1,2 лекции (стр. 8 )

20 тимштейн 1 тимштейн 20тимштейн

ВСI 20II К.126 + I К.126 х К.126 + I тимштейн

20 тимштейн

Последний тип скрещивания повторяют в течение пяти-шести поколений. На заключительном этапе отбираю моносомики, после их самоопыления выделяют в потомстве дисомики 20II К.126 + III тимштейн.

Метод 3

Реципентной формой является серия монотелоцентрических линий.

Схематично работу по методу 3, когда реципентном избрана серия монотелоцентриков Чайниз Спринг (Ч. С.), а сортом – донором Казахстанская 126 (Каз.126), можно изобразить следующим образом:

Р: ♀ 20II Ч. С. + Тело – Ч. С. х ♂ 21II К.126

дисомик моносомик

20 Ч. С. + 20 Ч.С. + I К.126

20 К.126 I К.126 20 К.126

ВСI 20II Ч. С. + х 20 Ч. С. + I К.126

20 К.126

Последний тип скрещивания повторяют в течение 5-6 поколений. В заключительном этапе отбирают моносомики, после их самоопыления выделяют в потомстве дисомики 20II Ч. С. + I К.126.

15 лекция

Цитогенетика мутантов пшеницы – 2 часа

Влияние транслокации на процесс замещения хромосом показано на примере скрещивания моносомика Чайниз Спринг по хромосоме Х (♀) с сортом Тэтчер (♂). У моносомных растений F1 в метафазе I образовалось 19 бивалентови Химический и радиационный мутагенез используется в се­лекционной работе с растениями главным образом как метод повышения разнообразия исходного материала для гибриди­зации.

Однако имеется ряд коммерческих сортов, которые были получены путем непосредственного использования возникшего в эксперименте мутанта после соответствующего отбора внутри мутантной линии и испытания ее в различных агро­технических и экологических условиях.

Больше всего подобных сортов у ячменя; у мягкой пшени­цы в производство выпущены четыре мутантных сорта, два из которых (Стадлер и Льюис) получены в США опытной станцией Миссури в 1964 г. Мутанты, послужившие основой для создания этих сортов, возникли после облучения семян тепловыми нейтронами. Оба сорта высокоурожайные, устой­чивые к полеганию, раннеспелые; сорт Стадлер, кроме того, отличается хорошей зимостойкостью и прекрасным зерном. Два сорта созданы в Индии Сваминатаном - N. Р. 836 (1961 г.) и Шарбати Сонора (1967 г.). Для получения перво­го сорта был взят мутант, возникший после γ-облучения се­мян, а в основе второго — мутант, полученный после комби­нированного воздействия на семена γ- и ультрафиолетовыми лучами. Сорт N. Р. 836 остистый, высокоурожайный, устойчи­вый к листовой ржавчине; Шарбати Сонора устойчив к по­леганию, раннеспелый, с янтарной окраской зерна, высоким содержанием в зерне белка, богатого лизином (3—4 г лизина на 100 г белка, у исходного мексиканского сорта Сонора 64—2,2 г на 100 г белка).

Два мутантных сорта твердой пшеницы, названные Кастельфузано и Кастельпорциано, получены в Италии Скараччиа Муньоцца после облучения семян тепловыми нейтрона­ми. Оба сорта районированы в 1969 г. и отличаются высокой

урожайностью и устойчивостью к полеганию. Есть сообщение о том, что в скором времени тем же автором будет выпущен третий сорт (Scarascia Mugnozza), 1968).

В СССР получено много перспективных мутантов мягкой пшеницы, главным образом устойчивых к полеганию и раз­личным грибным заболеваниям. Один мутантный сорт Но­восибирская 67 (Институт цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР, автор ) проходит государ­ственное сортоиспытание.

Таким образом, мутагенез оказался перспективным и в селекции пшеницы — растения, имеющего очень сложную ге­нетическую природу. Однако, до сих пор работы по мутагене­зу, проводившиеся с пшеницей, большей частью были доволь­но примитивными. После воздействия различными мутагена­ми — излучениями и химическими соединениями — отбирали в последующих поколениях мутанты, описывали их и оценива­ли, исходя из возможности использования в селекции. Иногда это делалось в разных экологических условиях, что, конечно, важно; иногда мутанты использовали для гибридизации. Та­ким путем удалось иайти эффективные мутагенные воздейст­вия (Khvostova et al., 1965; Шкварников и др. 1967; Зоз 1966, 1969) и установить некоторые особенности действия мутаге­нов на основе фенотипа выделяемых мутантов (Эйгес, 1965; Шкварников и др., 1967; Зоз, 1966, 1969).

Однако для дальнейшей разработки эффективных методов экспериментального мутагенеза этого мало. Необходимо знать генетическую природу возникающих изменений, что имеет ог­ромное значение и для подбора эффективных и специфически действующих мутагенов, и для расширения и углубления по­нимания природы самих пшениц. Первый аспект уже доста­точно хорошо разработан для ячменя, генетика и цитология мутантов которого необычайно полно и подробно изучается шведскими учеными (Густафссон, 1968; Хагберг, 1968). Гене­тическое и цитологическое изучение мутантов показало, на­пример, что эректоидные формы ячменя могут возникать при мутировании по крайней мере 26 разных локусов хромосом ячменя, а мутанты с измененным восковым налетом — при мутировании 44. Мутабильность отдельных локусов под воз­действием разных мутагенов неодинакова. Особенно резки различия между локусами по реакции на излучения с высокой ЛПЭ, т. е. линейной потерей энергии (нейтроны, α-частицы), а из химических мутагенов —на сульфонаты (Wettstein, Lundquist, 1968). Эти данные о специфичности реакции опре­деленных участков хромосом на действие мутагенов очень важны при разработке методов направленного мутагенеза.

Второй важный вопрос связан с использованием в селек­ции перестроек хромосом. Шведскими исследователями показана перспективность применения в селекции Линий с транс локациями и инверсиями, которые часто приводят к появле­нию высокожизнеспособных и урожайных форм. Кроме того, разрабатываются методы использования транслокаций с близ­ко расположенными разрывами для получения дупликаций, т. е. линий с удвоенными определенными локусами хромосом, что позволит направленно усиливать желательный признак, например активность фермента амилазы у ячменя.

Большое значение исследования мутантов для создания естественной классификации пшениц показывают работы Мак Кея (Мас Кеу, 1966, 1968), Важно также цитогенетическое изучение мутантов для полного понимания структуры пшени­цы, для выявления всех потенциальных возможностей ее ге­номов (Swaminathan, 1966), так как о наличии в хромосомах тех или иных генов можно узнать, только получив их мута­ции. Поэтому лишь выявление большого количества мутаций у пшениц разной плоидности, локализация мутантных генов, исследование взаимодействия мутантных генов с разными ус­ловиями внешней среды (экология генов), с различными со­четаниями других генов (влияние генотипической среды) мо­гут вскрыть все возможности этого очень важного культур­ного растения для использования его в сельском хозяйстве.

Сложная генетическая природа пшениц отражается и на особенностях их мутирования. Доказано, что в трех геномах, входящих в состав генотипа мягкой пшеницы, имеются гомеологичные хромосомы (см. гл. I), поэтому, очевидно, они несут целый ряд одинаковых генов. Если это так, то в М2 после воз­действия мутагенами должны выявляться лишь такие рецес­сивные мутации, которые происходят в генах, не дублирован­ных в гомеологичных хромосомах, т. е. лишь в тех, по кото­рым мягкая пшеница диплоидна. Если же гены повторяются в разных гомеологичных хромосомах, то их мутации в М2 не выявятся. Это положение хорошо иллюстрируется частотой хлорофильных мутаций, которые часто встречаются в опы­тах с 14- и 28-хромосомными пшеницами и очень редки после воздействия мутагенами на 42-хромосомные (Stadler, 1929; Swaminathan, 1966). Причина cостоит в том, что гены, обе­спечивающие развитие хлорофилла, дублированы по крайней мере в двух геномах: D и, видимо, А. Однако у некоторых ин­дийских сортов 42-хромосомной пшеницы хлорофильные му­тации выявляются в М2. Вероятно, эти сорта имеют соответст­вующие гены в диплоидном состоянии. Таким образом, опыты по мутагенезу позволяют выявить, дублированы ли генй в гомеологических геномах у разных сортов мягкой пшеницы. Наличие дублированных аллельных генов в разных геномах приводит и к другому своеобразному явлению: 42-хромосомные пшеницы легче выносят потери и дупликации участков хромосом, я также нехватку целых хромосом (см. гл. III). Подобное смягчающее влияние полиплоидии на выражение и проявление мутаций Мак Кей (Мас Кеу, 1954, 1968) называ­ет «буферностью».

Методы цитогенетического анализа мутантов пшеницы

В настоящее время всеми авторами, работающими по му­тагенезу, условно принято классифицировать возникающие наследственные изменения как макро - и микромутации. Мак­ромутациями называют изменения настолько резкие, что их удается выделить в М2 в виде отдельных измененных расте­ний. Необходимо отметить, что для отбора мутаций нужно се­ять потомство растений М1 (развивающихся из семян, обра­ботанных мутагенами) по семьям, считая за семью потомст­во отдельных колосьев. В сплошном посеве выделить мутан­ты очень трудно, можно заметить лишь очень резкие уклоне­ния, которые у пшеницы часто связаны с крупными наруше­ниями хромосомного аппарата.

Микромутации — это слабые изменения какого-либо при­знака, которые удается обнаружить, подвергая материал био­метрической обработке. Данные литературы (Qаиl, Aestveit, 1966; Borojevic, 1966; Scossiroli, 1968) показывают, что отбор можно начинать в М3, которое получают, высевая потомство отдельных растений М2. Однако лучше даже в М3 отбор не вести, а высеять семена растений из каждой семьи в М4 на нескольких делянках (в двух-трех повторностях), а затем уже проводить отбор среди этих семей по желательному признаку, для чего, конечно, необходима биометрическая обработка дан­ных. В настоящее время убедительно показано, что воздейст­вие мутагенами создает большое генотипическое разнообразие и отбор по количественным признакам в потомстве растений, обработанных мутагенами, дает положительные результаты, в то время как в контрольных популяциях он малоэффективен или совсем неэффективен (Scossiroli, 1968).

Отбираемые по фенотипу в М2 макромутации имеют раз­личную генетическую природу. Растения с одним и тем же фе­нотипом могут ловиться при изменении разных генов (точковые мутации), а также вследствие крупных перестроек хро­мосом: утери участков (нехватка), удвоения их (дупликация), обменов ими (транслокация), а также утери или (реже) до­бавления целых хромосом. Эти различные изменения могут иметь весьма сходный фенотипический эффект, что будет вид­но в дальнейшем при описании отдельных типов мутантов. Однако первое указание на природу возникшего изменения могут дать следующие тесты: 1) анализ пыльцы у мутантов и 2) наличие или отсутствие расщепления в мутантных ли­ниях. Отсутствие стерильной пыльцы и константность мутантной линии обычно свиде­тельствуют о том, что возник­шее изменение представляет со­бой точковую мутацию. Под­тверждением этого должен быть анализ мейоза (бивален­тов) на стадиях диакинеза и метафазы. Наличие 21 бивален­та закрытого типа у мутантов мягких пшениц подтверждает вывод о точковой природе му­тации, причем входящие в со­став бивалентов гомологичные хромосомы по размеру и мор­фологии одинаковы (рис. 10). Следующим подтверждением будет расщепление в F2 при скрещивании мутантов с исход­ной формой: наличие простого менделевского расщепления (3:1, 1:2:1) свидетельствует о монофакториальной природе мутации.