Введение к работе
Актуальность темы. Традиционные методы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур за последние полвека значительно усовершенствовались. Возможности исследователей для получения новых форм растений, создания нового генофонда расширяются за счёт новейших методов отдалённой гибридизации, трансгеноза, применения ДНК маркеров, ускоренной гомозиготизации гибридных потомств и направленного мутагенеза [Watson, Crick, 1953; Ципин, 1981; Кордюм, 1982; Дубинин, 1986; Шевелуха, 1992; Кильчевский, Хотылёва, 1997; Bertolla, Simonet, 1999 и др.].
Однако традиционная селекция имеет целый ряд ограничений, не позволяющих эффективно использовать всю потенциальную и доступную отбору генотипическую изменчивость, свойственных культуре. Одним из методов, дающим возможность обойти все естественные межвидовые репродуктивные и рекомбинационные барьеры является генная инженерия. Она позволяет оперировать (комбинировать, переносить от одного вида к другому) практически любыми генами, принадлежащими к совершенно не родственным организмам или даже синтезированных искусственно [Картель, 1989; Дейнеко, 1998; Ермишин и др., 2005; Глазко, 2006; Чесноков, 2007 и
др]-
Особенно большие возможности генной инженерии могут открыться в плане использования методов трансгеноза для индукции мейотической рекомбинации на основе переноса в межвидовые гибриды растений эндогенных индукторов кроссинговера [Жученко, 2001; 2003; 2008].
С учётом первостепенной важности задачи повышения адаптивного потенциала культивируемых растений, а также обеспечения биологической безопасности в связи с широкомасштабным распространением генетически модифицированных организмов (ГМО), вопрос об индуцированном изменении частоты и спектра рекомбинаций под воздействием нуклеиновых кислот чужеродного происхождения заслуживает особого внимания.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в разработке и применении комплексного (с элементами молекулярно-генетического анализа) методического подхода к установлению изменения частоты и спектра генетической рекомбинации на основе индукции мейотического кроссинговера у маркированных мутантных форм томата под воздействием чужеродной трансгенной ДНК экзогенного происхождения.
Работа направлена на решение фундаментальной проблемы экологической генетики и селекции растений - установление механизмов формообразовательного процесса, обусловленного индуцированием генетической рекомбинации.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
проведен отбор маркерных мутантных форм томата с четким проявлением фенотипических признаков на ранней стадии онтогенеза;
подобраны трансгенные формы томата и проведена молекулярно-генетическая оценка образцов;
проведены скрещивания отобранных мутантных форм с трансгенными линиями томата, получены Fi гибриды;
проведен молекулярно-генетический анализ полученных Fi гибридов;
проведен комплексный морфотипический и молекулярный (генетический) анализ расщепляющихся F2 гибридов потомства самоопыленных растений Fi гибридов;
проведена оценка изменения частот фенотипических классов и их спектра в присутствии чужеродной трансгенной ДНК в геноме одной из родительских форм;
проведена оценка фотосинтетической активности Fi трансгенных гибридов и их родительских форм; оценка гибридных комбинаций и их родительских форм по содержанию пигментов в листьях томата.
Научная новизна. Впервые у томата, строгого самоопылителя, доказана высокая роль воздействия чужеродной трансгенной ДНК (Ds-элемент кукурузы и ген нуклепротеина Np вируса бронзовой пятнистости томата) в расширении частот и спектра новообразований в классической мейотической схеме рекомбиногенеза.
Получены гибриды на основе скрещивания трансгенных линий и мутантных форм томата с уникальным формообразовательным процессом в расщепляющихся поколениях, у которых был проведен комплексный фенотипический и молекулярный генотипический анализы, позволившие установить соответствие теории практике.
Научно-практическая значимость. Установлено молекулярно-генетическое расщепление морфологических и селективных маркерных генов, определяющих их взаимодействие в процессе мейотического кроссинговера.
Выявлено проявление тератологических признаков у растений томата на всех этапах онтогенеза при использовании для гибридизации трансгенных растений. Получена качественная характеристика этого процесса.
Установлено, фотосинтетическая активность увеличивается в ряду Мутант -Сорт - ГМО - Гибрид, в аналогичной последовательности увеличивается суммарное содержание хлорофиллов а + Ъ и каротиноидов.
Результаты работы используются в учебно-научной деятельности ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» и в ГНУ ВНИИ растениеводства им. Н.И.Вавилова Россельхозакадемии.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Трансгены вызывают изменение частоты и спектра мейотической
рекомбинации в Fi томата.
Экзогенная ДНК обуславливает вариации проявления фенологических и морфологических признаков в гибридных поколениях трансгенных и мутантных форм томата (трёхдольные зародышевые листья, отсутствие точки роста, две точки роста, фасциация, изменённые листовые пластинки).
Интрогрессия чужеродного генетического материала (трансгена) в Fi гибриды позволяет значительно расширить спектр доступной отбору генотипической
изменчивости, обогатить генофонд и сократить время на получение ценного исходного материала для селекции.
Апробация результатов исследований. Основные результаты работы были представлены: VII молодежная научная конференция «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии», Москва, 2007; Международная научно-практическая конференция «Генофонд, селекция и технология возделывания пасленовых культур», Астрахань, 2007; V научно-практическая конференция молодых ученых и аспирантов «Проблемы и перспективы развития современных элементов технологий производства сельскохозяйственной продукции», Астрахань, 2008; Всероссийская научная конференция «Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России», Санкт-Петербург, 2008; 6-я Международной научно-практической конференции «Биологическая защита растений как основа экологического земледелия и фитосанитарной стабилизации агроэкосистем», Краснодар, 2010.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 06-04-08097-офи и № 08-04-13596-офиц.
Публикации. Материалы диссертации изложены в 7 научных публикациях, в т.ч. одна в рецензируемом издании, рекомендованной ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц, 43 рисунка, состоит из введения, трех глав, выводов, практических рекомендаций. Список литературы включает 247 источников, в том числе 127 на иностранных языках.
