Введение к работе
Актуальность темы. Подсолнечник - основная масличная культура в Российской Федерации. На его долю приходится около 80 % площади посевов всех масличных культур и до 90 % производимого растительного масла (Келигов, 2009; Повстяной, 2009). В настоящее время для этой культуры актуальна проблема повышения урожайности, валового сбора семян с высокими технологическими качествами. Одним из путей ее решения является возделывание новых высокопродуктивных гетерозисных гибридов (Плачек, 1936; Перстенева, 2009; Fernandez-Martinez et al., 2009). Для их промышленного производства используют материнские линии с цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС) и отцовские формы, несущие гены-восстановители фертильности пыльцы (Rf) (Serieys, 1999; Гаврилова, Рожкова, 2005).
В настоящее время в коммерческом производстве семян подсолнечника преобладают гетерозисные гибриды, полученные на основе ЦМС типа РЕТ1, открытой у межвидового гибрида Helianthus petiolaris Nutt. х Н. annum L. П. Леклерком еще в 1966 г. (Leclerq, 1969). Унификация типа ЦМС РЕТ1, может привести к негативным явлениям, например, массовым эпифитотиям. Аналогичный случай уже имел место при широкомасштабном поражении гельминтоспориозом гибридов кукурузы с техасским типом ЦМС, тогда как другие типы ЦМС оказались менее восприимчивы к этому заболеванию (Levings, 1990). Следовательно, для создания новых систем ЦМС-/?/ с целью увеличения генетического разнообразия и уменьшения опасной унификации семенного материала, актуален поиск и внедрение в гетерозисную селекцию новых источников ЦМС и, соответственно, восстановителей фертильности пыльцы (Чепурная, 2002; Шерстю к, 2004; Гаврилова, Рожкова, 2005; Venkanna et al., 2008). На Кубанской опытной станции ВИР созданы линии на основе нового источника ЦМС RIG0 (на основе цитоплазмы Н. rigidus Desf.), комплексное изучение которого ранее не проводилось.
ЦМС растений представляет собой феномен ядерно-цитоплазматического взаимодействия, в котором участвуют как гены органелл (митохондрий), так и ядра. Линии-аналоги с различными типами ЦМС являются удобной моделью для исследования фундаментальной проблемы механизмов взаимодействия генов ядра и цитоплазмы и вычленения из общей генотипической изменчивости вклада цитоплазмона в формирование количественных морфобиологических признаков.
Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование по комплексу морфобиологических и молекулярно-генетических характеристик новых систем ЦМС - Rf,nx родительских форм на основе двух типов ЦМС - PET 1 и RIG0 и выявление возможности их практического использования.
Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:
Изучить влияние ЦМС типа РЕТ1 и RIGO на формирование морфобиологических признаков инбредных линий и гибридов F\ подсолнечника.
Исследовать методами световой и электронной микроскопии особенности микроспорогенеза у фертильного и стерильных аналогов РЕТ1 и RIG0 линии ВИР 109.
Провести сравнительный анализ морфобиологических признаков у линий -восстановителей фертильности пыльцы из коллекции ВИР.
4. Исследовать ДНК ЦМС линий и восстановителей фертильности пыльцы с
помощью специфических маркеров, основанных на ПЦР.
5. Провести скрининг дикорастущего подсолнечника из коллекции ВИР по
наличию SCAR-маркеров гена Rfl, контролирующего восстановление фертильности
пыльцы.
Научная новизна работы. Впервые с помощью полевых, молекулярно-генетических и микроскопических методов детально исследованы инбредные линии подсолнечника, представленные тремя аналогами: один - с фертильным цитоплазмоном и два других - со стерильными РЕТ1 и RIG0. Выявлено влияние нового типа ЦМС RIG0 на формирование морфобиологических признаков у материнских линий и гибридов. С помощью световой и электронной микроскопии выявлено сходство процессов дегенерации пыльцы в результате абортивного микроскопрогенеза при ЦМС РЕТ1 и RIG0, и установлены особенности нарушения ультраструктуры огранелл и клеток тканей пыльника, возникающие при ЦМС RIG0. Показано фенотипическое разнообразие линий восстановителей фертильности пыльцы из коллекции ВИР и определена их селекционная ценность. Выявлены SCAR-маркеры гена восстановления фертильности пыльцы (Rfl) в генотипах однолетних и многолетних видов подсолнечника.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований показано, что линии и гибриды на основе ЦМС RIG0 по изученным хозяйственно ценным признакам не уступают своим аналогам на основе ЦМС РЕТ1, в связи с чем новый тип ЦМС - RIG0 можно рекомендовать для использования в гетерозисной селекции подсолнечника наряду с традиционным - РЕТ1. Выделены новые перспективные высокоурожайные гетерозисные гибриды на основе ЦМС РЕТ1. Показано, что праймеры, комплементарные сцепленным с геном Rfl последовательностям ДНК, являются информативными маркерами новых восстановителей фертильности пыльцы к ЦМС РЕТ1 среди культурного и дикорастущего подсолнечника.
Апробация диссертации. Результаты исследования и основные положения диссертации были представлены и обсуждены на VIII съезде Украинского общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (г. Алушта, Украина, 2007); VI съезде физиологов растений России (г. Сыктывкар, 2007); IX съезде Белорусского общества генетиков и селекционеров (г. Гомель, Беларусь, 2007); II Вавиловской международной конференции «Генетические ресурсы культурных растений в XXI
веке: состояние, проблемы, перспективы» (г. Санкт-Петербург, 2007); IV съезде общества биохимиков и молекулярных биологов (г. Новосибирск, 2008); Международной научной конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (г. Ростов-на-Дону, 2008; 2009); V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (г. Москва, 2009); I Молодежной экологической конференции МЭК-2009 (г. Ростов-на-Дону, 2009); Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз Россия» (г. Пермь, 2009; Г. Нижний Новгород, 2010); Международной научной конференции «Роль Вавиловской коллекции генетических ресурсов в меняющемся мире» (г. Санкт-Петербург, 2009); шестой Всероссийской дистанционной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России» (пос. Персиановский, 2009); второй Московской международной конференции «Молекулярная филогенетика» (г. Москва, 2010); 14-ой Пущинской международной школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (г. Пущино, 2010); 3-й Международной телеконференции (г. Томск, 2010); научных конференциях по генетике и селекции Ростовского отделения ВОГиС (2007-2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы, из них 6 - в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 190 страницах, содержит 29 таблиц и 46 рисунков. Список литературы включает 311 источников, из которых 101 на русском языке.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (грант «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2019 гг», №2.1.1/4947).
