Характер конъюгации хромосом в МКП у межвидовых гибридов F1 растений томатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характер конъюгации хромосом в МКП у межвидовых гибридов F1 растений томатов

Нековаль Светлана Николаевна, научный сотрудник

Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений, Краснодар, Россия

В статье дан анализ частоты и распределения хиазм у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза. Установлен характер коньюгации в МКП у межвидовых гибридов F1 томата, подсчитано количество дистальных и интерстициальных хиазм. Отобраны образцы для рекомендации вовлечения их в селекционный процесс, в качестве индуктора генетической изменчивости

Ключевые слова: ТОМАТ, ГИБРИД, МЕЙОЗ, БИВАЛЕНТ, ХИАЗМА

Мейоз у томата изучают в основном на материнских клетках пыльцы (МПК). Изучение протекания стадий мейоза и поведение хромосом томата достаточно хорошо изучены рядом авторов[1; 5; 7]. В нашей стране большой вклад в изучение цитологической характеристики томата принадлежит А. А. Жученко.

Томат имеет диплоидный набор хромосом (2n=24), хотя известны случаи проявления гаплоидов, полиплоидов, и трисомиков [1; 8; 12]. Хромосомы томатов сравнительно мелкие (3µ). Мейоз у томата протекает классически, в течение 3 - 4 дней и зависит от температуры окружающей среды. Оптимальная температура +25оС. Значительно замедляется и тормозится этот процесс при температурах ниже +10 оС и выше +27 оС [1; 2].

В диакинезе у томата образуется 12 бивалентов, которые соединены одной или двумя хиазмами. Биваленты кольцевидной формы имеют две терминальные хиазмы, открытые - одну терминальную хиазму, в виде восьмерок - одну терминальную хиазму, другую интерстициальную, и Х образные, имеют одну интерстициальную хиазму. Частота хиазм, а так же коэффициент их терминализации зависит от сортов и генетической неоднородности этих сортов (видов). Принято считать, что хиазмы -- это цитологическое следствие кроссинговера, морфологически отражающее обмен участками между гомологичными хромосомами. Хиазмы точно соответствуют физическим перестройкам несестринских хроматид и образуются только в тех бивалентах, где перед этим формируется синаптонемный комплекс. Частота и распределение хиазм генетически контролируемые признаки. Они постоянны для вида и могут изменяться лишь при влиянии генетических факторов или условий окружающей среды [1; 3;8].

Цель наших исследований провести анализ частоты и распределения хиазм у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить характер образования хиазм в МКП у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза;

2. Подсчитать число бивалентов у межвидовых гибридов F1 томата в профазе I мейоза;

3. Установить наличие интерстициальных хиазм в МКП гибридов F1 растений томата.

Материалы и методы. Работу выполняли в лаборатории «Изучения и поддержания генетической коллекции томатов» ГНУ ВНИИ БЗР (2007 - 2010 гг).

Исследования проводили на межвидовых гибридах F1 растений томатов: Мо500 х Lycopersicon esculentum var. pimpinellifolium (Mill.) Bezh., Мо500 х Lycopersicon esculentum var. cerasiforme (A.Gray) Brezh., Мо500 х Lycopersicon cheesmanii typicus Riley, Мо393 х Lycopersicon esculentum var. pimpinellifolium (Mill.) Bezh., Мо393 х Lycopersicon esculentum var. cerasiforme (A.Gray) Brezh., Мо393 х Lycopersicon cheesmanii typicus Riley. Растения выращивали в климокамерах, с заданными параметрами, оптимальными для вегетации растений томата. Для цитогенетической оценки использовали методику З.П. Паушевой [7]. Для анализа брали бутоны томата первых 3-х кистей.

Бутоны (размером 1-2 мм) срывали с куста и помещали в бюкс, заполненный фиксирующим раствором (ледяная уксусная кислота и этиловый спирт в соотношении 1:3). Через 5 часов промывали в трех сменах 80%-го спирта, оставляя в каждой на 1 час. Материал хранили в 80%-ом спирте в плотно закупоренной пробирке в холодильнике.

Для приготовления препарата бутоны промывали под проточной водой 15 мин, после чего из них выделяли пыльники. Пыльники помещали в 0,6 % раствор ферментов (целлюлаза - 0,2 %, мацераза - 0,2 %, пектиназа - 0,2 %) в цитратном буфере, рН = 4,0, и варили их на водяной бане 2 часа при температуре 370С.

После варки вынимали по одному пыльнику и дробили на предметном стекле препаровальной иглой в капле 60 % уксусной кислоты. Полученную суспензию окаймляли фиксатором Карнуа и добавляли каплю фиксатора в центр суспензии. Через 2 - 3 сек. препарат ополаскивали в 96 % спирте.

Приготовленные постоянные препараты окрашивали в 2% растворе красителя Гимза, приготовленном в фосфатном буфере (рН = 6,8). Время экспозиции 25 мин. Прокрашенные стеклышки просушивали в течение 4 часов. Приготовленные препараты анализировали под микроскопом Olimpus PN 2500

Частоту хиазм в материнских клетках пыльника (МКП) подсчитывали по схеме [9]: открытый бивалент - 1 хиазма, закрытый бивалент - 2 хиазмы. По расположению на биваленте различали дистальные и интерстициальные хиазмы (рис. 1).

Результаты и обсуждение. Изучение МПК позволяет определить степень генетического родства скрещиваемых форм. Анализ частоты и распределения хиазм может быть использован для оценки потенциальной возможности определенных гибридных комбинаций передавать признаки от дикорастущего вида томата к культурному сорту. Чем выше коньюгация хромосом, при гибридизации, тем больше вероятность получить фертильное потомство с хозяйственно ценными признаками.

У 6 межвидовых гибридов F1 томата проведен сравнительный анализ частоты и распределения хиазм в МПК. Учитывая, что интенсивность и направленность процессов мейоза зависит от многих условий, складывающихся до его начала [3; 6;10; 11], растения томата выращивали в одинаковых условиях, оптимальных для произрастания. Все образцы оценены по универсальному методу учета интерстициальных, дистальных хиазм и их сочетании во всех 12 бивалентах (рис.2)

Рисунок 1- МПК на стадии диакинеза у гибрида F1 томата

Рисунок 2- Конъюгация хромосом у гибридов F1 растений томата

Примечание: а) Мо 500 x L. esculentum var. cerasiforme, 2n = 12IIC; б) Мо 500 x L. esculentum var. pimpinellifolium, 2n = 2IIО10IIC; в) Мо 500 x L. cheesmanii typicus, 2n = 2I11IIC; г) Мо 500 x L. cheesmanii typicus, 2n = 2I11IIC; д) Мо 393 x L. esculentum var. pimpinellifolium, 2n = 1IIО11IIC; е) Мо 393 x L. cheesmanii typicus, 2n = 3IIО9IIC .

конъюгация хромосома гибрид томат

Анализ материнских клеток пыльника (МКП) на стадии диакинеза метафазы I показал, что большинство МКП у межвидовых гибридов F1 томата имели бивалентную конъюгацию хромосом. Присутствие уни- и мультивалентов не наблюдалось(табл.1).

Исключение составил гибрид Мо 500 x L. cheesmanii typicus, в МПК которого обнаружено 11 закрытых бивалентов и 2 унивалента (рис.2в ).

Среднее число хиазм у анализируемых гибридов F1 варьировало от 20,03±0,044 од 20,01±0,033. При этом частота дистальных хиазм превышала число интерстициальных у всех изученных гибридов растений томата (табл.2).

Гибриды F1 с отцовской формой L. esculentum var. cerasiforme имели наибольшую долю клеток с 12 закрытыми бивалентами: Мо 500 x L. esculentum var. cerasiforme - 0,969; Мо 393 x L. esculentum var. cerasiforme - 0,952. У этих образцов наблюдалось, и большее колличество дистальных хиазм на МКП и составило 24,03±0,022 и 23,11±0,021 соответственно. Меньшее колличество бивалентов, среди анализируемых образцов, отмечено у гибрида Мо 393 x L. cheesmanii typicus . У него наблюдалось 0,899 МПК с 9 закрытыми и 3 открытыми бивалентами. Такой характер конъюгации позволяет сделать предположение о степени близости геномов Мо 500 и Мо 393 с L. esculentum var. cerasiforme в филогенетическом аспекте.

По мнению некоторых авторов [1; 11; 12], при дистальном расположении большинства хиазм, все гены, расположенные в средней части хромосомы сохраняют исходный порядок, т.е. ведут себя как суперген. Частота интерстициальных хиазм в наибольшей степени характеризует потенциал генетической изменчивости. Проведенные А. А. Жученко [1] цитологические исследования позволили установить, что у низкоприспособленных гетерозигот F1 томата частота инстертициальных хиазм достоверно выше, чем у высокоприспособленных.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 1- Анализ нарушений в МПК на стадии диакинеза у межвидовых гибридов F1 томата

Примечание: nI - унивалент; nIIО - открытый бивалент; nIIC - закрытый бивалент.

Таблица 2- Образование хиазм в МПК межвидовых гибридов F1 томата

Примечание: Д. - дистальные хиазмы, И. - интерстициальные хиазмы.

Большим количеством интерстициальных хиазм отмечены гибриды: Мо 500 x L. cheesmanii typicus (4,12±0,028), Мо 393 x L. esculentum var. pimpinellifolium (4,10±0,022) и Мо 393 x L. cheesmanii typicus (4,01±0,056) (табл.2).

В связи с этим данные образцы могут представлять интерес в селекционной практике при проведении гибридизации в качестве индуктора генетической изменчивости.

Нарушения в МПК на стадии диакинеза, обнаруженные в ходе цитологических исследований, не отразились на фертильности пыльцы межвидовых гибридов F1 томатов и их способности давать фертильное потомство.

Выводы

1. Анализ материнских клеток пыльника на стадии диакинеза метафазы I показал, что большинство МПК у межвидовых гибридов F1 томата характеризуются бивалентной конъюгацией хромосом.

2. Меньшее количество бивалентов в МПК, среди анализируемых образцов, отмечено у гибрида Мо 393 x L. cheesmanii typicus (16,13±0,012).

3. Среднее число хиазм на геном у анализируемых межвидовых гибридов F1 растений томата варьировало от 20,03±0,044 од 20,01±0,033.

4. У всех изученных межвидовых гибридов растений томата частота дистальных хиазм превышала число интерстициальных в 4,01 - 24,03 раза, что может свидетельствовать о близости их геномов.

5. Учитывая количество интерстициальных хиазм в МПК гибриды F1 Мо 500 x L. cheesmanii typicus (4,12±0,028), Мо 393 x L. esculentum var. pimpinellifolium (4,10±0,022) и Мо 393 x L. cheesmanii typicus (4,01±0,056) можно рекомендовать использовать в селекционном процессе в качестве индуктора генетической изменчивости.

Список литературы

1. Жученко А. А. Генетика томатов / А. А. Жученко. - Кишинев: Штиинца, 1973. - 664 с.

2. Брежнев Д. Д. Томаты / Д. Д. Брежнев. - М.: Гос. изд-во с.-х. лит., 1955

3. Голубовская И. Н. Генетический контроль мейоза: автореф. дис. … докт. биол. наук / И. Н. Голубовская. - Новосибирск, 1983. - 32 с.

4. Гуляев Г. В. Генетика / Г. В. Гуляев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1984. - 351 с.: ил.

5. Иванова С. В. Мейоз. Лекция для студентов специальности 310600 « Селекция и генетика сельскохозяйственных растений» агрономического и плодоовощного факультетов / С. В. Иванова; Рос. гос. аграр. ун-т - МСХА им К. А. Тимирязева. - М., 2006. - 46 с.

6. Любимова В. Ф. Вопросы стерильности и пониженной фертильности гибридных растений / В. Ф. Любимова // Отдалён. гибридизация растений: сб. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - С. 140-152.

7. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева. -3-е изд. перераб. и доп. - М.: Колос, 1980. - 304 с.: ил.

8. Цаценко Л. В. Цитология: учеб. пособие / Л. В. Цаценко. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - 156 с.

9. Ячевская Г. Л. Особенности мейоза при отдаленной гибридизации: учеб. пособие / Г. Л. Ячевская, С. В. Иванова, А. А. Наумов. - М.: Изд-во МСХА, 1990. - 81 с.

10. Moore K. Influence of climate on a population of tetraploid spring rye / K. Moore // Hereditas. - 1963. - Vol. 49/50. - P. 269-305.

11. Pao W. K. Desynapsis and other abnormalities induced by high temperature / W. K. Pao, H. W. Li // J. Genet. - 1948. - N. 48. - P. 287-310.

12. Rick C M. Differential zygotic lethality in a tomato species hybrid / C. M.Rick // Genetics. - 1963. - Vol. 48 (11). - P. 1497-1507.

Размещено на Allbest.ru