Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важных проблем современной цитогенетики растений является выяснение закономерностей эволюционных и экспериментальных преобразований геномов полиплоидных видов высших растений, в последнем случае речь идет о разработке методов программного манипулирования геномами или отдельными хромосомами с целью передачи генетической информации от одного вида или даже рода к другому, то есть методов хромосомной инженерии. Одним из наиболее перспективных способов реконструкции генетической основы зерновых культур является метод межгеномного замещения хромосом. Относительно гексаплоидных тритикале наиболее обещающими представляются попытки йнтрогрессии в их кариотип хромосом D-генома пшеницы, способствующего улучшению хлебопекарных качеств зерна. Однако, использование для этой цели 'традиционных методов (получение D(R)-замещений) ведет к уменьшению доли генома рам. что нежелательно по ряду причин, особенно в случае озимых типов. Преодолеть этот отрицательный момент можно вовлекая в процесс замещения хромосомы А- и В-геномов пшеницы. Сведения о таких замещениях весьма ограничены, что объясняется отсутствием достаточно надежного способа их получения. Между тем существует вполне реальная возможность получения таких замещений с помощью тетрашю-идных тритикале. Этот метод был предложен Krolow еще в 1973 году [Krolow, 1973], однако до недавнего времени не находил широкого применения вследствие очень узкого круга исследователей, располагающих линиями тетраплоидных тритикале, а также проблем, связанных с хромосомным анализом получаемых замещенных форм.
Созданный в лаборатории цитогенетики растений ИГиЦ АНБ разнообразный-в генетическом отношении материал тетраплоидных тритикале, а также освоенный вариант С-метода дифференциальной окраски хромосом, обладающий высокой разрешающей способностью и универсальностью, позволил начать работу по реконструкции пшеничной части гексаплоидных тритикале путем создания замещений отдельных хромосом А- и В-геномов хромосомами &-генома с сохранением полного набора хромосом ржи.
Связь работы с крупники, научными программам! я дааеая. диссертационная работа выполнялась в рамках Республийивйой яауч-но-исследовательской программы " Продряжвность растений * І Ш госрегистращш. 01910012547).
-2-.
Цель и задачи исследование. Целью настоящей работы было исследование возможностей реконструкции кариотипа 6х-тритикале путем межгеномных замещений хромосом, цитогенетическое изучение замещенных форм и оценка некоторых технологических качеств их зерна.
В соответствии с поставленной целью выполнялись следующие задачи:
Путем гибридизации октоплоидных тритикале с тетраплоидными осуществить интрогрессию хромосом D- генома в гексаплоидные формы при условии сохранения полного генома ржи. Оценить эффективность использованного, метода реконструкции кариотипа бх - тритикале.
Исследовать процесс фиксации различных типов замещений хромосом и выявить возможные его закономерности.
Оценить функциональную активность отдельных хромосом D-генома в новой для них генотипической среде.
Изучить морфобиологические особенности замещенных форм гексаплоидных тритикале.
Провести анализ некоторых технологических качеств зерна замещенных Форм для выявления возможных положительных эффектов интрогрессии хромосом D-генома на хлебопекарные свойства культуры и выявления, их селекционного потенциала.
Научная новизна полученных результатов. Впервые в рамках отечественных научно- исследовательских программ осуществлена реконструкция кариотипа гексаплоидных тритикале и получены формы с широким спектром D(A)- и D(B)- замещений хромосом.
В ходе исследований впервые использованы родительские компоненты (тетраплоидные тритикале) с предварительно изученным хромосомным составом, что дало возможность прогнозировать появление различных типов замещения и сравнить полученные результаты с теоретически ожидаемыми. В итоге установлено, что процесс фиксации замещений носит неслучайный характер и выявлены факторы, оказывающие на него влияние.
Практическая и теоретическая значимость полученных результатов. Полученные данные являются существенным вкладом в разработку практических и теоретических аспектов проблемы экспериментального преобразования генетического аппарата растений методами хромосомной инженерии.
В ходе изучения полученных замещенных линий .гексаплоидных тритикале по биохимическим и хлебопекарным показателям выделены ценные з этом отношении генотипы, которые представляют большой
- з -интерес при создании новых сортов и форм с комплексом хозяйственно-полезных признаков.
Экономическая ценность полученных результатов. Работа относится к фундаментальным исследованиям, что не позволяет на данном этапе оценить экономическую значимость полученных результатов. Однако, учитывая значимость разрабатываемой проблемы, ее новизну и оригинальность полученных результатов, можно ожидать, что они будут с успехом использованы в ряде генетико - селекционных программ.
Основные полозенкя диссертаі~н, вьиосимие на защиту.
Гибридизация октоплоидных пшенично-ржаных амфидиплоидов с тетраплоидными является эффективным методом реконструкции карио-типа гексаплоидных тритикале.' позволяющим осуществлять интрогрес-сию в эти формы хромосом D-генома пшеницы сохраняя интактным геном ржи. .
В ходе создания D{A)- и D(B)- замещений частота их встречаемости в кариотипе гексаплоидных форм существенным образом отличается от ожидаемой, что свидетельствует о неслучайном характере этого процесса.
На процесс фиксации различных типов замещений хромосом существенное влияние оказывает генотипическая' среда растений, то есть характер генных взаимодействий, складывающийся в гибридном организме.
В различной генотипической среде и в разных экологических условиях отбор благоприятствует интрогрессии разных хромосом D -генома, а интрогрессия одних и тех же хромосом может иметь различные фенотипические и генетические эффекты.
Интрогрессия хромосом D-генома в гексаплоидные тритикале способствует улучшении отдельных технологических качеств зерна этой культуры.
Личный вклад соискателя. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены непосредственно автором работы в лаборатории цитогенетики растений Института генетики и цитологии АНБ в группе " Хромосомная инженерия растений". В проведении полевых экспериментов и учете основных показателей элементов продуктивности растений принимали участие м. н. с. Л. А. Соловей и м. н. с. Т. И. Штык. Выражаю искреннюю признательность н благодарность бывшему заведующему лабораторией цитогенетики растений, член-корр. АНБ В. Е. Борцотову за эффективное содейста в выполнении работы.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах лаборатории цитогенетики растений Института генетики и цитологии АНБ ( Минск. 1989 - 1995). на VI-ом съезде БелО-ГиС (Горки, 1992). IV-ом съезде общества генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова (Минск, 1992). Ш-ем Международном симпозиуме по тритикале (Португалия, Лиссабон. 1994). 1-ом съезде В0-ГиС (Саратов. 1994) и Республиканской конференции "Современные проблемы генетики и селекции" (Минск, 1995).
Опубликованность результатов. Результаты диссертации опубликованы в 4 статьях, 6 тезисах международных, всесоюзных и республиканских научных форумов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы (1 глава), описания методов исследования (2 глава), результатов исследования и их обсуждения (3 глава), выводов, списка использованной литературы, включающего 186 источников, их которых 121 на иностранных языках. В работе имеется 30 рисунков и 8 таблиц. Диссертация изложена на 112 листах машинописного текста.