Способ определения рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм ячменя

 

Использование: изобретение относится к селекции, генетике и биотехнологии и может быть использовано при создании сортов различных сельскохозяйственных культур для интенсификации сельскохозяйственного процесса. Сущность: на основе гибридов F₁ получают линии диплоидизированных гаплоидов. Определение рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм ячменя проводят по индексу интегральной оценки продуктивности (ИИОП) и частоте передачи линиям важнейших хозяйственных и биологических признаков, при этом ИИОП рассчитывают по формуле , где - средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в %) лучшей родительской формы, - средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в %) стандартного сорта. 3 табл.

Изобретение относится к селекции, генетике и биотехнологии и может быть использовано при создании сортов различных сельскохозяйственных культур для интенсификации селекционного процесса.

Рекомбинационные возможности исходных форм чрезвычайно важный показатель, который необходимо учитывать при подборе родительских пар для скрещивания. Рекомбинация, как известно, может осуществляться на уровне целых хромосом, сегментов хромосом и отдельных нуклеотидов. Овладение рекомбинационным процессом, экспериментальное регулирование частоты и спектра генетических рекомбинантов позволяют поднять на качественно новый уровень эффективность всей комбинационной селекции.

Радикальным средством управления рекомбинационным процессом безусловно является вовлечение в гибридизацию линий с генетически детерминированной высокой рекомбинационной способностью. Особенно интересны в этом плане линии с доминантными Rec-аллелями. Их использование существенно повышает уровень кроссинговера уже в F₁, расширяя тем самым потенциал генетической изменчивости во втором поколении.

Выявление форм с высокой рекомбинационной способностью представляет собой весьма сложную задачу и связано, как правило, с большим объемом многолетних исследований. Показателем рекомбинационной способности может служить частота участия той или иной формы в создании районированных сортов. Однако такой критерий нельзя считать достаточно объективным: вероятность использования разных форм в селекционных программах неодинакова. Кроме того, анализ родословных позволяет выявить образцы с высокой рекомбинационной способностью лишь после районирования сортов. Это влечет за собой значительную задержку их широкого использования в качестве исходного материала в дальнейшей селекционной работе.

Критерием селекционной ценности исходных родительских форм и гибридных комбинаций обычно служат эффекты общей комбинационной способности, рассчитанные по математическим моделям на базе диаллельных скрещиваний. Однако в последние годы установлена ограниченная возможность данного метода в прогнозировании селекционной ценности исходных форм для самоопыляющихся культур, в частности для ячменя.

Рядом авторов разработаны способы определения селекционной ценности компонентов скрещивания непосредственно в селекционном процессе при системно-блочном принципе его организации. В основу способа положены разнообразные системные (регулярные) скрещивания с последующей оценкой потомства на всех этапах селекционной работы, начиная от отборов элит и кончая конкурсным сортоиспытанием. Наиболее совершенное техническое решение способа определения селекционной ценности исходных родительских форм ячменя непосредственно в селекционном процессе содержится в работе Гриба С.И. Данный прототип обеспечивает довольно высокую информативность селекционного процесса, но требует многолетних исследований (6 8 лет) и ограничен рядом условий, трудно реализуемых на практике: равновеликий объем гибридных популяций, посев по блокам скрещивания, систематический учет числа отобранных линий по этапам селекции. Конечный результат сопряжен, как правило, с многолетними испытаниями большого числа линий и длительным расщеплением гибридного потомства по полигенным признакам, таким как продуктивность.

Цель предлагаемого нами способа состоит в ускорении и упрощении процесса выявления селекционной ценности родительских форм ячменя, повышении точности получаемой информации и ее использовании для оценки рекомбинационных возможностей исходного материала.

Поставленная цель достигается тем, что определение рекомбинационной способности и селекционной ценности компонентов скрещивания проводят по индексу интегральной оценки продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов ячменя, созданных на основе гибридов диплоидизированных гаплоидов ячменя, созданных на основе гибридов F₁, и частоте передачи линиям важнейших хозяйственных и биологических признаков.

Удвоение числа хромосом у гаплоидов, получаемых на основе гибридов F₁, обеспечивает возможность наиболее быстрого создания гомозигот, сокращения объема изучаемого материала и сведения отбора к однократному. На уровне диплоидизированных гаплоидов расщепление по генотипу в потомстве гетерозигот совпадает с расщеплением по фенотипу и ограничивается гомозиготными классами. При этом каждое потомство бывает представлено группой растений (гомозиготной линией), что повышает точность оценки рекомбинационного процесса как по простым, так и по интегральным признакам.

Новые перспективы в этом плане открывает применение современных методов массового получения гаплоидов, основанных на технологии in vitro, таких как метод селективной элиминации хромосом в сочетании с эмбриокультурой, культивирование изолированных пыльников и микроспор, неоплодотворенных завязей и семяпочек. Для ячменя наиболее технологичен и приемлем с точки зрения генетико-селекционного использования метод селективной элиминации хромосом, включающий гибридизацию исходных растений Hordeum vulgare с гаплопродюсером H. bulbosum (2n=2x=14) и культивирование изолированных зародышей in vitro на искусственной питательной среде метод Bulbosum. В последние годы производительность метода Bulbosum существенно увеличена с помощью генетических факторов и внешних воздействий на растения H. vulgare, опыленные пыльцой H. bulbosum. Максимальный выход зеленых гаплоидных регенерантов ячменя в эмбриокультуре in vitro составляет при этом 30,0% от числа опыленных цветков и 86,2% от числа эксплантированных зародышей.

Оценку рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных родительских форм с использованием гаплоидии осуществляют следующим образом. Потомства диплоидизированных с помощью колхицина гаплоидов ячменя каждой комбинации скрещивания (гомозиготные диплоидные линии) высевают в поле на шестирядковых делянках, длиною в один метр при норме высева 300 зерен на м². Сравнение ведут с исходными формами и стандартными сортами. Фенологические наблюдения, учеты, оценки, анализы проводят по общепринятым методикам. Устойчивость к пыльной головне и мучнистой росе выявляют при искусственном заражении популяцией патогена.

Рекомбинационную способность и селекционную ценность исходных форм по признаку "продуктивность" определяют по индексу интегральной оценки, который рассчитывают как средний показатель продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов конкретной гибридной комбинации относительно лучшего родителя и стандартного сорта. Индекс интегральной оценки продуктивности (ИИОП) вычисляют по формуле , где средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в) лучшей родительской формы, средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в) стандартного сорта.

В соответствии с "Международным классификатором рода Hordeum L." (1983) значения ИИОП>135,0% считывают очень высокими; 115,1 135,0 высокими; 105,1 115,0% хорошими; 95,1 105,0% средними; 85,1 95,0% ниже среднего; 65,0 85,0% низкими; <65,1% очень низкими.

При выявлении рекомбинационной способности и селекционной ценности по признаку "устойчивость к пыльной головне" принимают во внимание соотношение иммунных и восприимчивых линий в каждой гибридной комбинации. Частоту иммунных линий в 50% и более считают показателем высокой рекомбинационной способности и селекционной ценности, в 40 49% хорошей, в 30 39% средней и менее 30% низкой.

Аналогичным образом оценивают рекомбинационную способность и селекционную ценность компонентов скрещивания по длине вегетационного периода и другим количественным и качественным признакам.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом [9] показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что оценку рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных родительских форм при внутривидовой гибридизации проводят с использованием гаплоидии по индексу интегральной оценки продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов ячменя, созданных на основе гибридов F₁, и частоте передачи линиям важнейших хозяйственных и биологических признаков, причем за индекс интегральной оценки продуктивности принимается средний показатель продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов конкретной гибридной комбинации относительно лучшего родителя и стандартного сорта. Заявляемый способ позволяет выявить рекомбинационную способность и селекционную ценность компонентов скрещивания за 2 3 года; резко сократить объем изучаемых линий (до , где n число линий, подвергаемых испытанию при обычных методах селекции); существенно повысить точность и надежность оценки.

Использование предлагаемого нами способа выявления рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм ячменя в конкретной селекционной программе можно продемонстрировать на следующем примере. Проведена оценка продуктивности 404 линий диплоидизированных гаплоидов 14 комбинаций скрещивания. Средняя продуктивность линий каждой гибридной комбинации относительно лучшего родителя и стандартного сорта Зазерский 85 представлена в таблице 1. Она варьировала от 67 до 152% относительно лучшего родителя и от 87 до 179% относительно стандартного сорта. На основании этих данных рассчитаны индексы интегральной оценки продуктивности , где средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной гибридной комбинации относительно (в) лучшей родительской формы, средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной гибридной комбинации относительно (в) стандартного сорта.

В зависимости от комбинации скрещивания индекс интегральной оценки продуктивности колебался от 81 до 165%
Продуктивность линий диплоидизированных гаплоидов не всегда коррелировала с урожайностью исходных форм. В значительной мере она определялась рекомбинационной способностью последних. Так, линии, созданные на базе гибрида F₁ (Л. 86 х ДГ 21), родительские формы которого превосходили стандартный сорт на 13 и 17% уступали по продуктивности стандарту на 11% при индексе интегральной оценки в 88% (табл. 1). В то же время линии, созданные с участием низкопродуктивного образца ВГ 1 (40% от контроля) превзошли стандарт на 13% при индексе интегральной оценки, равном 101%
Частота высокопродуктивных линий в разных комбинациях скрещивания варьировала от 0 до 21% (табл. 1). Наибольшей величины 21% она достигала в комбинации (Дина х Л. 86), которая характеризовалась очень высоким индексом интегральной оценки, составлявшим 165% В комбинациях с высоким индексом интегральной оценки продуктивности (126 133%) высокопродуктивных линий было 15,8% Комбинации с хорошим и средним индексом интегральной оценки продуктивности (100 109%) имели в среднем 10,2% высокопродуктивных линий. В комбинациях с уровнем индекса интегральной оценки продуктивности ниже среднего и низким выход высокопродуктивных линий не превышал 1,7%
Приведенные данные свидетельствуют о том, что между индексом интегральной оценки продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов ячменя и частотой высокопродуктивных линий в той или иной гибридной комбинации существует довольно тесная положительная корреляция. Следовательно, данный показатель можно считать надежным критерием рекомбинационной способности и селекционной ценности компонентов скрещивания при внутривидовой гибридизации ячменя. С учетом индекса интегральной оценки продуктивности можно заключить, что хорошей рекомбинационной способностью и селекционной ценностью по признаку "продуктивность" обладают: сорт Дина, линии 87 и 927, диплоидизированные гаплоиды (ДГ) 5 и 24. Во всех случаях гомозиготные линии гаплоидного происхождения, полученные с участием в скрещиваниях указанных форм, имели индекс интегральной оценки продуктивности более 95% (табл. 1).

Оценку рекомбинационной способности и селекционной ценности компонентов скрещивания по устойчивости к пыльной головне и другим патогенам проводят на основании частот передачи этого признака линиям диплоидизированных гаплоидов ячменя данной гибридной комбинации. У использованных нами исходных родительских форм устойчивость к пыльной головне контролируется одним доминантным геном Run 8 или Run 15. В потомстве от скрещивания устойчивых (R) и восприимчивых (S) форм теоретически ожидаемое соотношение гомозиготных диплоидных линий должно соответствовать в абсолютных значениях 1 Run 8 Run 8 1 run 8 run 8 или 1 Run 15 Run 15 1 run 15 run 15, в процентах 50% Run 8 Run 8 50% run 8 run 8 или 50% Run 15 Run 15 50% run 15 run 15. Однако фактически наблюдаемое соотношение доминантных и рецессивных гомозигот в разных комбинациях скрещивания по нашим данным может колебаться от 0,7:1 до 2,8:1 (табл. 2). Частота устойчивых линий в потомстве от скрещивания устойчивых и восприимчивых родителей находилась в пределах 42 74% что свидетельствует о хорошей рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм по признаку "устойчивость к пыльной головне". В семи случаях из девяти частота устойчивых линий превышала 50% Преобладание иммунных линий в большинстве гибридных комбинаций, по всей вероятности, связано с селективной элиминацией гамет, обладающих рецессивными генами восприимчивости к пыльной головне.

Рекомбинационную способность и селекционную ценность компонентов скрещивания по длине вегетационного периода оценивают в потомстве гибридов от скрещивания скороспелых сортов с формами, созревающими на 7 13 дней позднее. По нашим данным, использование в гибридизации скороспелого сорта ячменя Дина позволяет получать 47 61% линий диплоидизированных гаплоидов, созревающих одновременно с этим сортом (табл. 3). Наряду со скороспелыми получено также 30 42% линий промежуточного типа и 2 23% линий позднеспелого типа. Приведенные данные свидетельствуют о хорошей рекомбинационной способности и селекционной ценности сорта ячменя Дина по признаку "скороспелость".

Предлагаемый нами способ оценки рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм ячменя по индексу интегральной оценки продуктивности линий диплоидизированных гаплоидов, созданных на основе гибридов F₁, и частоте передачи линиям важнейших хозяйственных и биологических признаков облегчает селекционный процесс, повышает точность подбора родительских пар для скрещивания и ускоряет сроки выведения новых сортов на 4 5 лет. Способ надежен и хорошо воспроизводим, что подтверждают результаты изучения одного и того же материала в разные по условиям годы, а также многолетний анализ итогов селекционной работы.

Формула изобретения

Способ определения рекомбинационной способности и селекционной ценности исходных форм ячменя, включающий подбор родительских компонентов, получение гибридов F₁ и последующую оценку потомства в сравнении со стандартом и лучшей родительской формой, отличающийся тем, что на основе гибридов F₁ получают линии диплоидизированных гаплоидов, а определение проводят по индексу интегральной оценки продуктивности (ИИОП) и частоте передачи линиям важнейших хозяйственных и биологических признаков, при этом ИИОП рассчитывают по формуле

где средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в) лучшей родительской формы,
средняя продуктивность гомозиготных диплоидных линий конкретной комбинации скрещивания относительно (в) стандартного сорта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3