Введение к работе
Актуальность темы. Проблема гаметофитного апомиксиса у покрытосе-менных по-прежнему приковывает к себе пристальное внимание. Более того, в последнее время интерес к ней значительно возрос. Но даже использование самых современных методов исследования пока не вносит ясности в решение большинства вопросов, связанных с этой проблемой. Гипотетичными остаются, например, представления о характере генетического контроля апомиксиса, хотя определенный прогресс в этом направлении очевиден (Koltunow, Grossniklaus, 2003; Bicknell, Koltunow, 2004; Kantama et al., 2007).
Известно, что на протяжении онтогенеза у большинства изученных видов растений происходит полиплоидизация соматических клеток в органах и тканях в процессе их дифференциации путём политении, эндомитоза и анеуплоидии. Но в клетках апикальных меристем видовое число хромосом сохраняется неизменным, что и обеспечивает генетическую стабильность вида (Кунах, 2005; Гриф 2007). Исключение преимущественно составляют гибридные и полиплоидные растения, у которых кариотипическая изменчивость, как правило, затрагивает не только дифференцирующиеся соматические клетки, но и клетки апикальных меристем (Кунах, 2005). При этом спонтанная гиб-ридизация и полиплоидия – явления, значительно распространенные среди высших растений (Otto, Whitton, 2000). Более того, признано, что эволюция цветковых осуществляется в значительной степени именно с участием этих ме-ханизмов (Цвелёв, 2000; Гриф, 2007; Grant, 1981; Masterson, 1994; Soltis, Soltis, 1999; Bennett, 2004;). При этом, с одной стороны, и амфи-, и автополиплоидия растений в природе осуществляется преимущественно с участием либо гамето-фитного апомиксиса, либо апомейоза, как элемента апомиксиса, ведущего к формированию нередуцированных гамет (Кашин, 2006; Bretagnolle, Tompson, 1995; Roche et al., 2001), а с другой, - фактически все апомикты являются полиплоидами, причём преимущественно аллополиплоидами (Grant, 1981). Как следствие, у них широко распространён кариотипический полиморфизм.
Однако, несмотря на то, что кариотипическая нестабильность апомиктов давно известна, масштабы её, особенно у автономных апомиктов, остаются не-достаточно изученными. Для автономных апомиктов ранее не проводилось спе-циальных исследований по выявлению характера кариотипической нестабиль-ности в апикальных меристемах. Остаётся неясным и то, насколько стабильным по уровню плоидности у автономных апомиктов является микрогаметофит. Очевидно, что исследования подобного рода могут быть в дальнейшем базой для молекулярно-генетического изучения природы гаметофитного апомиксиса.
Цель исследования. Выявление особенностей формирования пыльцы и характера кариотипической изменчивости у ряда автономных факультативных апомиктов Asteraceae. Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Выявить половую структуру цветков в популяциях Pilosella officinarum F. Schultz et Sch. Bip.;
-
Проследить особенности формирования клеток тапетума в пыльниках P. officinarum;
3. Изучить особенности микроспорогенеза автономного апомикта P. officinarum;
4. Выявить характер изменчивости уровня плоидности растений популяций некоторых автономных апомиктов Asteraceae;
5. Исследовать особенности проявления анеуплоидии в клетках апикальных меристем растений автономных апомиктов Asteraceae;
6. Установить частоту миксоплоидии в апикальных меристемах растений автономных апомиктов Asteraceae.
Научная новизна. Впервые на примере растений вида P. officinarum показано, что микрогаметофит автономных апомиктов может быть стабильным по уровню плоидности, оставаясь равным 1х независимо от уровня плоидности растений. Установлено, что у исследованных автономных апомиктов Asteraceae даже в потомстве одного материнского растения с высокой частотой встречаются особи разных уровней плоидности. Впервые выявлена геномная нестабильность в клетках апикальных меристем данных видов, выражающаяся в анеу- и миксоплоидии. При этом обнаружено, что частота анеу- и миксоплоидов в апикальных меристемах изученных апомиктов столь высока, что есть все основания говорить о ней как о характерной, свойственной автономным апомиктам особенности генезиса клеток их апикальных меристем.
Научно-практическая значимость работы. Полученные данные могут быть использованы для сравнительного анализа при изучении других апомик-тичных видов. Изложенные в диссертационной работе сведения будут полезны при разработке спецкурсов по цитогенетике, репродуктивной биологии, эмбриологии растений. Результаты исследования характера кариотипической изменчивости в клетках апикальных меристем апомиктов могут быть в дальнейшем базой для молекулярно-генетического изучения природы гаметофитного апомиксиса и особенностей регуляции клеточного цикла в апикальных меристемах апомиктов.
Связь работы с научными программами, темами. Работа выполнялась в рамках проектов РФФИ № 00-04-49376, 05-04-49001, 08-04-00319.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на науч. ге-нетической конф., посвящ. 100-летию со дня рождения А.Р. Жебрака (Москва, 2002); Междунар. конф. «Интродукция растений. Охрана и обогащение биоло-гического разнообразия» (Воронеж, 2002); II науч. конф. МОГИС, посвящ.115-летию со дня рождения Н.И. Вавилова, (Москва, 2003); Междунар. совещ. по филогении растений (Москва, 2003); III съезде ВОГиС (Москва, 2004); Между-нар. конф. «Вопросы общей ботаники: традиции и перспективы» (Казань, 2006); IV Междунар. науч. конф. «Факторы экспериментальной эволюции орга-низмов» (Алушта, Украина, 2008); V Междунар. науч. конф. «Геном растений» (Одесса, Украина, 2008); Междунар. конф. «Генетика и биотехнология ХХI века: Фундаментальные и прикладные аспекты» (Минск, Белоруссия, 2008); III Междунар. школе молодых ученых «Эмбриология, генетика и биотехнология» (Саратов, 2009); XII Московском совещ. по филогении растений, посвящ. 250-летию со дня рождения Георга-Франца Гофмана (Москва, 2010); Всеросс. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения С.С. Хохлова (Саратов, 2010); Междунар. конф. «Биология развития: морфогенез репродуктивных структур и роль стволовых клеток в онтогенезе и эволюции» (Санкт-Петербург, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, пять из которых – в журналах, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.
Декларация личного участия автора. Автор лично в 2002 – 2007 гг. про-вёл экспедиционные исследования по сбору материала. Цитологический и цитогенетический анализы материала полностью осуществлены автором. Анализ полученных результатов проведён автором самостоятельно по плану, согласованному с научным руководителем. Доля личного участия автора в подготовке и написании совместных публикаций составляет 30 - 50 %.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, че-тырёх глав, заключения, выводов и списка литературы. Общий объем работы 161 страница, содержит 25 таблиц, 8 рисунков. Список литературы включает 386 источников, в том числе 247 на иностранных языках.
