Дипломная (вкр): Наследование ветвистости у подсолнечника

Комбинация скрещивания

Расщепление

χ2, рН0

Эмпирическое

ММ

Теоретически ожидаемое

ВК678 × Авангард

37:35

1:1

36,0:36,0

0,05; >0,05

ВК678 × Темп

20:29

1:1

24,5:24,5

1,65; >0,05

ВА93 × Авангард

10:17

1:1

19,5:13,5

1,81; >0,05

ВА93 × Темп

28:30

1:1

29,0:29,0

0,07; >0,05

Суммарно

95:111

1:1

103,0:103,0

1,24; >0,05

Для объяснения противоречий выдвинуто дополнительное предположение о генетической нестабильности соответствующего локуса (далее обозначаемого символом В). С позиций генетики нестабильность можно связать с эффектом мобильных генетических элементов или с так называемой «варьирующей пенетрантностью», под которой подразумевается варьирование соотношения классов расщепления в зависимости от генетической среды - генов-модификаторов [Тимофеев-Рессовский, 1925; Четвериков, 1925; цит. по Инге-Вечтомов, 2010]. Другими словами, дополнение вполне правомерно, но выдвинуто оно несколько преждевременно.

Весь опыт генетического анализа свидетельствует о его эффективности при условии следования традиционной схеме: « от проверки самых простых (моногенных) гипотез о природе расщепления к все более сложным». При этом очередная гипотеза выдвигается тогда, когда возможности предыдущей для объяснения наблюдаемых расщеплений исчерпаны.

В данном случае еще не следовало выходить за рамки традиционного менделевского анализа и допустить существование еще одного гена (далее обозначен С), контролирующего расщепление по ветвистости стебля подсолнечника. Оценка дигенной гипотезы и составила задачу работы в конкретной её формулировке.

.2Анализ наследования признаков гибридами F1

Уже в первом поколении гибридов обнаруживаются принципиальные различия результатов скрещивания отцовских (+) форм IF1 Авангард или IF1 Темп с материнскими (-) линиями ВК678А и ВА93А (см. рис. 1-4). В двух скрещиваниях с участием линии ВК678А в F1 зафиксированы соотношения частот гибридов [17(-):1(+)] и [18(-):0(+)]. В соответствующих скрещиваниях с участием ВА93А - соотношения [13:3] и [12:6].

Вторая пара соотношений с положительным результатом сопоставлена на предмет однородности (табл. 2)

Таблица 2 - Оценка однородности расщепления частот (-) и (+) гибридов в F1 скрещиваний ВК678А × IF1 Авангард (Темп)

 Примечания:

. Здесь и в последующих аналогичных таблицах П.К. - поправочный коэффициент, обеспечивающий сравнение распределений разного объёма;

. рН0 - вероятность нуль-гипотезы об отсутствии достоверных различий межу эмпирическими распределениями.

Расщепления в F1 с участием линии ВК678А [17(-):1(+)] и [18(-):0(+)] статистически не могли быть сопоставлены: не выполнялось требование к применению критерия χ2 , согласно которому наименьшая теоретически ожидаемая частота при двух классах расщепления не может быть меньше чем 4 [Урбах, 1964]. В данном случае она составила бы только 2,1. Однако при относительно малых выборках гибридов столь незначительному расхождению распределения [17(-):1(+)] и [18(-):0(+)] едва ли следует придавать значение. «Появление» одного(+)-гибрида в 2-х скрещиваниях, вероятнее всего, результат ошибки эксперимента.

Сопоставление суммарных распределений по двум парам скрещиваний распределений (табл. 3) окончательно убеждает в принципиальном различии семей, полученных от разных материнских (-) линий.

Таблица 3 - Оценка однородности расщеплений частот (-) и (+) гибридов F1, полученных в потомстве линий ВК678А и ВА93А.

Полученный результат позволяет считать, что гибриды F1 от скрещивания ВК678А × IF1 Авангард (Темп) единообразны и имеют (-)-фенотип, а в потомстве ВА93А×Авангард (Темп) имеет место расщепление 25(-):9(+). Такое расщепление статистически безупречно отвечает математической модели 3:1. Теоретически ожидаемое отношение [25,5:2,5] дает при скрещивании с 25:9 величину χ2 = 0,04; рН0 >> 0,05.

В случае дигенного наследования модель 3:1 соответствует анализирующему скрещиванию дигетерозиготы по изоэпистатическим генам, т.е когда функции взаимодействующих генов идентичны. С этих позиций предполагаемые генотипы родительских форм следующие: ВК678А - ВВсс, ВА93А - BbCc, IF1 Авангард и IF1 Темп - bbcc. Соответствующие схемы скрещиваний представлены на рисунке 5.

ВК678А × IF₁ Авангард (Темп)                  ВА93А × IF₁ Авангард (Темп)

      ВВсс          bbcc                                         ВbCс                       bbcc

         (-)          (+)                                               (-)                   (+)

             F₂ BbCc (-)                                     F₁ [1BbCc : 1Bbcc : 1bbCc : 1bbcc]

                                                                           (- )          (-)        (-)          (+)

       Модель 1(-):0(+)                                                Модель 3(-):1 (+)

Рисунок 5. Схема скрещиваний селекционных линий с неветвящимся стеблем и ветвящихся форм IF1 Авангард (Темп)

Следствием принципиальных различий гибридов F1 в комбинациях скрещиваний ВК678А × IF1 Авангард (Темп) и ВА93А × IF1 Авангард (Темп) могут стать различия расщеплений и в двух поколениях гибридов, полученных с их участием. В практическом плане это указывает на необходимость раздельного генетического анализа схем скрещивания, где материнскими формами выступали эти две различные селекционные линии.

Генетический анализ гибридов F1 привел, таким образом, к двум заключениям:

предполагаемые генотипы селекционных линий ВК678А и ВА93А по двум изоэпистатическим генам (обозначены В и С) , контролирующим ветвистость стебля, следующие: BBcc и BbCc, соответственно;

генетический анализ соответствующих систем скрещиваний (1,2 и 3,4 на рис. 1) следует проводить раздельно.

.3 Раздельный по селекционным линиям генетический анализ поколений гибридов F2 и беккроссов на доминантную и рецессивную родительские формы

С целью систематизации материала по большому числу поставленных скрещиваний (см. рис.1-4) сначала выполнена оценка аналогичных пар расщеплений с участием двух различных рецессивных (+) - форм: IF1 Авангард и IF1 Темп, - на их однородность и возможность объединения (табл. 4)

Из результатов табл. 4 следует, что во всех парах аналогичных поколений гибридов с участием (+)-формы IF1 Авангард и IF1 Темп отношения расщепления правомерно объединить. В этом убедительно доказательство сходства генотипов Авангарда и Темпа по генам ветвистости стебля - bbcc.

Когда генотипы родительских форм предварительно определены, генетический анализ переходит в свою основную и завершающую фазу. Она состоит в прогнозировании математических моделей. И, соответственно, теоретически ожидаемых отношений расщепления с последующим их сравнением с эмпирическими. В случае отсутствия статистически достоверных различий между этими отношениями модель считается адекватной, а проверяемая генетическая гипотеза - верной.

При изучении гибридов с участием линии ВК678 никаких проблем на этом этапе не возникло. Действительно, при скрещивании ВК678 (генотип BBcc) с рецессивной отцовской формой (bbcc) гибриды F1(Bbcc) фенотипически единообразны и имеют неветвящийся стебель. Гибриды F2 , полученные самоопылением F1 расщепляются на три генотипических класса 1BBcc:2Bbcc:1bbcc, а фенотипически (-) на два: 3В-сс:1bbcc. Суммарное эмпирическое отношение расщепления [128(-):50(+)] (см.табл.4) обнаруживает хорошее соответствие ожидаемому [133,5:44,5]; χ2= 0,91; рН0>0,05. Моногенное расщепление 3:1 подтверждается. В беккроссе на доминантную родительскую форму ВК678 расщепления не ожидается: Bbcc×BBcc, и действительно, не происходит. Эмпирическое расщепление [84(-):0(+)]. В беккроссе на рецессивную родительскую форму прогнозируется расщепление 1:1 (bbcc×Bbcc).Эмпирическое [57(-):64(+)] и ожидаемое [60,5:60,5] отношения статистически не различимы (χ2=0,53; рН0>0,05).

Таблица 4 - Оценка однородности расщеплений в скрещиваниях с учетом отцовских (+)-форм IF1 Авангард и IF1 Темп

Анализ схемы скрещивания с участием линии ВА93 оказался несколько сложнее в связи с её дигетерозиготностью (BbCc) и наличием расщепления уже в F1 на 4 генотипические класса [1BbCc:1Bbcc:1bbCc:1bbcc]. Потребовалось специальное конструирование модели расщепления при самоопыление генетически гетерогенного F1, а так же гаметной серии смеси его пыльцы, которая использовалась при постановке беккроссов.

Первую математическую модель строили на двух исходных посылках:

генетически различные гибриды F1, на стадии семянки неразличимы, и поэтому, подвергаются самоопылению с той же вероятностью, с какой они представлены в расщеплении, т.е равновероятно;

вклад в F2 каждого растения F1 не зависит от его генотипа, и, поэтому, соответствующие каждому из генотипов модели расщепления следует привести к единому объему (сумме коэффициентов).

Таблица 5 - Конструирование общей математической модели расщепления в F2 скрещивания ВА93А×Авангард (Темп)

Общая модель: 39(-):25(+)

Вычисленному на основе общей модели теоретическому отношению [127,4(-):81,2(+)] хорошо соответствует фактически наблюдаемое в F2 расщепление [139(-):70(+)]; χ2=2,70; рН0>0,05.

При конструировании гаметного состава смеси пыльцы гибридов F1, предполагалось, что способность к пыльцеобразованию независима от генотипа. Гаметные серии так же приводили к единому объему (табл. 6)

Таблица 6 - Конструирование гаметной серии смеси пыльцы гибридов F1 от скрещивания ВА93А × IF1 (Авангард, Темп)

Когда смесь пыльцы такого состава наносится на рыльца дигетерозиготной линии (Bc ВА93×F1) возникают 48 комбинаций гамет (табл. 7)

Таблица 7 - решетка Пеннета для прогноза потомства ВА93×F1

Математическая модель расщепления 55(-):9(+).

Полученная математическая модель [55(-):9(+)] адекватна. Соответствующее ей теоретически ожидаемое отношение расщепления [75,6(-):12,4(+)] статистически неотличимо от эмпирического [77(-):11(+)]; χ2=0,18; рН0>>0,05. Таким образом, дигенная модель вновь подтверждается.

Полностью подтвердился и прогноз на ожидаемое расщепление во втором бэккроссе F1 на рецессивную родительскую форму (IF2 Авангард или IF2 (Темп). Как и ожидалось в анализируемом скрещивании расщепление среди гибридов повторило соотношение в серии гамет генетически гетерогенного F1 [1BC:3Bc:3bC:9bc] (см. табл. 6). При изоэпистатичности генов В и С ожидаемое расщепление по фенотипу 7(-) : 9(+). Теоретически ожидаемое расщепление [75,6:12,4] практически совпало с эмпирическим [77:11]; χ2=0,18; рН0>0,05.

Таким образом, вся совокупность данных о расщеплении в 8 скрещиваниях с участием линии ВА93А находится в согласии с проверяемой гипотезой о ее дигетерозиготности по генам, контролирующим склонность к ветвистости стебля подсолнечника.

Остается вопрос о генетических рекомендациях по предотвращению ветвящихся форм в любом поколении от скрещиваний типа ВА93А×IF1 (Авангард, Темп).

Самое простое заключается, конечно, в отказе от использования дигетерозиготных селекционных линий, но оно ведет к сокращению числа линий , обладающих хорошей комбинационной способностью. Другое решении состоит в превращении дигетерозигот BbCc в моногетерозиготы ВВСс, BbCC или даже гомозиготы ВВСС.

Такое решение потребует двух поколений индивидуального инцухта неветвящихся гибридов F1: 1BbCc : 1BbCC : 1BBCc, - и одного скрещивания оставляемых на каждом этапе работы генотипов с IF1 (Авангард, Темп).

В первом поколении индухта по расщеплению [15(-):1(+)] распознаются дигетерозиготы. Обладающие доминантными аллелями обоих генов - BbCc. Два другие генотипа изымаются по расщеплению [3(-):1(+)]. Во втором поколении индухта выбираются по отсутствии расщепления 5 генотпов: 1BBCC, 2BBCc, 2bbCC, 1BBcc, 1bbCC. В потомстве от их скрещивания с IF1 ( Авангард, Темп) - bbcc отбраковываются две гомозиготы BBcc и bbCc по расщеплению [1(-):1(+)]. Искомые генотипы 1 BBCC, 2 BbCC и 2BBCc в смеси образуют гаметную серию [4BC : 1Вс : 1bС] при перекрестном опылении исключающую появление ветвящихся растений.

В селекции подсолнечника масличного перспективные гетерозисные гибриды часто получают путем скрещивания селекционных неветвящихся (однокорзиночных) инцухт-линий и форм с рецессивно наследуемой ветвистостью стебля. Вопреки ожидаемому единообразию гибридов F1 в части скрещиваний среди них появляются, хотя и с низкой частотой, ветвящиеся растения. Явление нежелательное, поскольку весь опыт возделывания культурного подсолнечника свидетельствует о безусловном хозяйственном преимуществе однокорзиночных форм.

Среди возможных генетических причин неоднородности гибридов по фенотипу расщепление представляется наименее вероятным. Оно возможно лишь при гетерозиготности селекционных инцухт-линий, которые по самому способу их получения представляют собой материал с высокой степенью гомозиготности.

И, тем не менее, проведенный в данной работе генетический анализ указывает именно на расщепление в потомстве некоторых линий, как основной источник фенотической гетерогенности их гибридов.

По итогам классического генетического анализа четырёх полных схем скрещивания показано:

признак вествистости стебля у подсолнечника контролируется двумя несцепленными диаллельными генами ( обозначены В,С); способ их взаимодействия - изоэпистаз, при котором фенотипические эффекты обоих генов одинаковы;

генотипы родительских форм: ВК678А - ВВсс, ВА93А - BbCc, IF1 Авангард и IF1 Темп - aabb;

в системе скрещиваний с участием селекционной линии ВК678А реализуется типичная моногенная схема наследования;

в F1 гибридов с участием гетерозиготной линии ВА93А происходит расщепление на четыре генотипические класса: BbCc, Bbcc, bbCc, bbcc, - из которых три первые определяют фенотип «неветвящийся стебель» (-), а четвёртый - «ветвящийся» (+);

в связи с дигетерозиготностью селекционной линии ВА93А и изоэпистатическим взаимодействием генов, рассчитанные математические модели расщепления для всех скрещиваний с её участием оказались необычными: F1 - [ 3(-):1(+)]; F2 - [ 39(-):25(+)]; беккрос F1 × Р (+) - [7(-):9(+)]; беккрос F1 × Р (-) - [55(-):9(+)].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Дьяков А.Б. Морфология и анатомия подсолнечника / А.Б. Дьяков, Т.А. Перестова подсолнечник, монография / /Под ред. Пустовойта В.С. - М: Колос, 1975. - С. 21-29.

Ведмедева Е.В. Новые маркерные морфологические признаки подсолнечника / Е.В. Ведмедева, В.В. Толмачев // Науч. - техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 2001. - Вып. 124. - С.31-33.

Демурин Я.Н. Наследование некоторых маркерных признаков подсолнечника / Я.Н. Демурин, В.В. Толмачев // Вопросы прикладной физиологии и генетики масличных культур. - Краснодар, 1986. - С. 14-19.

Демурин Я.Н. Идентификация генов эректоидности листа у подсолнечника / Я.Н. Демурин, Н.Н. Толмачева // Масличные культуры: Науч. - техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 2005. - вып. 2(133) . - С.7-11.

Пимахин В.Ф. Генетический контроль эректоидного типа листьев у подсолнечника. Наследование признака «расстояние от стебля до основания листовой пластинки» / В.Ф. Пимахин, С.П. Кудряшов, Ю.В. Лобачев // Вопросы генетики, селекции и семеноводства с.-х. культур в Поволжье.- Саратов, 1996. - С.87-96.

Демурин Я.Н. Генетический анализ и селекционное использование признаков состава жирных кислот и токоферолов в семенах подсолнечника // Автореф. дис. докт. биол. наук. - Санкт-Петербург, 1999. - 36с.

Суровикин В.Н., Бородин С.Г. Новый сорт подсолнечника Фаворит / Науч. - техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар,1995. - Вып. 116. - С.25-26.

Демурин Я. Н., Попов П.С., Левуцкая А.Н. Устойчивость масла к гидролитическому распаду в семенах подсолнечника // Наука Кубани. - 2003. - №1. - С.83-87.

Антонова Т.С. Селекция подсолнечника на иммунитет / История научных исследований во ВНИИМК. - Краснодар. - 2003. - С.253-272.

Ивебор М.В., Антонова Т.С., Арасланова Н.М. Новые расы Plasmopara halstedii - возбудителя ложной мучнистой росы подсолнечника - на Северном кавказе / Наука Кубани. - 2005. -№2.

Демурин Я. Н. Генетика липидов семян подсолнечника / Масличные культуры: Науч. - техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 2006.- С.97-103.

Я.Н. Демурин, Н.Н. Толмачева Генетический контроль эректоидности листа у линии подсолнечника Л1389 / Масличные культуры: Науч. - техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 2008. - С.12-14.

Терентьев П.В., Ростова Н.С. Практикум по биометрии / Изд.-во АГУ. - 1977. - 152с.

Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений / С.Г. Инге-Вечтомов - 2-е издание. - СПб.: Изд.-во Н.-Л. - 720с.

Жуковский П.М. Культурные растения и их сородичи / Жуковский П.М. - Л., Изд-во «Колос», 1971. - 751с.

Урбах В.Ю. Статистическая обработка данных в биологии, сельском хозяйстве и медицине / Урбах В.Ю. - М., 1964.- 415с.

Малюга Н.Г., Квашин А.А., Загорулько А.В Подсонечник. Биология и агротехника выращивания на юге России / Краснодар, 2011. - С.9-10.