13.5
(44.1-85.1)
(16-20)
(7.8-53.3) (22-26) (0-55.9)
(2я-21)
161
50,3
125
H. jubatum x H. vulgare
3
39.1
34
10.6
(16-20)
(68.9-40.3)
(2n=21)
(28.4-49.3) (22; 23) (2.7-14.0)
66,4
Я. vulgare x Critesion (6x: 3
172
66
25,5
21
8,1
(20.0-89,6)
Я. arizomcum, H. lechlery,
(24-27)
(7,1-78.0) (29-31, (2.0-16,0)
40)
H. procerum) (2n=28)
201
43,6
228
Critesion (бх; Я. lechlery, 9
49,5
32
6,9
(6,3-82.1)
H. arizonicum,H- procerum)
(23-27)
(10.3; 34.8) (29-32; (1,9-52,7)
x Я. vufeore (2n=28)
35; 42)
3
146
54.7
H. procerum x H. vulgare
91
34.1
30
11.23
(34.8-63.4)
(21-26)
(2n=27)
(24.1-52.5) (28-30) (0; 12.3)
52
26.3
51.0
22.7
1Я. procerum x Я. vulgare
2
101
45
(13.1; 62.3) (5, 7, 12-25) (32.1; 57.9) (27-36; (29.0; 5.7)
(2n=26)
42;47;
48)
95.2
3
Я. lechlery x Я. vulgare
1
118
2.43
3
2.42
(21; 22)
hn=23)
100
0
Гаплоид H.procerum W356
1
47
0
0
0
(n=21)
[Гаплоид H.vulgare (Bonus)
1
214
97,3
2
0,9
4
1,8
(6)
(8)
[Гаплоид H.depressum
43
100
0
0
0
1
0
(иг14)
541
100,0
0
Гаплоиды H.marinum
10
0
0
0
W117W436H-0118920
*- Пределы варьирования частоты (%) эу-, гипо- и гипершюидных микроспороцитов
между отдельными растениями комбинации
**- Число хромосом в гипо- и гипершюидных клетках
1
M)
Поскольку для межвидовых гибридов с участием H.vulgare характерна
изменчивость числа хромосом в спорогснных тканях пьшьников, а для гаплоидов
ряда видов ячменя эта особенность не отмечена, можно сделать заключение, что
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цитогенетическая нестабильность вызвана особенностями взаимодействия генома I
H.vulgare с чужеродными геномами в синтезированных гибридных геномах.
3.2. Изменчивость числа хромосом при микроразмножении
эксперментальиых форм, полученных с участием Н.ргосегит.
Для сравнительного изучения изменчивости числа хромосом в регснсрационном
потомстве при микроразмножении были использованы следующие формы: 1)
реципрокные эуплоидные и анеуплоидный гибриды культурного ячменя с Н.ргосегит
изменчивые по числу хромосом в материнских клетках пыльцы, но имеющие
стабильный набор хромосом в соматических тканях, 2) цитогенетически стабильные
растения: ячменно-пшеничный гибрид Н.ргосегит х T.aestivum, гаплоид Н.ргосегит, а
так же родительский образец Н.ргосегит, для которых не отмечено изменчивости
числа хромосом ни в соматических, ни в спорогенных тканях.
В регенерационном потомстве цитогенетически стабильных форм:
родительского образца Н.ргосегит (2п=42), гаплоида H.procerum(n=2l), межродового
гибрида Н.ргосегит с Triticum aestivum не наблюдали рененерантов с числом
хромосом, отличным от числа хромосом растений-доноров эксплантов (табл. 6).
Таблица 6.
Изменчивость числа хромосом в регененерационном потомстве растений различного
геномного состава, полученных с участием Н.ргосегит.
Геномная комбинация
H.vulgare Bonus x Н.ргосегит
п=4х=28
H.vulgare Roland x Н.ргосегит
п=Цх=28
п=27
Н.ргосегит W356 х H.vulgare
Roland
n=4x=28
Н.ргосегит W356 х T.aestivum
Chinese spring
n=6x-42
Гаплоид Н.ргосегит W356
n=3x=21
Н.ргосегит W356 2n=42
Изучено
регенерантов
4
11
13
23
36
Из них растений с числом хромосом
Исход­ АнеуплоМиксоплоидным
ным
идным
2
0
2
(25,27,28*;22,26,28*)
6
2
3
(27)
(27,28*;26,27,28*)
0
9
4
(26,28) (26,27*Д8;27*,28; 26,27*)
10
4
9
(26 ,27*г28;27,28*; 26,28*)
(27)
36
0
0
19
19
0
0
40
40
0
0
- Число хромосом в модальном классе клеток
Во всех семьях регенерантов реципрокных эуплоидных и анеуплоидного
гибридов культурного ячменя с Н.ргосегит наблюдали растения с числом хромосом,
отличным от исходного. Среди них встречались как анеуплоидные растения с числом
хромосом, отличающихся от исходного, так и миксоплоидные растения со
значительной изменчивостью числа хромосом в соматических тканях. У большиства
миксоплоидных растений модальный класс составили клетки с числом хромосом
растений-доноров эксплантов. Число анеуплоидных регенерантов составило 27 % от
общего числа изученных регенерантов гибридов этой комбинации, миксоплоиды
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
составляли 48 %. Лишь 25% среди изученных регенерантов этой группы имели
исходное число хромосом в соматических тканях (табл. 6). Цитогенетическая
нестабильность при микроразмножении in vitro межвидовых гибридов не связана с
элиминацией хромосом. В регенерационном потомстве анеуплоидного гипонлоидного
гибрида встречались 28-хромосомныс растения, которые, вероятно, не являются
истино эушюидными растениями, так как у них исходно отсутствовала как минимум 1
хромосома.
Таким образом, при микроклонировании гибридов с различной геномной
структурой степень цитогенетичеекой стабильности растений при культивировании in
vitro зависит от стабильности генома растений-доноров эксплантов. Изменчивость
хромосомного состава растений в регенерационном потомстве является следствием
взаимодействия родительских геномов H.vulgare и Н.ргосегит в синтезированном
гибридном геноме. Стрессовые условия культивирования in vitro усиливают эту
нестабильность.
ВЫВОДЫ
/. Межвидовая несовместимость при гибридизации культурного ячменя
H.vulgare L. с дикорастущими видами Hordeum чаще всего проявляются на
постгамных стадиях: в эмбриогенезе и последующих этапах онтогенеза растений,
проявления процессов несовместимости определяются геномным составом
родительских видов.
2. Несовместимость геномов культурного ячменя с диплоидными видами
Hordeum: H.muticum, H.chilense, H.flexuasum, H.pusillum и H.stenostachys H.pubijlorum,
H.erectifolium, H.patagonicum, H.erectifolium, H.marinum, H.murinum проявляется в
эмбриогенезе и приводит к развитию аномальных по морфологии зародышей,
нежизнеспособных в эмбриокультуре.
3. В комбинациях скрещиваний культурного ячменя с полиплоидными видами
Hordeum: H.bulbosum(4x), H.murinum(4x, 6x) H.depressum (4x) и H.parodii (бх),
H.jubatum (4x), H.procerum(fix), H.lechlery{6x\ H.arizonicum (6x) H.depressum (4x) и
H.parodii (6x) развиваются дифференцированные зародыши, способные к
прорастанию в эмбриокультуре.
4. На ранних стадиях эмбриогенеза гибридов H.marinum(4x) x H.vulgare(2x) - до
6-8 дня происходит элиминация хромосом культурного ячменя, приводящая к
возникновению в потомстве только гаплоидов H.marinum (п=2х=14).
5. Летальность дифференцированных зародышей реципрокных гибридов
H.murinum(4x) с H.vulgare является следствием несовместимости в период активного
роста и дифференциации зародышей: на 10-11 сутки после опыления в делящихся
клетках происходят цитогенетические нарушения: слипание хромосом, аномалии
расхождения хромосом в анафазе митоза, образования микроядер.
6. Летальность гибридных проростков и растений в стадии кущеният в
скрещиваниях H.vulgare с гексаплоиднымн Н.тиггпит{(гх), вызвана цитогенетичекой
нестабильностью, связанной с элиминацией хромосом, приводящей к химерности
тканей.
7. Для представителей рода Hordeum характерны видоспецифнчные особенности
каллусогенеза и регенерации. Виды секции Hordeum, включая H.vulgare,
характеризуются слабой регенерационной способностью. Наиболее высокой
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
регенерационной способностью обладают представители видов Critesion: Ftjubatum,
Н.ргосетт при использовании в качестве первичных эксплантов молодых соцветий и
незрелых зародышей.
8. У представителей рода Hordeum выявлено три типа регенерации в каллусах: 1)
единичная - у видов секции Hordeum, а так же образцов H.cordobense и
Н.calif omicum; 2) множественная - у видов секции Critesion и у большинства
изученных образцов видов секции Stenostachys; 3) множественная с некрозом каллуса
- у образцов H.depressum и H.chilense.
9. У межвидовых гибридов H.vulgare с видами H.procerum, H.jubatum, H.lechlery,
H.arizonicum, H.depressum и H.parodii при микроклонировании in vitro наблюдается
доминирование типа регенерации дикорастущего родителя.
10. Взаимодействие генома культурного ячменя с чужеродными геномами
дикорастущих видов всех секций: Н.типпит(бх), Н.ргосегит(бх), H.lechlery(6x),
H.jubatum(4x), H.arizonicum (бх), H.depressum (4x), H.parodii(6x) в синтезированных
формах приводит к цитогенетической нестабильности, проявляющейся в
изменчивости числа хромосом в спорогенной ткани пыльников.
11. Изменчивость числа хромосом в регенерационном потомстве растений при
микроклонировании in vitro зависит от цитогенетической стабильности
размножаемых генотипов, являющихся донорами эксплантов.
Практические рекомендации
1. Сведения о совместимости культурного ячменя с дикорастущими видами могут
найти применение в работах по отдаленной гибридизации и интрогрессии генов
устойчивости к биотическим и абиотическим факторам среды в геном культурного
ячменя.
2. Выделенные в работе образцы видов и гибридов ячменя с высокой
регенерационной способностью могут быть использованы в биотехнологических
программах как доноры этого признака.
3. Результаты цитогенетических исследований межвидовых гибридов ячменя, могут
быть использованы для прогноза цитогенетической стабильности
гибридных растений различного геномного состава.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
1. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Каллусотенез и регенерация в культуре незрелых
зародышей дикорастущих видов рода Hordeum II Научно-технический
бюллетень ВНИИР им. Н.Н.Вавилова. - СПб. -1990. Вып.204. С.20-23
2. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Особенности микроразмножения in vitro гибридов
H.procerum с H.vulgare II Материалы всесоюзной научной конференции по
сельскохозяйственной биотехнологии. Целиноград, 1991. С.78-79.
3. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Скрещиваемость культурного ячменя с
некоторыми образцами дикорастущих видов Hordeum II Сб. науч. тр. СЗ НПО
Белогорка «Биотехнологические методы создания исходного материала для
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
селекции зерновых, картофеля и клевера лугового в Нечерноземной зоне
РСФСР» Ленинград, 1991. С.109-П8.
4. Суриков И.М., Чернов В.Е., Пендинсн Г.И. Использование дикорастущих видов
Hordeum в межвидовых скрещиваниях с культурным ячменем // Проблемы
отдаленной гибридизации в семействах злаковых и пасленовых: Сб. научн.
трудов по прикл. бот., ген. и сел. -СПб. 1992. Т.148. С.18-28.
5. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Особенности микроразмножения in vitro
межвидовых гибридов ячменя // Проблемы отдаленной гибридизации в
семействах злаковых и пасленовых: Сб. научн. трудов по прикл. бот., ген. и сел.
-СПб. 1992. Т.148. С. 53-57.
6. Pcndinen G., Chernov V. Polyploid nature of Hordeum marinum Huds.(4x) and
Hordeum depressum Skribn. & Srn.(4x)// ProcXV Botanical Congress. Yokahama,
Japan, 1993, p.510
7. Чернов B E . Цитогенетические особенности взаимодействия геномов Hordeum
jubatum и Hordeum vulgare у межвидовых реципрокных гибридов // Генетика.
1994. Т.ЗО, Приложение: Материалы съезда ВОГИС, Саратов, 20-25 декабря. С.
176.
8. Пендинен Г.И., Чернов BE. Особенности взаимодействия геномов Hordeum
depressum (Skribn. & Sm.) Ribd. (4x) с геномами ржи Secale cereale(2x) и ячменя
Hordeum vulgare L.(2x) в мейозс гибридов Fl// Генетика, 1995, T.31, №3, c.374381
9. Пендинен Г.И., Чернов BE. Характеристика несовместимости Hordeum
murinum различной нлоидности с Hordeum vulgare II Тез. докл. симпозиума
«Проблемы репродуктивной биологии растений» Пермь, 1996. С. 153-155.
10. Chernov V.E. Cytogenelical instability of. interspecific Hordeum hybrids // Proc.
Intern. Symp. «Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement».
Tulln, Austria, 1997. P.46.
11. Pendinen G.I., Chernov V.E. Cytogenetic peculiarities of genome interaction in
interspecific and intergeneric hybrid in connection with evolutionary origin of
parental Hordeum species// Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant
Improvement. Ed. by T.Lelley, Wien, Austria, 1998. P.154-161.
12. Solntseva MP., Pendinent G.I., Chernov V.E. Haploids in crosses Hordeum
marinum (4x) x H.vulgare I! Apomixis Newsletter. 1998. N 10. http://
192.100.189.39
13. Пендинен Г.И., Чернов В.Е. Цитогенетические особенности межвидовых и
межродовых гибридов Hordeum в связи с эволюцией родительских видов //
Тез.докл. Международной конфер. «Проблемы интродукции растений и
отдаленной гнбрндизации».ГБС, Москва. 1998. С.400-402
14. Чернов В.Е., Ханина А.С., Пендинен Г.И. Цитогенетическая стабильность
регенерационного потомства при микроразмножении in vitro гибридов
различного геномного состава, полученных с участием Hordeum procerum
Ncvski.// Тез.докл. Международной конфер. «Проблемы интродукции растений
и отдаленной гибридизации». ГБС, Москва. 1998. С.494-495.
15. Pendinen G.I., Chernov V.E. Peculiarities of postgamous incompatibility and embryo
development in crosses of Hordeum vulgare L. with H.murinum L. (2x, 4x, 6x) //
Abstracts of Xth International Conference of Plant Embryology «From Gametes to
Embryos», Nitra, Slovak Republic, 2001, p.58.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16. Чернов BE., Пендинен Г.И. Возможности использования в декоративных
целях и особенности микроклонального размножения дикорастущих видов
Hordeum II Научные труды Литовского Института Садоводства и овощеводства
и Литовского Сельскохозяйственного университета. Садоводство и
овощеводство. 2001.20(4)2. С. 124-131.
17. Pendinen G., Chernov V. Some peculiarity of postgamous incompatibility during
embryogenesis in crosses of H.vulgare with wild Hordeum species // Abstracts of
XVII International Congress on Sexual Plant Reproduction «Sexual plant
Reproduction in Nature and the Laboratory». Lublin, 2002, p.l 12.
18. Pendinen G.I., Solntseva M.P., Chernov V.E. Interaction of parents genomes in
embryogenesis of different interspecific Hordeum crosses /7 Plant reproduction: From
Mendel to Molecular Biology. IX International Conference on Plant Embryology. Book of
Abstracts. September, 1-3.2003. Brno. Czech Republic. P. 105.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
13
Размер файла
661 Кб
Теги
4202, hordeum, vulgare, гибридизация
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа