СПОСОБ СОЗДАНИЯ СОЛЕУСТОЙЧИВЫХ ФОРМ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ Российский патент 1999 года по МПК A01H1/04 A01H1/02 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в селекции мягкой пшеницы, конкретно для создания солеустойчивых сортов мягкой пшеницы.

Создание сортов мягкой пшеницы, устойчивых к неблагоприятным факторам среды, включая солеустойчивость, является важной проблемой селекции растений. Показано, что на фоне засоления почвы снижается интенсивность роста растений, что приводит к существенному снижению их продуктивности. В настоящее время весьма актуальным направлением в цитогенетических исследованиях является разработка способов получения новых форм растений путем передачи ценной генетической информации от других видов. Одним из таких способов является межродовое замещение хромосом.

Возможность чужеродного замещения хромосом пшеницы Triticum aestivum L. хромосомами ржи Secale cereale L. впервые была продемонстрирована в 1937 году. Оказалось, что отбор гибридных растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам, способствует получению форм с межродовым замещением хромосом, отличающихся высокой продуктивностью.

Известен способ получения замещенных форм мягкой пшеницы с пшенично-ржаным замещением хромосом, включающий скрещивание моносомных и пшенично-ржаных дополненных линий, самоопыление полученных гибридов F₁ до третьего поколения и отбор в F₄ замещенных пшенично-ржаных линий (Indian J. Genet. Plant. Br., 1969, v.29. p.l63-172).

Для реализации известного способа необходимо предварительно создать: 1) моносомные линии исходного коммерческого сорта мягкой пшеницы по каждой 21 хромосоме, содержащие 20 гомологичных пар + 1 конкретную хромосому в моносомном состоянии; 2) пшенично-ржаные дополненные линии по этому же сорту пшеницы. Недостатками известного способа являются трудоемкость и длительность создания и поддержания моносомных и дополненных линий. Создание моносомных линий по определенному сорту пшеницы сопровождается 10-12 насыщающимися скрещиваниями с цитологическим контролем каждого поколения от индивидуальных растений. Моносомные линии пшеницы и линии с чужеродно-дополненными хромосомами являются цитологически не стабильными и нуждаются в ежегодном цитологическом контроле.

Использование отдельных серий пшенично-ржаных дополненных линий значительно ограничивает включение в геном пшеницы богатого генетического разнообразия сортов ржи.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа, снижение его трудоемкости и сокращение длительности.

Поставленная задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующих последовательных стадиях:
Коммерческий сорт мягкой пшеницы Саратовская 29 и разные популяции ржи сорта Онохойская, каждая из которых создана на основе одного исходного растения, тестируют на устойчивость к засолению NaCl.

Протестированные популяции ржи, характеризующиеся повышенной устойчивостью к засолению NaCl, скрещивают с популяцией ржи, содержащей мутантные гены, обуславливающие образование жизнеспособных гамет с нередуцированным числом хромосом в мейозе пшенично-ржаных гибридов F₁. Данная популяция ржи создается с целью повышения частоты встречаемости этих мутантных генов, которые содержатся во многих сортах ржи, путем скрещивания пшеницы с индивидуальными растениями ржи и отбора отцовских растений, обуславливающих нерасхождение хромосом в мейозе пшенично-ржаных гибридов.

Полученную гибридную популяцию ржи сорта Онохойская, характеризующуюся солеустойчивостью и наличием мутантных генов, скрещивают с коммерческим сортом мягкой пшеницы Саратовская 29.

Полученные пшенично-ржаные гибриды первого поколения (F₁) однократно беккроссируют исходным материнским сортом пшеницы.

Гибриды F2(BCi) самоопыляют до пятого поколения, а в потомстве F5(BCi) отбирают солеустойчивые формы мягкой пшеницы с пшенично-ржаным замещением хромосом. Отбор замещенных линий проводят с помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом, а оценку отобранных замещенных форм на солеустойчивость осуществляют с помощью рулонного метода (Каталог мировой коллекции ВИР, вып. 605, Ячмень, Л., 1991, с.3-4).

В результате получают новые солеустойчивые формы мягкой пшеницы с пшенично-ржаным замещением хромосом, отличающиеся цитологической стабильностью и высокой продуктивностью. Установлено, что хромосомы IR и 2R ржи несут гены, контролирующие устойчивость проростков к засолению почвы.

Основными, определяющими отличиями предлагаемого способа от прототипа являются:
исходные родительские формы предварительно тестируют на устойчивость к засолению NaCl, что позволяет повысить эффективность селекционного процесса и сократить его длительность;
коммерческий сорт мягкой пшеницы Саратовская 29 скрещивают с гибридной популяцией ржи сорта Онохойская, характеризующейся солеустойчивостью и наличием мутантных генов, обеспечивающих образование нередуцированных гамет в мейозе отдаленных гибридов, что позволяет уменьшить трудоемкость и сократить длительность способа и получить фертильные гибриды F₁ в результате нерасхождения хромосом в мейотическом делении;
полученные гибриды F₁ однократно беккросируют исходным сортом пшеницы, что позволяет заместить одну пару хромосом пшеницы гомеологичной ей парой хромосом ржи;
полученные гибриды F₂(BC₁) самоопыляют до пятого поколения, а в F₅(BC₁) отбирают солеустойчивые замещенные формы пшеницы, что позволяет повысить эффективность способа и надежность отбора.

Пример конкретного выполнения.

Коммерческий сорт мягкой пшеницы Саратовская 29 и разные популяции ржи сорта Онохойская, каждая из которых создана на основе одного исходного растения, оценивали на устойчивость к засолению NaCl с помощью рулонного метода в растворах с концентрацией NaCl 0,98 и 1,26% при температуре 22^o.

Отобранные протестированные популяции ржи сорта Онохойская, отличающиеся повышенной солеустойчивостью, скрещивали с предварительно полученной популяцией ржи, содержащей гены, обуславливающие нерасхождение хромосом в мейозе пшенично-ржаных гибридов F₁ и тем самым обеспечивающих образование жизнеспособных гамет с нередуцированным числом хромосом.

Данную (предварительно полученную) популяцию ржи (содержащую гены нерасхождения хромосом) получают путем скрещивания пшеницы сорта Саратовская 29 с индивидуальными растениями ржи сорта Онохойская, затем отбирают растения, содержащие мутантный ген, обуславливающий нерасхождение хромосом в мейозе пшенично-ржаных гибридов F₁ и создают на их основе популяцию ржи, обеспечивающую фертильность пшенично-ржаным гибридам F₁.

Далее коммерческий сорт пшеницы Саратовская 29 скрещивают с полученной гибридной популяцией ржи сорта Онохойская, характеризующейся солеустойчивостью и генами, обеспечивающими фертильность пшенично-ржаным гибридам F₁.

Полученные гибриды F₁ однократно беккросируют исходным сортом пшеницы Саратовская 29. Гибриды F₂(BC₁) самоопыляют до пятого поколения. Среди гибридов F₅(BC₁) отбирают замещенные линии с помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом, а оценку отобранных замещенных форм на солеустойчивость осуществляют рулонным методом.

В результате получают новые солеустойчивые пшенично-ржаные замещенные линии.

В таблице приведены данные, характеризующие хозяйственно- ценные признаки пшенично-ржаных замещенных линий, созданных на основе сорта Саратовская 29.

Из таблицы видно, что замещенные линии 1R(1A) и 2R(W) превосходят исходный сорт пшеницы по солеустойчивости и продуктивности колоса. Полученные пшенично-ржаные линии являются ценным исходным материалом для селекции пшеницы на солеустойчивость. Они могут также служить в качестве модельного объекта для молекулярно-генетических исследований по картированию гена солеустойчивости и изучению экспрессии этого признака в генотипах других сортов пшеницы. Использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом:
сократить длительность и уменьшить трудоемкость способа за счет исключения стадий создания моносомных и пшенично-ржаных дополненных линий конкретного коммерческого сорта мягкой пшеницы (15-20 лет);
повысить эффективность способа за счет использования для скрещивания гетерогенной популяции ржи (а не какой-то одной серии пшенично-ржаных дополненных линий), что обеспечивает получение не только солеустойчивых, но и цитологически стабильных замещенных линии;
повысить эффективность способа за счет обеспечения возможности получения высокопродуктивных форм мягкой пшеницы.

Способ может быть использован в селекции растений. При создании солеустойчивых форм мягкой пшеницы исходные формы тестируют на солеустойчивость. Гибриды F₁ получают, используя в качестве материнской формы сорт пшеницы Саратовская 29, а в качестве отцовской формы - гибридную популяцию ржи сорта Онохойская с мутантными генами, обеспечивающими фертильность гибридам. Гибриды F₁ однократно беккроссируют сортом Саратовская 29, а гибриды F₂ (ВС₁) самоопыляют до пятого поколения. Отбор замещенных солеустойчивых форм пшеницы проводят в потомстве F₅ (ВС₁). Полученные линии превосходят материнский сорт пшеницы по солеустойчивости и продуктивности колоса, являются ценным материалом для селекции пшеницы на солеустойчивость. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ создания солеустойчивых форм мягкой пшеницы, включающий скрещивание предварительно подобранных родительских форм, отличающийся тем, что исходные формы предварительно тестируют на солеустойчивость, затем материнскую форму - сорт пшеницы Саратовская 29 скрещивают с гибридной популяцией ржи сорта Онохойская, полученные гибриды F₁ однократно беккроссируют исходным сортом пшеницы, гибриды F₂ (ВС₁) самопыляют до пятого поколения, а в потомстве F₅ (ВС₁) отбирают замещенные солеустойчивые формы пшеницы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гибридную популяцию ржи получают путем скрещивания популяции ржи сорта Онохойская, содержащей мутантные гены, обеспечивающие фертильность гибридов.