Введение к работе
Актуальность.
Апомиксис или бесполосеменное размножение является генетически
птролируемым репродуктивным процессом, в результате которого развитие
одышей происходит из диплоидных материнских клеток без оплодотворения.
ким образом, получаемое потомство является абсолютной копией
теринского организма. За последние два десятилетия интерес к этому явлению
мире, судя по числу научных коллективов занимающихся им, вырос
огократно. Апомиксис привлекателен тем, что с его помощью можно
реплять ценные количественные признаки и поддерживать их теоретически
конечно долго. Это позволит ускорить создание сортов, устойчивых к
езням и вовлечь в гибридную селекцию все культурные растения без
аничения [Koltunow et al., 1995; Vielle-Calzada et al., 1996; Kindiger, Sokolov,
97; Grossniklaus et al., 1998; Bicknell, Koltunow, 2004; Savidan, 2000, 2007].
репление гетерозиса через семенное размножение при использовании
миксиса позволит упростить коммерческое гибридное семеноводство и
изить затраты как у семенных, так и вегетативно размножающихся культур
арпеченко, 1935; Петров, 1957, 1964; Hanna, Bashaw, 1987; Berthaud, 2001].
В лаборатории цитологии и апомиксиса растений Биологического института
АН СССР впервые в мире апомиксис был передан межвидовому гибриду при
ещивании кукурузы с ее диким сородичем Tripsacum dactyloides L.
г=Ах=12). Настоящая диссертация представляет часть многосторонней
следовательской работы, проводимой в. лаборатории цитологии и апомиксиса
тений Института химической биологии и фундаментальной медицины СО
Н, и излагает результаты изучения цитогенетического контроля апомиксиса и
которые закономерности цитологического и эмбриологического поведения
курузно-трипсакумных гибридов с различным соотношением родительских
ЮМОВ.
Цель исследования:
Настоящая работа посвящена изучению цитогенетического контроля и рактера экспрессии генов апомиксиса у гибридов Zea mays х Т. dactyloides L. Задачи исследования:
1. Провести цитологический анализ коллекции кукурузно-трипсакумных
бридов, имевшейся в лаборатории к 1993 г.
-
Изучить у них тип эмбриологического развития зародышевых мешков.
-
Оценить число генов, контролирующих бесполосеменное размножение.
4. Выявить минимальное число и определить роль отдельных хромосом
ипсакума в цитогенетическом контроле апомиксиса у его гибридов с
курузой.
-
Изучить особенности Вш и Вц-гибридизации и ее роль в поддержан генетического разнообразия у апомиктов на примере полученных гибридов.
-
Проанализировать причины неполной женской фертильносте кукурузі трипсакумных гибридов, включая изучение гаметофитной совместимости и р импринтинга.
Научная новизна.
1. Впервые получены и изучены гибриды с 30 хромосомами кукурузы I
хромосомами трипсакума, что является несомненным достижением, сужая к
поиска генов апомиксиса до 9 хромосом. Ранее считалось, что для контрі
апомиксиса у гибридов кукурузы с трипсакумом необходим полный ген
дикого родителя (18 хромосом).
2. Установлено, что 39-хромосомные кукурузно-трипсакумные гибри
размножаются посредством псевдогамнои диплоспории с мегагаметогепез
АШеппагіа-типа, как и тетраплоидный Т. dactyloides.
-
Впервые показан независимый контроль двух составляющих апомиксис апомейоза и партеногенеза у трипсакума.
-
Продемонстрировано подавление импринтинга у кукурузно-трипсакумн гибридов и различная его экспрессивность при формировании эндосперм зависимости от плоидности и качества опылителя.
Практическая значимость работы.
Разработки лаборатории могут использоваться для выяснения генетичес механизмов передачи отдельных элементов апомиксиса и особенно интрогрессии генов при отдаленной гибридизации. Кроме того, они мо служить экспериментальной моделью передачи апомиксиса у других куль Материалы работы используются при чтении спецкурса «Экологичес генетика» в Сургутском государственном университете для демонстра перестроек хромосом.
Коллекция, созданная в лаборатории [Петров и др., 1974] и дополнен] нами с 1993 года новыми формами, является уникальной моделью иіггрогрес апомиксиса от дикого сородича культурному растению, и эта идея бь использована при получении гибридов жемчужного проса [Dujardin, Han 1989].
Частота завязываемости семян у наиболее перспективных апомиктичн гибридов с 30 хромосомами кукурузы и 9 хромосомами трипсакума составі около 40%, что делает возможным практическое использование таких форм.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Апомиктическое размножение является комплексным признаком проявляется у гибридов кукурузы с трипсакумом в присутствии не менее дев определенных хромосом дикого родителя.
2. Апомейоз и партеногенез у диплоспорических кукурузно-трипсакумных
бридов наследуется независимо.
3. Подавление импринтинга у псевдогамных апомиктичных гибридов
яется определяющим фактором для развития жизнеспособных зерновок.
Личный вклад автора. В основу диссертации положены исследования
тора в лаборатории цитологии и апомиксиса Института цитологии и генетики О РАН, переведенной в апреле 2009 г. в Институт химической биологии и
ндаментальной медицины СО РАН (экспериментальная работа по получению юмиктичных линий, тесты по потомству, цитогенетический анализ). Анализы
одуктов ПЦР и изозимов выполнены в соавторстве с д.б.н. В.А. Соколовым в мках международного проекта с Министерством земледелия США. мбриологический анализ осуществлялся автором при поддержке фонда NWO, идерланды, при сотрудничестве с д.б.н. Т.Н. Наумовой (БИН РАН, Санкт-етербург).
Апробация результатов диссертации и публикации. Материалы диссерта-т обсуждались на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН 1998, 2001 и 2004 гг., и были доложены на международных конференциях -VIII International Conference on maize and sorghum genetics and breeding at the d of the 20th Century (Belgrade, Yugoslavia, 2000); 2nd International Apomixis
nference APO2001 (Como, Italy, 2001), Третьей Международной Конференции
отдаленной гибридизации, Главный Ботанический Сад им. Н.В. Цицина РАН
осква, 2003), XI Plant and Animal Genome Conference (San-Diego, USA, 2003), ternational workshop NARO (Nishinasuno, Japan, 2003), конференции «Приори-тные направления в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных растений XXI веке» (Москва, 2003), III съезде ВОГиС «Генетика в XXI веке: современ-е состояние и перспективы развития» (Москва, 2004) и международной конфе-нции «Хромосома 2009» (Новосибирск, 2009).
По материалам диссертации опубликовано 24 научные работы, из них девять атей в рецензируемых отечественных (6) и международных (3) журналах, комендованных ВАК, и восемь тезисов на конференциях.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 193 страницах и стоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка литературы из 362 точников, в том числе 300 иностранных, и приложения. Иллюстративный териал содержит 18 таблиц (одна в приложении) и 45 рисунков.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному ководителю д.б.н. В.А. Соколову, оказавшему неоценимую помощь в работе;
.п. Н.И. Белоусовой и K.6.H. Е.С. Фокиной за предоставленный коллекционный териал; д.б.н. Т.Н. Наумовой за помощь в проведении эмбриологического ализа и интерпретацию результатов исследований; моим ближайшим коллегам
по работе с гибридами к.б.н. Т.К. Таракановой и к.с.-х.н. | А.Ю. Кравченкої з участие, постоянную поддержку и обсуждение работы; А.П. Михайловой, Т.Е Космаковой, Э.А. Абдырахмановой и О.И. Лисициной за техническую помощь выращивании растений и обработке материала.