МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010 ___________________________________________ Я.Н. Демурин, доктор биологических наук, профессор О.М. Борисенко, кандидат биологических наук Н.И. Бочкарев, доктор биологических наук ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17, тел.: (861) 274-55-94, факс (861)254-27-80 e-mail:yakdemurin@yandex.ru ПЛЕЙОТРОПНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАЦИЙ ВЫСОКОПАЛЬМИТИНОВОСТИ И ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА СЕМЯН НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ РАСТЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА Ключевые слова: аналоги линии, подсолнечник, мутация, жирная кислота УДК 633.854.78:575 Введение. Влияние мутаций жирно-кислотного состава масла семян подсолнечника на другие селекционные признаки привлекало внимание учѐных в ряде исследовательских программ. Наиболее значимая работа была посвящена сравнительной оценке обычных и высокоолеиновых гибридов по комплексу хозяйственно ценных признаков в различных экологических условиях в Испании [5]. Изогенные компоненты четырѐх селекционных линий RHA271, RHA274, HA89 и HAJ152 не показали воздействия мутации высокоолеиновости Ol, полученной К.И. Солдатовым во ВНИИМК [3], на высоту растений, число листьев, диаметр корзинки, период всходы–цветение, автофертильность и масличность семянок [5]. С другой стороны, мутация Ol обладала позитивным эффектом на урожай семянок, их масличность и надземную биомассу, а также негативно воздействовала на период всходы–цветение, автофертильность и всхожесть у четырѐх пар полученных изогенных гибридов. Кроме того, наблюдалось достоверное взаимодействие признак × генетическая среда [5]. Мутация высокопальмитиновости масла семян подсолнечника впервые получена П. Ивановым в Болгарии [6] после использования физического мутагенеза при облучении гамма-лучами семянок сорта Заря селекции ВНИИМК. Самоопылѐнная линия получила название 275 HP. Опубликованных данных о влиянии этой мутации на другие признаки растения нам не известно. В работах испанских учѐных сообщается о создании высокопальмитиновой линии CAS-5 после облучения семянок обычной линии рентгеновскими лучами [7, 8]. Плейотропный эффект мутации также не описан. С другой стороны, другой высокопальмитиновый мутант P-20, полученный после химического мутагенеза при обработке семянок обычной линии этилметансульфонатом (EMS), потерял всхожесть в М3, показывая наличие летального фактора в гомозиготе [7]. Кроме того, ещѐ одна высокопальмитиновая мутация была индуцирована нитрозоэтилмочевиной (НЭМ) в рамках программы химического мутагенеза для улучшения селекционных линий подсолнечника в Украине [2]. В ходе гибридологического анализа установлено, что наследование мутации высокопальмитиновости р у линии CAS-5 контролируется одним или тремя генами в зависимости от комбинации скрещивания [9]. В ходе генетических исследований во ВНИИМК три независимо обнаруженные мутации высокопальтиновости были утеряны при размножении растений из-за пониженной жизнеспособности. Это произошло в M3 после обработки семянок сорта Юбилейный 60 нитрозоэтилмочевиной, в I2 при самоопылении растений образца K2222 и, наконец, в I1 образца №429934 мировой коллекции ВИР. Тем не менее, высокопальмитиновая линия ЛГ30 была получена во ВНИИМК в результате скрининга ЦСМ-линий из Украины с последующим скрещиванием, индивидуальным отбором и самоопылением [1, 4]. Данная работа была направлена на изучение влияния мутаций высокоолеиновости и высокопальмитиновости масла семян на некоторые морфометрические признаки растений с использованием линий генетической коллекции подсолнечника ВНИИМК. Материал и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии ВК580 по мутациям Ol и р. ВК580 является нормой, ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости (87 %), ВК850 – мутацией высокопальмитиновости (24 %), а ВК805 содержит обе мутации высокоолеиновости (6 %) и высокопальмитиновости (20 %) в дигомозиготе. Мутация высокопальмитиновости происходит из линии ЛГ30 после ВС3 на линию ВК580. Растения выращивали летом в полевых условиях на центральной экспериментальной базе ВНИИМК в 2007-2009 гг. Посев проводили по схеме 70×35 см по две семянки в гнездо. Полевая всхожесть семян высокопальмитиновых аналогов ВК850 и ВК805 была существенно ниже по сравнению с нормой ВК580. На стадии 3-х пар настоящих листьев проводили рендомизированную прорывку до одного растения в гнезде. Для скрещивания применяли ручную кастрацию материнской формы. Жирно-кислотный состав масла определяли с помощью газо-жидкостной хроматографии метиловых эфиров на приборе Хром 5. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью программы Statistica 6.0. Результаты и обсуждение. Плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости наблюдался в течение трѐхлетнего исследования серии аналогов линии ВК580 (табл. 1). Достоверно установлено, что мутация р приводит к уменьшению высоты растений на 41 см (32 %), числа листьев на 4 штук (14 %) и периода всходы-цветение на 2 дня (4 %). Мутация Ol достоверно увеличила высоту растений на 4 см (3 %). Доля влияния мутаций р и Ol (фактор генотипа) в общем варьировании высоты растений составила 46 % (табл. 2), что является значительной величиной с учѐтом различных экологических условий трѐхлетнего исследования. При этом влияние всех факторов, включая генотип, год, а также их взаимодействие, было статистически достоверным для трѐх изученных признаков. Фактор года оказывал основное влияние на период всходы–цветение и число листьев на 83 и 73 % соответственно. Таблица 1 – Среднее значение и отклонение от стандарта морфометрических признаков различных генотипов подсолнечника Высота растений, см Генотип ±st ВК580 (st) 127 0 ВК508 Ol 131 +4* ВК850 p 86 -41* ВК805 Ol, p 89 -38* * - различия достоверны, p< 0,05 ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг. Период всходыЧисло листьев, шт. цветение, дни ±st ±st 54 0 28 0 54 0 29 +1 56 +2* 24 -4* 55 +1* 26 -2* Таблица 2 – Доля влияния факторов в общем варьировании признаков у аналогов линии ВК580 Фактор генотип год генотип×год остаточная ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг. Высота растения Период всходы-цветение Число листьев 0,46 0,07 0,11 0,43 0,83 0,73 0,03 0,02 0,06 0,08 0,08 0,10 С целью верификации существенного негативного эффекта мутации высокопальмитиновости на высоту растений, изначально обнаруженного у серии аналогов, был проведѐн тест на сопряжѐнное наследование этих двух признаков (рис. 1). Пальмитиновая кислота, % Рисунок 1 – Частота распределения значений содержания пальмитиновой кислоты в отдельных семенах родительских линий ВК508 и ВК850, F1, F2 и средних проб семян F3 с самоопылѐнных корзинок F2 ВНИИМК, г. Краснодар, 2007-2009 гг. Изучение семян F1 от скрещивания аналогов ВK850(р)×ВK508 показало, что низкое содержание пальмитиновой кислоты является неполно доминирующим признаком со степенью доминирования d = -0,4. При этом среднее значение содержания пальмитиновой кислоты у родительских форм было 21 и 3 % соответственно, а у гибридных семян F1 – 9 %. Отдельные семена F2 показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два дискретных фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-10%) и высокопальмитиновый (17-19 %). Соответствующее эмпирическое расщепление 36:4 согласуется с модельным отношением 15:1 для двух рецессивных несцепленных генов (χ215:1 = 0,96, p>0,05). Другая часть семян этой популяции F2 была использована для посева, измерения высоты растений и их самоопыления. Средние пробы семян F3 с 188 самоопылѐнных корзинок F2, как и следовало ожидать, показали расщепление по содержанию пальмитиновой кислоты на два фенотипических класса: нормальный и промежуточный (4-17 %) и высокопальмитиновый (18-23 %). Это эмпирическое расщепление 173:15 также достоверно соответствует схеме 15:1 с одинаковым значением χ215:1 = 0,96, p>0,05. Изучение варьирования высоты 188 растений в F2 и содержания пальмитиновой кислоты в семенах F3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВK850×ВK508 (рис. 2). При этом коэффициент корреляции составил r = –0,54, а уравнение линейной регрессии имеет вид y = 157,8 – 2,3x. 160 150 Высота, см. y = 157,8- 2,3*x 140 130 120 110 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Пальмитиновая кис лота, % Рисунок 2 – Регрессия высоты растений F2 по содержанию пальмитиновой кислоты в масле семян F3, полученных при самоопылении. ВНИИМК, г. Краснодар, 2009 г. Средняя высота 15 гомозиготных высокопальмитиновых растений в F2 равнялась 109 см и была достоверно ниже высоты остальных 173 растений, обладающих высотой 138 см (НСР05= 3 см). Очевидно, что это различие на 29 см по высоте между двумя фенотипическими классами в F2 соответствует различию между родительскими формами ВК850 и ВК508. Выводы. Существенное отрицательное влияние мутации высокопальмитиновости масла семян на высоту растений было установлено на основе как сравнительного изучения серии аналогов линии ВК580, так и в ходе гибридологического анализа. Генетический контроль мутации высокопальмитиновости в скрещивании ВK850×ВK508 осуществлялся двумя независимо наследуемыми рецессивными генами. Основной вопрос заключается в поиске объяснения негативного МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010 ___________________________________________ воздействия мутации высокопальмитиновости на высоту растений как сцеплением генов, так и истинной плейотропией мутации. Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №09-04-96588. Список литературы 1. Ефименко, С.Г. Создание линии подсолнечника ЛГ30 с повышенным содержанием пальмитиновой кислоты в масле / С.Г. Ефименко, С.К. Ефименко, Я.Н. Демурин // Науч. техн. бюлл. ВНИИМК. – Краснодар. – 2005. – Вып. 1 (132). – С. 14-18. 2. Кириченко, В.В. Теоретические основы селекции подсолнечника и практическое использование эффекта гетерозиса / Кириченко Виктор Васильевич: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук – Днепропетровск, 2002. – 33 с. 3. Солдатов, К.И. Высокоолеиновый сорт подсолнечника Первенец / К.И. Солдатов, Л.К. Воскобойник, Л.Н. Харченко // Бюл. НТИ по масличным культурам. – Краснодар. – 1976. – Вып. 3. – С. 3-7. 4. Demurin, Ya. 2003. Up-to-date results on biochemical genetics of sunflower in VNIIMK / Ya. Demurin // Helia. – 2003. – Vol. 26. – № 38. – P. 137-141. 5. Fernandez-Martinez, J. Performance of near-isogenic high and low oleic acid hybrids of sunflower / J. Fernandez-Martinez, J. Munoz, J. Gomez-Arnau // Crop Science. – 1993. – Vol. 33. – № 6. – P. 1158-1168. 6. Ivanov, P. Sunflower breeding for high palmitic acid content in the oil / P. Ivanov, D. Petakov, V. Nikolova [and others] // Proc. 12th International Sunflower Conference. – Novi Sad, Yugoslavia. – 1988. – P. 463-465. 7. Mancha, M. New sunflower mutants with altered seed fatty acid composition / M. Mancha, J. Osorio, R. Garces, J. Ruso [and others] // Prog. Lipid Res. – 1994. – Vol. 33. – № 1/2. – P. 147-154. 8. Osorio, J. Mutant sunflowers with high concentration of saturated fatty acids in the oil / J. Osorio, J. Fernandez-Martinez, M. Mancha [and others] // Crop Science. – 1995. – Vol. 35. – P. 739-742. 9. Perez-Vich, B. Inheritance of high palmitic acid content in the seed oil of sunflower mutant CAS-5 / B. Perez-Vich, J. Fernandez, R. Garces [and others] // Theor. Appl. Genet. – 1999. – Vol. 98. – P. 496-501.