Введение к работе
Актуальность проблемы. Как известно, томат является одной из наиболее важных сельскохозяйственных овощных культур, этим и объясняется повышенный интерес к этому виду многих исследователей. Разработанные в последнее время биотехнологические приемы генетической модификации растений позволяют устранить целый ряд ограничений в традиционной селекции томата. К таким ограничениям относятся, например, однородительское наследование цитоплазматических признаков в половом потомстве, или половая несовместимость томата с малочисленными другими представителями родов Lyoopersicon и Solanum.
С развитием методов культуры клеток растений in vitro стал практически доступен принципиально новый способ скрещивания растений - соматическая гибридизация. Основное отличие этого способа от половой гибридизации - использование соматических клеток Еместо половых, что, как оказалось, позволяет преодолевать естественные барьеры несовместимости при скрещивании. Методы соматической гибридизации открывают новые перспективы для манипулирования как ядерными, так и цитоплаэматичееклми генетическими детерминантами, что позволяет значительно расширить наследственную изменчивость в селекции различных видов растений. Исследования, проведенные рядом авторов и выполненные главным образом на видах рода Nіcotі ana, убедительно доказывает возможность создания новых форм растений, ценных для селекционно-генетической работы.
Вместе с тем в настоящее время работы по соматической гибридизации томата ограничиваются лишь получением гибридных форм с немногими дикими сородичами. Это объясняется, во-первых, отсутствием генетически маркированных линий, удобных для селекции ядерных или цитоплазматических гибридов, во-вторых, - значительными методическими трудностями, связанными с использованием клеточных технологий применительно к данной культуре.
Практически все сорта культурного томата несут цитоплазмой Lycopersicon esculentum. Это обусловлено, во-первых, лишь односторонней совместимостью культурного томата при скрещивании с большинством диких видов томата, т.е. когда L. esculentum исполь-вуется в качестве материнской формы и, во-вторых, - однородитель-ским, материнским, наследованием цитоплазматических генов в половом процессе. Дикие же виды томата обладают видоспецифическим, ци-топлазмоном, а под контролем генов цитоплазмы, как известно, на-
1-эакыз 1Ю1
.:- в -
холится целый ряд полезных признаков, таких как интенсивность фо-тосинтеаа, устойчивость к различным патогенам, факторам внешней среды, гербицидам, антибиотикам, цитопдазматичеекая мужская стерильность (ЦМС) и др. Следовательно, вовлечение в селекционный процесс различных диких видов томата путем соматической гибридизации (для которой характерно двуродительское наследование плаз-могенов) открывает возможность использования полезных, в том числе и комплекса хозяйственно ценных, признаков, кодируемых цитоп-лаэмоном этих видов. Использование метода гибридизации томата, получившего название асимметрической гибридизации (синонимы "гамма-гибридизация", "гамма-слияние протопластов"), когда клетки до-норного вида (дикого томата) подвергаются радиоактивному облучению в суперлетальных дозах кроме того, позволяет более целенаправленно влиять на перенос тех или иных ядерных генетических структур и (аргіогі) получать высокофункциональные (фертильные) асимметричные ядерные гибриды и цибриды.
Цель и задачи исследования. В связи с вышеизложенным, целью настоящей работы была разработка эффективной системы селекции соматических гибридов и изучение возможности получения фертильних асимметричных гибридов и цибридов томата.
Необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать приемы соматической гибридизации культурного томата с рядом видов оода Lycopersicon и Solanum при использовании инактивации одного из партнеров гамма-облучением.
-
Провести оценку эффективности различных доз гамма-облучения протопластов для получения гибридов различной степени асимметрии, включая цибриды.
-
Оценить генетическую конституцию отобранных растений и их пригодность для практической интрогрессии генов дикого вида культурному томату.
Научная новизна. Разработана эффективная система селекции соматических гамма-гибридов в роде Lycopersicon, основанная на использовании в качестве реципиента пластомного хлорофиллдефект-ногр мутанта культурного томата, а в качестве донора - ряда диких видов Lycopersicon и Solanum, обработанных летальными дозами гамма-облучения.
Впервые в роде Lycopersicon получены фертильные гамма-гиС ридные растения.
.Впервые с помощью гамма-гибридизации получены цитоплазмати-чі^ские гибридные растения томата (цибриды,).
Впервые получены соматические гибриды томата с участием ди-юго вида L. hirsutum var. dentatum.
Доказано, что метод "гамма-слияния" протопластов позволяет іреодолевать барьеры половой несовместимости при гибридизации L. jsculentum с другими представителями рода Lycopersicon и Solanum і получать соматические гибриды с широким спектром генетической юменчивости.
Практическая ценность. Разработанный нами способ селекции зоыатических гибридов в роде Lycopersicon позволяет применять технологию клеточной инженерии для получения ценного исходного зелекционного материала у томата.
Полученные нами трансгеномные растения культурного томата с участием диких видов L. peruvianum var. dentatum, L. pennellii И 5. rjckii, большинство из которых обладают высокой регенерацион-аой способностью, могут использоваться в клеточной селекции для получения новых форм, устойчивых к неблагоприятным факторам среды К грибным патогенам. Некоторые из этих растений, идентифицированные нами как фертильные, могут быть прямо использованы в селекционном процессе на ряд хозяйственно-ценных признаков. Полученные грансгеномные растения томата переданы в Институт экологической генетики АН ССРМ для полевых испытаний в климатических условиях республики Молдова и. включения их в селекционно-генетические исследования.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" (Новосибирск, 1988), II съезде Всесоюзного общества физиологов растений (Минск, 1990), VII Международном конгрессе "Культура клеток и тканей растений" (Амстердам, Нидерланды, 1990), VIII Международном симпозиуме по протопластам (Упсала, Швеция, 1991), а также на научных семинарах отдела цитофизиологии и клеточной инженерии Института клеточной биологии и генетической инженерии АН УССР.
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в девяти печатных работах, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав "Обзор литературы", "Материалы и методы", "Результаты исследований", "Обсуждение полученных результатов", выводов и списка использованной литературы, включающего 143 библиографические ссылки, из которых 122 иностранные. Работа изложена на 158 страницах