50 МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. В. В. Толмачев, Института

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ.
Научно-технический бюллетень
Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур
2006, вып. 2 (135)
В. В. Толмачев,
кандидат биологических наук
Института масличных культур,
г. Запорожье
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ КРАЕВЫХ ЦВЕТКОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА
УДК 633.854.78:631.52
Изменчивость формы ложноязычковых цветков подсолнечника, обусловленная
соотношением длины и ширины отгиба (“язычка”) цветка, а также разной степенью его
гофрированности определяет хорошо отличимые, а в ряде случаев, уникальные характеристики коллекционных образцов, линий, гибридов и сортов подсолнечника.
В процессе инцухтирования, как правило, в коллекционном, реже – селекционном материале с низкой частотой обнаруживаются спонтанные мутации ложноязычковых
цветков, превращающие их в трубкообразные, колокольчиковидные и иные формы. Как
следствие, ботанический термин “ложноязычковые цветки” теряет смысл. Поэтому для
описания данного типа наследственной изменчивости цветков корректнее использовать
термин “краевые цветки”.
Наличие одного рецессивного гена “fd”, определяющего появление коротких
трубкообразных краевых цветков, впервые было установлено ещѐ в работах Е. М. Плачек [1].
G. N. Fick [2] описал две линии подсолнечника, обладающие короткими трубкообразными, и одну линию с длинными трубкообразными краевыми цветками; признаки
цветков охарактеризованы как моногенные рецессивные, без обозначения генов. Автором опубликованы фотографии цветущих растений, хорошо передающие морфологические особенности цветков.
Кроме того, A. Kovacik, V. Skaloud [3] описали два рецессивных гена “fl”, контролирующие также признак короткие трубкообразные краевые цветки. Эти же авторы описали ген “ft“, контролирующий образование удлиненных трубочек у краевых цветков
подсолнечника.
А. Ф. Першин, И. М. Першина [4] условно подразделили краевые цветки на четыре типа:
– длинные трубкообразные, имеющие 20-80% проявления;
– короткие трубкообразные с 100% проявлением;
– колокольчикообразные, длиной 3-4 см;
– конические трубки с открытыми концами.
В. В. Толмачѐв с соавторами [5] установил сцепленное наследование признаков
длинные трубкообразные краевые цветки и лимонная окраска краевых цветков.
В. А. Гаврилова [6] описывает моногенный рецессивный контроль колокольчиковидных ложноязычковых цветков, а также упоминает об образце коллекции с ложноязычковыми цветками, раздвоенными в верхней части.
Так как вышеописанные исследования по наследованию формы краевых цветков
были выполнены в разное время, на разном материале, то идентификация описываемых
генов не проводилась, а линии – носители признаков – не сохранялись. В связи с этим, к
примеру, маловероятно утверждение, что пять различных генов, контролируют признак
короткие трубкообразные краевые цветки, но и отвергнуть эти сомнения, также нет основания.
Поэтому только систематическая работа по формированию, поддержанию и генетическому изучению признаковых коллекций, которые включают максимальное количество образцов с различным проявлением конкретного признака, позволяет корректно
изучать генетический контроль данного признака.
50
Материалы и методы. В мировой коллекции подсолнечника ВИР, на Кубанской
опытной станции ВИР (пос. Ботаника, Краснодарский край) в результате инцухтирования
нами был выделен ряд линий с изменѐнной формой краевых цветков:
– LD 831 с короткими трубкообразными краевыми цветками, из образца коллекции Ин481916 (Румыния);
– LD 951 с длинными трубкообразными краевыми цветками, из линии SL 1547
(Болгария);
– LK 2207 с длинными трубкообразными краевыми цветками, из образца коллекции K 2207;
– In К 235 с длинными перьевидными краевыми цветками, из образца коллекции
К 235;
– LK1254 с локально свернутыми язычковыми цветками, из образца коллекции
К-1254;
– ВИР369 с короткими полосовидными язычковыми цветками.
Из коллекции подсолнечника ВНИИМК (г. Краснодар) в скрещивания были привлечены коллекционные линии:
– КГ 4 с длинными трубкообразными краевыми цветками;
– 207, D1149 с колокольчиковидными краевыми цветками.
Все линии подвергались самоопылению под индивидуальными изоляторами в течение 3-5 поколений. Скрещивание линий проводилось с использованием ручной кастрации с последующим опылением пыльцой отцовской линии. Полученное потомство F 1
высевалось в поле или в фитотроне и самоопылялось под индивидуальными изоляторами. Потомство каждого растения на следующий год высевалось отдельными делянками и
анализировалось.
При использовании метода гибридологического анализа фенотипические классы
выделялись с учѐтом фенотипа F1 и фенотипов обоих родителей.
Соответствие эмпирического и теоретически ожидаемого расщепления в F2 оценивалось по критерию χ2 Пирсона.
Основная часть. После выделения из коллекционного материала образцов подсолнечника с изменениями в форме язычковых (краевых) цветков нами был изучен генетический контроль этих признаков. С этой целью образцы с особенностями морфологии
краевых цветков были скрещены с линиями, обладающими нормальными ложноязычковыми цветками.
В результате гибридологического анализа потомств F1 и F2 было установлено, что
у всех выделенных образцов трубкообразность, колокольчиковидность краевых цветков
наследуются как моногенные рецессивные признаки.
В качестве примера приводим результаты расщепления в потомстве F 2 от скрещивания линий ВА2 (с нормальными язычковыми цветками, со светло-желтой окраской
язычковых цветков – ген «ly») и D1149 (с колокольчиковидными краевыми цветками, с
желтой окраской цветков), из которого, помимо подтверждения контроля признака колокольчиковидности краевых цветков одним рецессивным геном, следует вывод о независимом наследовании признаков формы и светло-желтой окраски цветков (табл. 1).
Таблица 1 – Независимое наследование в F2 колокольчиковидной формы
и светло-жѐлтой окраски краевых цветков в комбинации
скрещивания линий ВА2хD1149
Окраска краевых цветков
Форма краевых цветков
Эмпирическое расщепление
Ожидаемое отношение
Теоретически ожидаемое
расщепление
Жѐлтые
колокольнорма
чиковидные
552
200
9
3
569
190
Светло-жѐлтые
колокольнорма
чиковидные
194
66
3
1
190
63
Всего
1012
16
1012
χ2=1,25< χ2о5(k=3)=7,82
51
После определения характера наследования каждого из вновь описанных признаков формы краевых цветков мы осуществили тест на аллелизм генов, контролирующих вышеперечисленные признаки.
При идентификации рецессивных генов трубкообразной формы краевых цветков
линий LD951 и КГ4 в F1 наблюдается фенотип "нормальные язычковые цветки", а в F 2
расщепление на два фенотипа "нормальные" и "трубкообразные" краевые цветки в отношении 9:7. Это означает, что линии КГ4 и LD951 имеют 2 неаллельных рецессивных
гена с очень близким фенотипическим проявлением (табл. 2).
Таблица 2 – Наследование признаков трубкообразной формы
краевых цвєтков (к. ц.) подсолнечника
Родительские линии
Комбинация
скрещивания
КГ-4 х
К-235
LD951 х
КГ4
LD951 х
К-235
LD951 x
LK2207
фенотип
Длинные трубкообразные
к. ц. х длинные
перьевидные
к. ц.
Длинные трубкообразные
к. ц. х длинные
трубкообразные
к. ц.
Длинные трубкообразные
к. ц. х длинные
перьевидные
к. ц.
Длинные трубкообразные
к. ц. х длинные
трубкообразные
к. ц.
генотип
tu1 tu1
x
tu2b tu2b
tu2a tu2a
x
tu1 tu1
Фенотип
F1
Ложноязычковая
форма
к. ц.
(норма)
Лоноязычковая
форма
к. ц.
(норма)
норма
Расщепление в F2
трубкообразперьеные
виддлинные
ные
перьевиднотрубкообразные
Ожидаемое
отношение
χ2
133
43
36
11
9:3:3:1
2,04
167
128
-
-
9:7
0,01
tu2a tu2a
x
tu2btu2b
Трубкообразная
форма
к. ц.
-
59
24
-
3:1
0,67
tu2a tu2a
x
tu2a tu2a
Трубкообразная
форма
к. ц.
-
150
-
-
-
-
Примечание: χ2о5(k=3)=7,82; χ2о5(k=1)=3,84
Мы предлагаем обозначить ген, обусловливающий образование длинных трубкообразных краевых цветков у линии КГ4, символом "tu 1 ", а ген линии LD951, детерминирующий также образование длинных трубкообразных краевых цветков, символом "tu2"
(от английского tube - трубка).
Идентификация рецессивного гена трубкообразных краевых цветков линии
LK2207 при еѐ скрещивании с линией LD951 показала, что в линии присутствует ген "tu 2"
Итак, нами было установлено, что фенотипически близкие признаки «длинные
трубкообразные краевые цветки» линий КГ4, LD951 и LK2207 контролируются двумя рецессивными генами tu1 и tu2 (причем в линиях LD951 и LK2207 присутствует идентичный
ген tu2).
Длинные перьевидные краевые цветки линии I nK235 отличаются морфологически
достаточно четко от длинных трубкообразных краевых цветков вышеперечисленных линий, поэтому, осуществляя гибридологический анализ потомств от скрещиваний линии
InK235 с линиями КГ4 и LD951, мы априорно предполагали появление в F 2 новых фенотипических классов и более сложного характера расщепления. Действительно, из результатов расщепления в F2 в комбинации скрещивания КГ4 х InK235 следует, что форма
краевых цветков обеих линий контролируется двумя разными рецессивными генами,
причем в F2 с частотой 1/16 появляется новый фенотип – «перьевидно-трубкообразные
краевые цветки», который обязан своим появлением двойным рецессивным гомозиготам,
что свидетельствует о комплементарном взаимодействии между генами (см. табл. 2).
Гибридологический анализ потомства от скрещивания линии InK235 с линией
LD951 должен был ответить на вопрос: присутствует ли в линии I nK235 третий ген, кон52
тролирующий трубкообразность краевых цветков. Потомство F1 комбинации
LD951хInK235 имело длинные трубкообразные краевые цветки, аналогичные цветкам
линии LD951; в F2 наблюдали расщепление на два класса: «длинные трубкообразные» и
«перьевидные» краевые цветки в соотношении 3:1 (табл. 2).
Полученные результаты можно интерпретировать следующим образом:
– в линии InK235 присутствует ген аллельный, но не идентичный гену линии
LD951;
– алельный ген линии LD951 в своем проявлении доминирует над аллелем линии
InK235;
С целью систематизации информации по наследованию признаков предлагаем
обозначить ген, контролирующий трубкообразную форму краевых цветков линии LD951,
символом tu2а; аллельный ген, контролирующий перьевидную форму краевых цветков
линии InK235, символом tu2b.
Так как линии L207 и LD1149 по форме краевых цветков практически не отличимые, логично было предположить гомологичность генов, контролирующих данный признак. И действительно, при гибридологическом анализе нами было установлено, что
линии L207 и LD1149 обладают идентичными генами, контролирующими колокольчиковидную форму краевых цветков: все растения в F 1 по форме краевых цветков были аналогичны родительским линиям, при анализе гибридного потомства F 2 между этими
линиями не наблюдали расщепления по форме краевых цветков.
Интересные результаты были получены при гибридологическом анализе комбинации скрещивания линий LD831 (короткие трубкообразные краевые цветки, с лимонной
окраской) и L207 (колокольчиковидные краевые цветки, с желтой окраской). Потомство
F1 по форме краевых цветков имело большое сходство с цветками линии LD831, хотя и
отличалось по величине трубки венчика. При первоначальном выделении фенотипических классов в F2 растения с проявлением признака на уровне F 1 были отнесены к классу
растений с короткими трубкообразными краевыми цветками; при условии неполного доминирования в F2 наблюдали расщепление на два фенотипических класса: растения с
короткими трубкообразными и колокольчиковидными краевыми цветками в отношении
3:1. Это позволяет сделать вывод, что признаки "короткие трубкообразные краевые
цветки" и "колокольчиковидные краевые цветки" контролируются рецессивными аллельными генами.
Мы предлагаем обозначить ген, контролирующий признак "короткие трубкообразные краевые цветки", линии LD831 символом "hba", а ген, контролирующий признак
"колокольчиковидные краевые цветки" линии L207 (а следовательно, и линии LD1149)
символом "hbz" (от английского handbell – колокольчик). При этом аллель "hba" характеризуется неполным доминированием по отношению к аллелю "hb z. Этот вывод был подтвержден нами при более детальной классификации растений по фенотипам в F2 с
выделением растений "промежуточного типа" (типа F1) в отдельный фенотипический
класс (табл. 3).
Таблица 3 – Наследование признаков короткие трубкообразные и
колокольчиковидные краевые цветки в F2 комбинации скрещивания
линий LD 831(короткие трубкообразные) и L 207(колокольчиковидные)
при неполном доминировании
Форма краевых цветков
Эмпирическое расщепление
Ожидаемое отношение
Теоретически ожидаемое
расщепление
2
χ =0,74<
Короткие трубкообразные
49
1
Промежуточные
101
2
Колокольчиковидные
57
1
51,75
103,5
51,75
Сумма
207
4
207
χ2о5(K=2)=5,99
Аллельные гены "hba" и "hbz" наследуются независимо (не сцеплено) по отношению к гену "l" лимонной окраске краевых цветков.
53
С целью изучения наследования признаков формы краевых цветков подсолнечника при взаимодействии генов была выполнена серия скрещиваний линий LD-831 и
L207(Д1149) с линиями КГ4, LD-951 и InK-235. Обобщенные результаты, включающие
проявление признака в потомстве F1, расщепления на фенотипические классы в потомстве F2 представлены в таблицах 4 и 5 .
Таблица 4 – Наследование признака трубкообразности краевых цветков
подсолнечника при взаимодействии гена hba с генами tu1,tu2 и tu2b
Родительские линии
Комбинация
скрещивания
LD831
х КГ4
LD831
x
LD951
LD831
x K235
фенотип
Короткие трубкообразные к.ц.
х длинные трубкообразные
к.ц.
Короткие трубкообразные к.ц.
х длинные трубкообразные
к.ц.
Короткие трубкообразные к.ц.
х длинные перьевидные к.ц.
генотип
Фенотип F1
норма
Расщепление в F2
трубперьтрубкокоевидобразобразные
ные
ные
коротдлинкие
ные
Ожидаемое
отношение
χ2
hba hba
x
tu1 tu1
Ложноязычковая
форма к.ц.
(норма)
852
294
-
372
9:3:4
0,42
hba hba
x
tu2atu2a
Ложноязычковая форма к. ц.
(норма)
313
116
-
135
9:3:4
3,04
hba hba
x
tu2btu2b
Ложноязычковая форма к. ц.
(норма)
127
-
49
79
9:3:4
5,33
Примечание: χ2о5(k=2)=5,99
В потомстве F1 от скрещивания линий LD-831 с линиями КГ4, LD-951 и InK-235
все растения имели нормальные ложноязычковые краевые цветки, что свидетельствует,
в соответствии с функциональным тестом на аллелизм, о неаллельности рецессивного
гена hba линии LD-831 генам tu1 и tu2.
В потомстве F2 комбинации скрещивания LD-831х КГ-4 наблюдалось расщепление
на три фенотипические класса по форме краевых цветков: нормальные ложноязычковые, трубкообразные длинные, трубкообразные короткие краевые цветки в соотношении
9:3:4 соответственно. Из анализа расщепления в F2 следует, что гены hba и tu1 наследуются независимо. При этом в дигомозиготе hbahbatu1tu1 наблюдается фенотип линии LD831, т. е. проявляется признак "короткие трубкообразные краевые цветки". Следовательно, взаимодействие рецессивных генов формы краевых цветков hba и tu1 осуществляется по типу рецессивного эпистаза (см. табл. 4).
В потомстве F2 комбинации скрещивания LD-831хLD-951 наблюдалось аналогичное расщепление по форме краевых цветков также в соотношении 9:3:4 между фенотипическими классами. Из анализа расщепления в F2 следует, что гены hba и tu2а
наследуются независимо. В дигомозиготе hba hba tu2а tu2а наблюдается фенотип линии
LD-831, т. е. проявляется признак "короткие трубкообразные краевые цветки". Следовательно, взаимодействие рецессивных генов формы краевых hba и tu2а можно отнести к
рецессивному эпистазу (см. табл. 4)
В потомстве F2 комбинации скрещивания LD-831х InK-235 наблюдалось несколько
иное расщепление на три фенотипические класса по форме краевых цветков: нормальные ложноязычковые, перьевидные, короткие трубкообразные краевые цветки в соотношении 9:3:4. Из анализа расщепления следует, что гены hba и tu2b наследуются
независимо. В дигомозиготе hba hba tu2b tu2b наблюдается фенотип линии LD-831, т. е.
проявляется признак "короткие трубкообразные краевые цветки". Следовательно, взаимодействие генов формы краевых цветков hba и tu2b можно отнести к рецессивному эпистазу (см. табл. 4)
В серии скрещиваний линий L-207(D1149) с линиями КГ-4, LD-951 и InK-235 в F1
все растения имели нормальные ложноязычковые краевые цветки, что свидетельствует
о неаллельности рецессивного гена hbz линии L207 генам tu1 и tu2.
54
В потомстве F2 комбинации скрещивания D-1149хKГ-4 наблюдалось расщепление
на три фенотипические класса по форме краевых цветков: нормальные ложноязычковые, трубкообразные длинные, колокольчиковидные краевые цветки в соотношении
9:3:4, что свидетельствует о независимом наследовании генов hbz и tu1, а также о рецессивном эпистазе гена hbz по отношению к гену tu1. Аналогичное расщепление по форме
краевых цветков наблюдалось в потомствах F2 комбинации скрещивания L-207хLD-951 и
D-1149хLD-951, что доказывает независимое наследование генов hbz и tu2а, а также
взаимодействие этих генов по типу рецессивного эпистаза (табл. 5).
Таблица 5 – Наследование признака трубкообразности краевых цветков(к. ц.)
подсолнечника при взаимодействии гена hbz с генами tu1 и tu2a
Рождительские линии
Комбинация
скрещивания
D1149 х
КГ4
D1149х
LD951
L207 x
K235
фенотип
Колокольчиковидные к. ц. х
длинные
трубкообразные к.ц.
Колокольчиковидные к. ц. х
длинные
трубкообразные к.ц.
Колокольчиковидные к. ц. х
перьевидные к. ц.
генотип
hbz hbz
x
tu1 tu1
hbz hbz
x tu2atu2a
hbz hbz
x tu2btu2d
Фенотип
F1
Ложноязычковая
форма
к. ц.
(норма)
Ложноязычковая
форма
к. ц.
(норма)
Ложноязычковая
форма
к. ц.
(норма)
норма
Расщепление в F2
трубкоперьеколообразвидкольные
ные
чикодлинвидные
ные
колокольчикоперьевидные
Ожидаемое
отношение
χ2
297
117
-
135
-
9:3:4
2,39
120
49
-
57
-
9:3:4
1,56
101
106
43
9:3:3:1
1,78
324
Примечание: χ2о5(k=3)=7,82; χ2о5(k=2)=5,89
Иной характер расщепления наблюдали в потомстве F2 комбинации скрещивания
L-207хInK-235. Четыре фенотипические класса в F2 с нормальными ложноязычковыми
(тип F1), с перьевидными (тип линии InK235), колокольчиковидными (тип линии L-207) и
колокольчико-перьевидными (новый фенотип) краевыми цветками находились в соотношении 9:3:3:1, что свидетельствует о независимом наследовании и о комплементарном
взаимодействии генов hbz и tu2b (см. табл. 5)
Обобщая результаты анализа по взаимодействию генов, контролирующих форму
краевых цветков, можно констатировать, что для генов hbа и hbz характерный тип взаимодействия с генами tu1 и tu2 – рецессивный эпистаз. Для пар генов tu1 и tu2b, а также
hbz и tu2b характерно комплементарное взаимодействие.
В ходе изучения наследования формы краевых цветков нами не ставилась трудновыполнимая априорно задача поиска сцепленных пар генов, но, тем не менее, мы
анализировали расщепления в F2 одновременно по нескольким признакам, генетический
контроль которых был известен, включая типы окраски краевых цветков, форму пыльников, ветвление.
В качестве примера приведем результаты тригибридных расщеплений в комбинациях скрещивания ВА2 х InК-235 и LD831 х ВК61.
Независимое комбинирование в F2 признаков (генов) оранжевой (ген"o"), светложелтой ("ly") и перьевидной формы краевых цветков ("tu2b") свидетельствует о несцепленном наследовании генов и позволяет получать растения подсолнечника с любым из
возможных сочетаний этих признаков (табл. 6).
55
Таблица 6 – Независимое наследование в F2 признаков длинные перьевидные краевые
цветки ("tu2b"), светло-желтые краевых цветков ("ly"), оранжевые краевые
цветки ("o") в комбинации скрещивания ВА2 х InК235
Окраска краевых
цветков
Желтые
Форма краевых
цветков
перьевидные
норма
F1
75
18
27
70
норма
Фенотипы
Потомство 433/95
Ожидаемое
отношение
Теоретически
ожидаемое
расщепление
оранжевые
Светло-желто-оранжевые
перьенорма
видные
Светло-желтые
перьевидные
Всего
перьевидные
норма
25
InК235
5
ВА2
28
6
5
2
164
9
9
3
9
3
3
1
64
23
23
7,5
23
7,5
7,5
2,5
164
χ2 =4,77 < χ20.5(k=7)=14.07
Аналогичные закономерности комбинирования в F2 признаков (генов) лимонной
окраски (ген"l"), рассеченной формы пыльников ("spa") и коротких трубкообразных
краевых цветков("hba") свидетельствуют о независимом наследовании этих признаков
(табл. 7).
Таблица 7 – Независимое наследование в F2 признаков короткие трубкообразные
краевые цветки ("hbz"), лимонная окраска краевых цветков ("l"),
рассеченные пыльники ("spa") в комбинации скрещивания LD831х ВК61
Форма краевых цветков
Окраска
краевых
цветков
Пыльники
Фенотипы
Потомства F2
632/97
Ожидаемое
отношение
Теоретически
ожидаемое
расщепление
Нормальные язычковые цветки
желтые
Короткие трубкообразные язычковые
цветки
лимонные
лимонные
F1
48
18
18
7
22
4
10
2
129
21
9
9
3
9
3
3
1
64
54,7
18,1
18,1
6,0
18,1
6,0
6,0
2,0
129
норма
норма
рассеченные
Всего
рассеченные
ВК61
норма
рассеченные
желтые
норма
рассеченные
LD831
χ2 =2,62 < χ20.5(k=7)=14.07
В тригибридном скрещивании LD831 х КГ-4 одновременно учитывались признаки
формы краевых цветков, контролируемые двумя рецессивными генами hb a и tu1, и лимонной окраски цветков, контролируемой рецессивным геном l. В потомстве F 1 этого
скрешивания все растения имели нормальные ложноязычковые цветки желтой окраски.
В трех потомствах F2 наблюдали расщепление по окраске краевых цветков на желтые и
лимонные суммарно в отношении 858:286, что соответствует теоретически ожидаемому
3:1 при моногенном расщеплении, а также расщепление по форме краевых цветков на
нормальные ложноязычковые, длинные трубкообразные и короткие трубкообразные
суммарно в отношении 640:226:278, что соответствует теоретически ожидаемому 9:3:4
при дигенном контроле признака (табл. 8).
Таким образом, каждый из признаков наследовался без каких-либо отклонений
от теоретически ожидаемого. Примечательным и необъяснимым с точки зрения свобод56
ного комбинирования признаков в F2 являлся факт очень низкой частоты встречаемости
фенотипа “длинные трубкообразные краевые цветки с лимонной окраской”. Причем в
потомстве №1324/97 растения с этим фенотипом не были обнаружены вообще среди 388
растений, а в двух других потомствах с объемом 756 растений было обнаружено всего 5
растений, что в 7 раз меньше теоретически ожидаемого. Эти факты свидетельствовали о
вероятном сцепленном наследовании генов tu 1 и l .
Таблица 8 – Сцепленное наследование генов лимонной окраски ("l") и трубкообразной
формы ("tu1") краевых цветков в F2 комбинации скрещивания
линий LD-831 х КГ4
Окраска
краевых
цветков
Желтая
Форма краевых цветков
Потомство
1324//97
Потомство
1125/97
Потомство
1326/97
Всего
Лимонная
Всего
норма
длинные
трубкообразные
короткие
трубкообразные
норма
длинные
трубкообразные
короткие
трубкообразные
152
73
68
72
-
23
388
146
74
73
67
2
22
384
139
74
59
64
3
33
372
437
221
200
203
5
78
1144
В результате самоопыления в потомстве №1326/97 рекомбинантных растений,
обладающих одновременно рецессивными генами tu1 и l была получена линия LD1326 с
генотипом tu1tull, обладающая длинными трубкообразными краевыми цветками с лимонной окраской.
В дальнейшем линия LD1326 была использована для определения тесноты сцепления генов tu1 и l. С этой целью был получен гибрид F1 в комбинации скрещивания
LD1326 x ЗЛ102. Затем было осуществлено скрещивание по типу анализирующего – F1
(ЗЛ102 х LD1326) х LD1326. Линия ЗЛ102 обладает двумя доминантными генами признаков «нормальная (ложноязычковая) форма краевых цветков» и «желтая окраска краевых
цветков», поэтому в F1 проявились доминантные признаки линии ЗЛ102.
В потомствах от анализирующего скрещивания среди проанализированных 1294
растений было обнаружено 54 рекомбинантных растения, в том числе: 26 растений,
имеющих желтую окраску и длинную трубкообразную форму краевых цветков, и 28 растений, имеющих лимонную окраску и нормальную ложноязычковую форму краевых
цветков. Процент кроссинговера между генами, определяемый по отношению числа рекомбинантных генотипов к общему числу проанализированных растений, составил 4,17%
(табл. 9).
Таблица 9 – Расщепление в анализирующем скрещивании в комбинации F1
(ЗЛ102 х LD1326) х LD1326 при сцепленном наследовании генов tu 1 и l
№ семьи
450
451
452
453
904
905
906
Сумма
Желтые краевые цветки
ложнотрубкоязычковые
образные
112
2
118
6
98
1
87
0
48
4
72
6
88
7
623
26
Лимонные краевые цветки
ложнотрубкоязычковые
образные
2
109
6
129
4
119
4
72
1
47
7
72
4
69
28
617
Сумма
225
259
222
163
100
157
168
1294
Процент кроссинговера=54/1294х100%=4,17%
57
При самоопылении образца мировой коллекции подсолнечника ВИР К1254 в ряде
потомств от инбридинга были обнаружены растения с мутацией формы язычковых цветков, которая проявлялась деформацией нижней части язычкового цветка при нормальном развитии верхней части. Мутантный морфотип можно охарактеризовать как
"локально свернутые" язычковые цветки.
В своем проявлении этот признак отличается стабильностью и высокой экспрессивностью, прост при идентификации. После трех циклов инбридинга и отбора на автофертильность на базе выделенных мутантных генотипов была создана линия LK1254,
имеющая локально свернутые язычковые цветки с оранжевой окраской.
Результаты расщепления в F2 в дигибридном скрещивании линий К562 (нормальные язычковые цветки, эректоидный черешок листа) х LK1254 (локально свернутые
язычковые цветки, нормальный черешок) свидетельствуют о контроле признака "локально свернутые язычковые цветки" одним рецессивным геном, а также о независимом
наследовании генов, контролирующих мутантные признаки формы язычковых цветков и
черешка (табл. 10).
Рецессивный ген, контролирующий признак "локально свернутые язычковые
цветки", предлагаем обозначить символом lr (от английского local rolled – локально свернутый).
Независимое наследование гена lr и генов светло-желтой (ly), оранжевой (o) окраски язычковых цветков было установлено по результатам расщепления в F2 в тригибридном скрещивании линий ВА2 (нормальные язычковые цветки, светло-желтая окраска)
х LK1254 (локально свернутые язычковые цветки, оранжевая окраска).
Из мировой коллекции подсолнечника ВИР была выделена линия ВИР369 с язычковыми цветками удлиненно треугольной формы, значительно меньше средней величины и с полосовидной (вдоль жилок) светло-коричневой пигментацией неантоциановой
природы. При скрещивании линии ВИР369 с линией ВА2 в F1 растения обладали нормальными язычковыми цветками. Во втором поколении наблюдалось расщепление на
нормальные язычковые цветки и цветки морфотипа линии ВИР369 в отношении 380:116,
что хорошо соответствует теоретически ожидаемому отношению 3:1 (χ 2=0,72), причем
морфотип язычковых цветков линии ВИР369 наследовался комплексно. Данный признак
мы предлагаем назвать "короткие полосовидные язычковые цветки", а рецессивный ген,
контролирующий этот признак предлагаем обозначить символом shs (от английского
short striped – короткий полосатый).
Таблица 10 – Наследование в F2 признаков "локально свернутые краевые цветки"
и "эректоидность черешка листа" подсолнечника в комбинации
скрещивания К-562 х LK1254
Форма краевых цветков
Форма черешка
Фенотипы
Фектическое
расщепление
Ожидаемое отношение
Теоретически ожидаемое расщепление
Нормальные язычковые
цветки
нормальэректоидный
ный
F1
К-562
Локально свернутые
краевые цветки
нормальэректоидный
ный
LK1254
64
21
16
6
9
3
3
1
60
20
20
7
Всего
107
107
χ2 =1,26 < χ20.5(k=3)=7,82
Из результатов анализов расщепления в F2 в комбинации скрещивания линий
ВИР369хLK1254 можно сделать вывод о независимом наследовании генов lr и shs, контролирующих признаки "локально свернутые" и "короткие полосовидные" язычковые
цветки. Растения F1 обладали нормальными язычковыми цветками, а в F2 наблюдалось
расщепление по форме язычковых цветков в отношении 9:3:3:1 с появлением нового
фенотипического класса "короткие полосовидные, локально свернутые" язычковые цветки, обусловленного совмещением генов lr и shs в дигомозиготе (табл. 11).
58
Таблица 11 – Наследование в F2 признаков "локально свернутые краевые цветки" и
"полосовидные краевые цветки" подсолнечника в комбинации
скрещивания ВИР369 х LK1254
Форма краевых цветков
Фенотипы
Фектическое
расщепление
Ожидаемое
отношение
Теоретически ожидаемое расщепление
Короткие
полосовидные локально
свернутые
Всего
18
5
86
3
3
1
16
16,1
16,1
5,4
86
Нормальные
Короткие полосовидные
Локально
свернутые
F1
ВИР369
LK1254
47
16
9
48,4
χ2 =0,29 < χ20.5(k=3)=7,82
Таким образом, многолетняя работа с коллекциями подсолнечника, и прежде
всего с уникальной мировой коллекцией подсолнечника ВИР, убеждает нас в наличие
большого генетического полиморфизма в популяциях подсолнечника по рецессивным
мутациям. Этот полиморфизм, обусловленный в основном рецессивными генами и представляющий резерв внутривидовой наследственной изменчивости, вскрывается при ограничении свободного перекрестного опыления, т. е. при той или иной степени
инбридинга, который неизбежен при ограничении числа переопыляемых между собой
растений (до 10-15) в процессе поддержания образцов в коллекциях. Очевидно, большая
часть рецессивных мутантных признаков имеет низкую адаптивную ценность, так как не
закрепляется естественным отбором в природных популяциях.
Результаты, полученные в ходе изучения генетического контроля различий по
признакам формы краевых цветков и при идентификации генов, контролирующих эти
признаки, обобщенно отражены в табл. 12.
Таблица 12 – Генетическая коллекция подсолнечника по признаку
формы краевых цветков
Признаки краевых цветков
Трубкообразные длинные краевые цветки
Трубкообразные длинные краевые цветки
Перьевидные краевые цветки
Трубкообразные короткие краевые цветки
Колокольчиковидные краевые цветки
Локально свернутые язычковые цветки
Короткие полосовидные язычковые цветки
Ген (символ)
tu1
tu2a
tu2b
hba
hbz
lr
shs
Источник (линия)
КГ4
LD951, LK2207
InK235
LD831
L207, D1149
LK1254
ВИР369
Практическое применение результатов выполненных генетических исследований
связанно с возможностью использования генов формы краевых цветков в качестве маркерных при условии передачи этих генов в родительские линии гибридов, что позволяет
максимально упростить сортопрочистки на участках размножения линий и на участках
гибридизации.
Кроме того, доноры признака измененной формы краевых цветков также как и
доноры различных типов окраски цветков, представляют несомненный интерес как исходный материал для селекции декоративного подсолнечника.
Заключение. Изучен генетический контроль различий по признаку формы краевых цветков у выделенных из коллекционного материала образцов подсолнечника.
Идентифицированы три неаллельных гена ("tu1" "tu2" и "hb"), определяющих
различные типы трубкообразности краевых цветков и два гена ("lr", "shs"), детерминирующих отличие в форме язычковых цветков подсолнечника. Для каждого из генов изучены межгенные и межаллельные взаимодействия.
59
Установлено сцепленное наследование генов "tu 1" и "l" (лимонная окраска цветков) с расстоянием между генами 4,2% кроссинговера.
Литература
1. Плачек Е. М. Подсолнечник в СССР // Семеноводство. – 1931. – № 13-14. –
С. 39-44.
2. Fick G. N. Genetics of floral color and morphology in sunflowers // The Journal of
Heredity. – 1976. – Vol. 67, ¹ 4, July-August. – P. 227-230.
3. Кovacik A., Skaloud V. Collection of sunflower marcer genes available for genetic
studies // Helia. – 1980. – N. 3. – P. 27-28.
4. Першин А. Ф., Першина И. М. Исходный материал для селекции декоративного
подсолнечника // Науково-техн. бюл. Інституту олшйних культур УААН. – 1998. – Вип. 3.
– С. 106-111.
5. Толмачѐв В. В., Ведмедева Е. В., Бочкарѐв Н. И., Толмачѐва Н. Н. Сцепленное
наследование окраски и формы краевых цветков подсолнечника // Науч.-техн. бюл.
ВНИИМК. – Краснодар, 2001. – Вып. 125. – С.26-29.
6. Гаврилова В. А., Анисимова И. Н. Генетика культурных растений. Подсолнечник. – СПб., 2003. – 209 с.
60