Способ создания самофертильных аллоплазматических замещенных линий пшеницы
Использование: селекция и генетика сельскохозяйственных растений. Сущность: при создании самофертильных аллоплазматических замещенных линий пшеницы в качестве исходной материнской формы используют сорт культурного ячменя Неполегающий, а в качестве реккурентных родителей в процессе беккроссирования используют сорта мягкой пшеницы Мироновская 10, Ульяновка, Саратовская 29, Пиротрикс 28. В процессе беккроссирования первое беккросное поколение получают путем скрещивания гибридов (Неполегающий х Саратовская 29 с сортами пшеницы Мироновская 10) или Ульяновка, а второе беккросное поколение получают на основе гибридной комбинации (Неполегающий х Саратовская 29) х Мироновская 10 путем повторного опыления сортом пшеницы мироновская 10, а на основе гибридной комбинации (Неполегающий х Саратовская 29) х Ульяновка путем опыления сортов пшеницы Саратовская 29. При этом последующие самофертильные аллоплазматические замещенные линии мягкой пшеницы получают путем беккросирования предыдущего поколения линий сортами пшеницы Саратовкая 29 или Пиротрикс 28. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к гибридизации и биотехнологии растений и может быть использовано в селекции и генетике сельскохозяйственных растений.
В настоящее время интенсивное развитие получили работы по разработке способов для получения отдаленных гибридов на основе скрещивания ячменя со злаками других родов, в том числе и с мягкой пшеницей. Создание новых форм растений с реконструированными геномами дает возможность получать исходный материал для селекции, а также оригинальные модели для выявления филогенетических взаимодействий между злаками разных таксономических групп, что важно для установления эволюционных закономерностей в семействе злаковых. Наибольшую ценность в таких исследованиях и в селекции имеют работы по получению самофертильных гибридных растений, о создании которых на основе гибридизации культурного ячменя и мягкой пшеницы в мировой литературе не сообщалось. Известен способ получения ячменно-пшеничных гибридов при скрещивании культурного ячменя с мягкой пшеницей с использованием метода отдаленной гибридизации и методов биотехнологии (1). Недостатком известного способа является невозможность получения самофертильных аллоплазматических замещенных линий мягкой пшеницы на основе ячменно-пшеничных гибридов. Наиболее ближайшим к заявляемому способу прототипом является способ получения ячменно-пшеничных гибридов, включающий скрещивание культурного ячменя сортов Ketch, Clipper, Carina с мягкой пшеницей сорта Chinese spring и линий сорта Приекульский, культивирование зародышей для получения гибридных проростков, получение растений-регенераторов и опыление последних сортом Chinese spring и линиями сорта Приекульский 481 (2). Недостатком прототипа является его низкая эффективность, так как к третьему беккроссному поколению образуются полностью стерильные растения, неспособные завязывать семена и от беккроссирования. Технической задачей изобретения является повышение его эффективности. Поставленная задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующих последовательных стадиях: культурный ячмень сорта Неполегающий скрещивают с мягкой пшеницей сорта Саратовская 29; вычленяют молодые гибридные зародыши, трансплантируют их на эндоспермы ячменя и культивируют на агаризованной питательной среде с добавлением 0,25-0,5 мг/л кинетина и 0,5-1,0 мг/л ауксина; пересаживают гибридные проростки в грунт и выращивают в теплице до формирования боковых побегов, из которых вычленяют молодые соцветия и культивируют на питательной среде до образования в каллусе растений-регенерантов; растения-регенеранты опыляют сортами пшеницы Мироновская 10 и Ульяновка. Из завязавшихся семян выращивают растения BCI. Растения комбинации (Неполегающий х Саратовская 29) х Мироновская 10 вновь опыляют Мироновской 10, а растения комбинации (Неполегающий х Саратовская 29) х Ульяновка опыляют Саратовской 29. Для получения следующего поколения беккроссов растения предыдущего поколения двух комбинаций опыляют или Саратовской 29, или Пиротрикс 28. Установлено, что начиная с третьего поколения (ВСЗ) образуются аллоплазматические линии мягкой пшеницы, стабильно сохраняющие самофертильность. В процессе отбора самофертильных растений проводили цитогенетический анализ с целью выделения среди растений линий, имеющих мейоз без нарушений и формирующих пыльцевые зерна с жизнеспособностью на уровне исходных сортов пшеницы. Кроме того, проведен анализ мейоза у гибридов, полученных в результате скрещивания самофертильных аллоплазматических линий с исходным сортом пшеницы Саратовская 29. По наличию унивалентов и тривалентов у таких гибридов устанавливают наличие замещенных хромосом у аллоплазматических линий. С целью маркирования хромосом ячменя, интрогрессированных в ядерный геном выделенных линий, проводят изоферментный анализ. В результате получают новые самофертильные формы растений, сочетающих цитоплазму диплоидного ячменя и реконструированные ядерные геномы гексаплоидной пшеницы, которые сформировались в результате замещения одной пары хромосом пшеницы на хромосомы ячменя. Полученные линии характеризуются повышенными хозяйственно-ценными признаками: низкорослостью и раннеспелостью. Основным определяющим существенным отличием предлагаемого способа является то, что для скрещивания при получении FI ячменно-пшеничных гибридов в качестве материнской формы используется сорт культурного ячменя Неполегающий, цитоплазматические гены которого не оказывают негативного действия на формирование жизнеспособности гамет у F1-BC4 гибридных растений, а третья и седьмая хромосомы этого сорта ячменя, заместив гомеологичные хромосомы пшеницы, несут гены, действие которых в новой генотипической среде не приводит к супрессии жизнеспособности, а также то, что в качестве реккуррентных родителей использованы сорта пшеницы Мироновская 10, Ульяновка, Саратовская 29, Пиротрикс 28 носители Rf-генов, сочетание которых привело к восстановлению самофертильности у аллоплазматической мягкой пшеницы. Пример конкретного выполнения При опылении культурного ячменя сорта Неполегающий пшеницы Саратовская 29 гибридные семена завязались с частотой 1,8% к числу опыленных семян. При использовании метода культуры изолированных зародышей при их трансплантации на эндоспермы культурного ячменя и выращивании на среде Мурасиге и Скуга при добавлении 0,25-,05 мг/л кинетина и 0,5-1,0 мг/л индолилуксусной кислоты было получено три гибридных растения, имеющих числа хромосом, равные 2n=35, и достигшие колошения при пересадке гибридных проростков из культуральной среды в грунт. Регенеранты гибридов были опылены Мироновской 10. Из завязавшихся зерновок были выращены растения, среди которых выделены 49-хромосомные, завязавшие семена при опылении Мироновской 10. Среди ВС2 растений выделены 42-хромосомные растения, которые завязывали семена при опылении Саратовской 29 и Пиротрикс 28. В следующем ВС3 поколении вновь отобраны растения, имеющие по 42 хромосом. Среди этих растений выделены растения, способные завязывать семена от самоопыления. Самофертильность у полученных растений проверена в течение семи самоопыленных поколений при выращивании растений в теплице и в поле. Анализ мейоза не выявил каких-либо нарушений в поведении хромосом у аллоплазматических линий по сравнению с исходными сортами пшеницы. Жизнеспособной оказалась и пыльца у этих линий, что подтвердили результаты анализа по скрещиваемости пыльцы ацетокармином. В среднем частота пыльцы, окрашиваемой ацетокармином, у этих линий составила 90,78+0,10% по сравнению с этим значением у Саратовской 29 97,6+0,51% и Пиротрикс 28 98,4+0,42% При скрещивании полученных линий с Саратовской 29 получены гибридные растения, у которых изучен мейоз. Выявлено образование от 1 до 6 унивалентов и до 1 тривалента на клетку, что обусловлено присутствием пары негомологических хромосом у аллоплазматических линий. Биохимический анализ по идентификации изоферментных маркеров подтвердил факт замещения одной пары третьей или пятой гомеологической группы хромосом пшеницы на гомеологичные хромосомы культурного ячменя у полученных самофертильных линий пшеницы. В таблице приведены показатели фертильности у аллоплазматических замещенных линий мягкой пшеницы, полученных в результате беккроссирования ячменно-пшеничных гибридов культурный ячмень х мягкая пшеница разными сортами пшеницы по сравнению с сортом мягкой пшеницы Саратовская 29 при выращивании растений в гидропонной теплице. Из таблицы видно, что по показателям фертильности, оцененным по числу семян на колос и на растение, а также по массе 1000 зерен две аллоплазматические замещенные линии пшеницы не отличаются от сорта мягкой пшеницы Саратовская 29. Аллоплазматическая замещенная линия, выделенная от беккроссов (НхС) х М х М х П, характеризуется ускоренным в среднем на 6 дней развитием от появления всходов до колошения и соответственно созревания по сравнению с сортом Саратовская 29. Высота растений у данной линии составляет в среднем 80% от высоты растений Саратовская 29. Аллоплазматическая замещенная линия, выделенная от беккроссов (НхС) х М х М х С, по сравнению с Саратовской 29 быстрее выколашивается и созревает в среднем на 3 дня быстрее. Высота растений этой линии в среднем не отличается от сорта Саратовская 29. Предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: у потомков ячменно-пшеничных гибридов восстанавливается самофертильность, которая стабильно сохраняется в течение семи самоопыленных поколений при выращивании растений и в теплице, и в поле; у полученных линий пшеницы чужеродной является не только цитоплазма, но и по одной паре хромосом ячменя, которые заместили пшеничные хромосомы, что обусловливает усиление хозяйственно-ценных признаков создаваемых линий пшеницы; полученные новые самофертильные линии мягкой пшеницы являются прекрасным исходным материалом для селекции, так как имеют повышенные хозяйственно-ценные признаки, а также могут быть использованы в качестве моделей для изучения филогенетических взаимодействий между злаками разных таксономических групп.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1