Цитологический скрининг гибридных сеянцев яблони от разнохромосомных скрещиваний

Полный текст

Введение

Предметом внимания для сельскохозяйственной науки является пополнение генофонда плодовыми растениями, которые будут высокоурожайны, адаптированы к изменениям условий окружающей среды, устойчивы к различным заболеваниям, а также будут обладать высокими товарными и вкусовыми качествами. Среди всех плодовых растений мира яблоне принадлежит первое место по площади посадок и по урожаю. Главным поставщиком сортовых яблонь в России в последнее время является ВНИИСПК (Седов и др., 2022). Во ВНИИСПК академик РАН Седов Е.Н. совместно с цитологом, доктором сельскохозяйственных наук Седышевой Г.А. с 1970 года начали одними из первых проводить селекцию яблони на полиплоидном уровне для создания триплоидных сортов (Седышева и др., 2013). Было доказано, что с помощью этого метода существенно увеличивается возможность получения новых триплоидных сортов с высокой адаптационной способностью и большим биологическим потенциалом, пригодных для возделывания в садах интенсивного типа (Горбачева, Клименко, 2019). В лаборатории цитоэмбриологии по настоящее время продолжаются исследования по цитологическому контролю селекционной школки сеянцев, а также проводится цитоэмбриологическая оценка исходных форм для селекции яблони с целью получения новых сортов. Большой интерес для селекционеров представляет создание триплоидных растений от разнохромосомное скрещиваний типа: диплоид × тетраплоид, тетраплоид × диплоид (Горбачева и др., 2018). Было выявлено, что гибриды с тройным набором хромосом, превосходят диплоиды и тетраплоиды по ряду показателей. У триплоидных сортов яблони по сравнению с диплоидными наблюдаются более выгодные признаки – регулярное плодоношение, крупные плоды и устойчивость к парше. Тетраплоидные формы не имеют коммерческой ценности из-за низкого качества плодов (Седов и др., 2020). Также у них отмечается низкая устойчивость к холоду, поэтому в основном их используют в качестве отцовского компонента для создания триплоидных сортов (Седов и др., 2013). Необходимо учитывать, что не все тетраплоидные формы являются донорами диплоидных гамет, а только те у которых тетраплоидный набор хромосом находится в субэпидермальном слое конуса роста, из которого формируются генеративные ткани цветка. (Седов и др., 2008, Седов и др., 2020). Необходимо исследовать состояние их генеративной сферы для возможности использования в селекции и проводить анализ плоидности гибридного потомства от разнохромосомных скрещиваний с целью отбора перспективных форм (Горбачева и др., 2018).

Во ВНИИСПК на настоящий момент выведено около двадцати триплоидных сортов, полученных путем скрещивания различных диплоидных и тетраплоидных форм (Седов и др., 2019).

С привлечением в селекционный процесс полиплоидов требуется постоянный достаточно трудоемкий цитологический контроль гибридного потомства для дальнейшего отбора триплоидных генотипов (Макаренко, 2015). Из вышесказанного следует, что цитологический скрининг должен проводиться для всех полиплоидных форм, включенных в селекцию, поэтому данное направление является актуальным.

Научная новизна заключается в исследовании статуса плоидности новых ранее неизученных гибридных семей яблони, что позволяет выявить семьи, давшие наибольший выход триплоидных гибридов, которые могут представлять практический интерес.

Цель нашего исследования - проведение цитологического анализа плоидности сеянцев от скрещивания диплоид × тетраплоид, для выделения растений с тройным набором хромосом.

Материалы и методики исследований

Объектами исследований являлись гибридные сеянцы, размещенные в селекционных и коллекционных насаждениях ВНИИСПК. Определяли плоидность 266 растений из шести гибридных семей: 6534 [Северный синап(2х) × 25-35-124 (4х)], 6519 [Московское ожерелье(2х) ×30-47-88 (4х)], 6520 [Приокское (2х) × 13-6-10 (4х)], 6533 [Северный синап (2х) × 25-37-45 (4х)], 6491 [Уэлси (2х) × 25-37-45 (4х)], 6535 [Орлик (2х) × 30-47-88 (4х)].

Для определения плоидности брали верхушечные меристемы вегетативных почек. Фиксация материала (без предварительной обработки) производилась в уксусном алкоголе (3 части 96%-ого этилового спирта + 1 часть ледяной уксусной кислоты) в течение суток. После фиксации материал промывали в трёх сменах 96% этилового спирта и помещали на хранение в 70% этиловый спирт. Окрашивание образцов проводили пропионо-лакмоидным методом (Каптарь, 1967). Для приготовления красителя 5 г лакмоида растворяли в 50 мл 50%-й пропионовой кислоты. Полученный раствор ставили в темное место на 3…5 дней; колбу периодически встряхивали. Затем раствор фильтровали и хранили в темном месте, используя в работе как стандартный. После этого материал переносили в термостойкую пробирку с 0,5 мл 45%-й уксусной кислоты, доводили до кипения на спиртовке и кипятили в течение 5…30 с (не более) для мацерации объекта. После этого почки переносили на предметное стекло в каплю хлоралгидрата, накрывали покровным стеклом. Хромосомы окрашиваются в коричневый цвет. Контрастность окраски увеличивается при хранении препарата, поэтому готовый препарат оставляли на 30 мин для дифференцировки (Паушева, 1980).

Визуализация хромосом проводилась методом световой микроскопии на микроскопе Nikon Eclipse 50i и 80i c увеличением 100х. Для определения плоидности у каждого гибрида было изучено от 5 до 10 метафазных пластинок.

Результаты исследования

Проведен анализ плоидности гибридных сеянцев яблони от разнохромосомных скрещиваний в количестве 266 растений из 6 семей. В скрещиваниях в качестве доноров диплоидных гамет были взяты тетраплоидные формы 30-47-88(4х), 25-35-124(4х), 13-6-10 (4х), 25-37-45 (4х).

В семье Северный синап(2х) × 25-35-124 (4х) из 95 изученных растений 99% сеянцев оказались триплоидными с 2n = 3х = 51 хромосома, 1% – диплоидными с 2n = 2х = 34 хромосомы. В семьях Московское ожерелье (2х) × 30-47-88 (4х) и Приокское (2х) × 13-6-10 (4х) 100% триплоидных сеянцев. В комбинации скрещивания Орлик (2х) × 30-47-88 (4х) выход триплоидных сеянцев составил 98%. В двух семьях (6533, 6491) в качестве отцовского родителя был взят тетраплоид 25-37-45, а в качестве материнских растений диплоиды Северный синап (2х) и Уэлси (2х). Анализ плоидности показал, что в семье Северный синап (2х) × 25-37-45 (4х) образовалось 94% триплоидных растений и 6% диплоидных, а в семье Уэлси (2х) × 25-37-45 (4х) процент триплоидных растений меньше и составил 79%, а диплоидных – 21%, предположительно на меньший выход триплоидов в данном случае повлиял диплоидный компонент. Все комбинации скрещиваний с тетраплоидными формами (25-35-124, 30-47-88, 13-6-106, 25-37-45) в качестве опылителей, дали высокий выход триплоидных гибридов. В среднем по всем комбинациям скрещивания 251 растение (94%) оказались триплоидными с 2n = 3х = 51 хромосома, 6% гибридов – диплоидными с 2n = 2х = 34 хромосомы (таблица 1, рисунок 1).

 

Таблица 1 – Плоидность гибридных сеянцев яблони в селекционной школке

№ семьи	Название семьи	Всего растений, шт.	В том числе:
			2х, шт./%	3х, шт./%
6534	Северный синап(2х) × 25-35-124 (4х)	95	1/1	94/99
6519	Московское ожерелье(2х) × 30-47-88 (4х)	3	0	3/100
6520	Приокское (2х) × 13-6-10 (4х)	2	0	2/100
6533	Северный синап (2х) × 25-37-45 (4х)	31	2/6	29/94
6491	Уэлси (2х) × 25-37-45 (4х)	48	10/21	38/79
6535	Орлик (2х) × 30-47-88 (4х)	87	2/2	85/98
Всего		266	15/6	251/94

 

Рисунок 1 – Триплоидный набор хромосом (2n = 3х = 51) гибридных сеянцев яблони из семьи: а – Уэлси (2х) × 25-37-45 (4х); б – Северный синап (2х) × 25-35-124 (4х)

 

Выводы

В результате проведенных исследований определена плоидность гибридных сеянцев яблони в семьях: Северный синап (2х) × 25-35-124 (4х), Московское ожерелье (2х) × 30-47-88 (4х), Приокское (2х) × 13-6-10 (4х), Северный синап (2х) ×25-37-45 (4х), Уэлси (2х) × 25-37-45 (4х), Орлик (2х) × 30-47-88 (4х). Из 266 изученных растений 251 растение (94%) – триплоиды с 2n = 3х = 51 хромосома и 15 (6%) гибридов – диплоиды с 2n = 2х = 34 хромосомы. Высокий выход триплоидных сеянцев позволяет рекомендовать изученные комбинации скрещивания для получения растений с тройным набором хромосом.

Об авторах

Анастасия Геннадьевна Бородкина

ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур

Автор, ответственный за переписку.
Email: borodkina@orel.vniispk.ru

младший научный сотрудник лаборатории цитоэмбриологии 

Россия, 302530, Орловская область, Орловский район, д. Жилина, ВНИИСПК

Наталья Геннадьевна Лаврусевич

ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур

Email: lavrusevich@orel.vniispk.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией цитоэмбриологии 

Россия, 302530, Орловская область, Орловский район, д. Жилина, ВНИИСПК

Мария Александровна Зубкова

ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур

Email: zubkovam@orel.vniispk.ru

младший научный сотрудник лаборатории цитоэмбриологии 

Россия, 302530, Орловская область, Орловский район, д. Жилина, ВНИИСПК

Список литературы

Дополнительные файлы