Способ создания гомозиготных гомостильных линий у гречихи Советский патент 1992 года по МПК A01H1/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при создании и гибридизации гомостильных линий гречихи.

В последние десятилетия основным фактором сокращения посевов гречихи как за рубежом, так и в нашей стране стала ее низкая урожайность, обусловленная рядом ее биологических особенностей (неограниченный рост и, как следствие этого, совмещение вегетативной и генеративной фаз развития, слабый гомеостаз образования плода и др.), дисгармонирующих с приемами современной сельскохозяйственной технологии В связи с этим, в селекции гречихи особый интерес представляютлинии, характеризующиеся онто енетическим развитием по типу самоопылителей, что является необходимым условием для создания на их основе гибридов и синтетических сортовпопуляций гречихи с высокой и стабильной урожайностью.

Наиболее близким к предлагаемому является способ создания гомозиготных гомостильных линий на основе гомостильных форм гречихи, включающий проведение в течение 4-5 поколений строгого инцухта (самоопыления) отдельных растений, сопровождающегося отбором по интересующему признаку.

Недостатками известного способа создания гомозиготных гомостильных линий является сильно выраженная инбредная депрессия, приводящая к снижению жизнеспособности таких линий, и невозможность проведения гибридизации между ними ни в плане создания на их основе межлинейных и сортолинейных гибридов, ни в плане создания синтетических сортов - популяций. Высокий уровень совместимости пыльце-ч ы

00

а VJ

вых зерен по отношению к рыльцу столбика своего цветка и структурные особенности гомостильного цветка (ф) (длинные тычинки с пыльниками и длинный столбик находятся на одном уровне и пыльники легко соприкасаются с рыльцем столбика) практически исключают возможность переопыления между такими линиями и обуславливают получение семенной репродукции преимущественно за счет автогамного типа опыления (самоопыления).

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет уменьшения выраженности инбредной депрессии у линий и обеспечения их успешной гибридизации.

Поставленная цель достигается выделенной новой мутантной формой гречихи, содержащей рецессивный ген редукции андроцея -4TKSt(S2S2Stst). Предлагаемый способ заключается в следующем. Выделенную новую мутантную форму . (S2S2Stst)(растения, имеющие цветки с коротким столбиком, редуцированными тычинками и стерильными пыльниками) и названную редукцией андроцея, скрещивают с гомостильной формой с генотипом SiSistst. В потомстве F2 отбирают растения гомостильной формы с редуцированными тычинками и стерильными пыльниками Dst(SiSistst), которые опыляют пыльцой растений нормальной гомостильной формы (SiSistst) -донором селектируемого признака. В F2 отбираютpacTeHHflTHnaDst(SiSistst) и опыляют пыльцой растений Fi(SiSistst). На следующий год среди растений типа Dst(SiSistst) и растений с -цветками нормального гомостильного типа N (SiSistst) отбирают растения по селектируемому признаку и проводят насыщающие скрещивания.

Новая мутантная форма растений, содержащая ген редукции андроцея (У rKst(S2S2Stst) была выделена в результате инбридинга одной из самофертильных короткостолбчатых (К4) линий с локусом S2Sa(GsPA).

Установлено, что признак редукции андроцея является рецессивным и контролируется одним рецессивным геном, не сцепленным с локусом S. Обозначили его st. Все другие растения (S2S2)K+-, (SiSi) Гд+ и (8181)0+-форм гречихи, а также растения (Ss)K- и (ss)D-Tnna сортов-популяций гречихи являются гомозиготами по доминантным аллеям (stst) этого гена и по отношению к новой мутации являются растениями дикого типа. Отсюда, растения с цветками fKst-типа имеют генотип S2S2Stst,

а растения с цветкамиТО$1-типа имеют генотип SiSistst,

В отличие от К-, К+- и Г д-форм расте- ний, действие нового рецессивного гена в генотипической среде локусов D и D -форм растений не проявляется и поэтому растения D и гречихи с генотипами ssststn sisistst имеют нормальные длинно- столбчатые цветки с короткими тычинками и нормальной фертильной пыльцой -V).

Предлагаемый способ позволяет уменьшить выраженность признаков инбредной

депрессии у линий гречихи и обеспечивает возможность их гибридизации.

Основным определяющим существенным отличительным признаком предлагаемого способа является то, что мутантную

форму, содержащую ген редукции андроцея У (S2S2Stst) скрещивают с гомостильной формой растения (SiSistst), что позволяет уменьшить инбредную депрессию у линий и обеспечить возможность их

гибридизации за счет получения доноров новой генотипической гомостильной формы растений с короткими редуцированными тычинками и стерильными пыльниками t Dst(SiSistst).

П р и м е р 1. Создание гомостильной линии, гомозиготной по тому или иному признаку начинают со скрещивания $ Dst-фор- мы растения с растением гомостильного №) типа, являющимся донором того или иного

признака. Скрещивание осуществляется легко, так как мужско-стерильные цветки (f ) хорошо совместимы с пыльцой опылителя (V). Полученный при таком скрещивании гибридный семенной материал делят на

две части: одну часть этих гибридных семян высевают для получения растений FI (1), а вторую - сохраняют, 2 $ Dst(SiSistst)xNfTD+(SiSistst)- - 100%NrrD+(SiSistst)(1)

В FI (1) все растения являются гетерозиготами (stst) по гену редукции андроцея и поэтому имеют нормальный гомостильный тип цветка. Хорошая самосовместимость гомостильных цветков растений FI обеспечивает надежное получение семенного материала для анализа и отбора растений в F2. Семенной материал высевают параллельными рядками с оставшейся половиной семенного материала FL В F2 (2) потомства

гибридных растений (SiSistst) расщепляются на класс растений с нормальными гомо- стильными (ty) цветками и класс растений с цветками Dst-типа в соотношении 3:1. У rD+(SiSistst)+rD+(SiSistst)+ 2VrD+(SiSistst)+ J Dst(SiSistst). (2)

Класс гомостильных растений (г) выбраковывают по первым раскрывшимся цветкам, а оставшиеся 25% растений с цветками J Dst-типа опыляют пыльцой растений параллельного рядка, представляющих собой гибриды Fi(SiSistst). В результате такого опыления на следующий год от растений с цветками Dst-типа получают семьи, у которых 50% растений имеют цветки7; Dst- типа и 50% растений имеют цветки нор- мального гомостильного (40 типа:

0|Dst(SiSistst) xЈtrD+(SiSistst)- (SiSistst)+ TD+(SiSistst)

50%50%(3)

В дальнейшем на основе таких семей в результате отборов по интересующему признаку как среди растений с цветками JDst- типа, так и среди фертильных гомостильных (Sp) гетерозигот SiSistst и последующих на- сыщающих скрещиваний растений с цветками Dst-типа с гомостильными гетерозиготами SiSistst создаются гомо- стильные линии, которые, будучи гомози- готными по тому или иному се- лектируемому признаку, состоят из двух классов растений, представляющих собой мужско-стерильный Dst(SiSistst) и фер- тильныйЧлГо+(51$18181) аналоги селектируемого признака. В табл 1 представлены данные, характеризующие по хозяйственно-ценным признакам исходную гетерозиготную по окраске стебля гомостильную .№ (12f-SiSistst) форму гречихи и гомозиготные гомостильные линии, полученные на ее основе в результате четырехкратного инбридинга (линии 12Г-42, 12Г-62, 12Г-8, 12Г- 19) и в результате четырехкратного беккросса (линии 14Dst, 2Dst) предлагаемым способом. Из табл. 1 видно, что по всем хозяйственно-ценным признакам показатели достоверно выше у линий, полученных предлагаемым способом по сравнению с линиями, полученными известным способом, что свидетельствует о том, что степень проявления инбредной депрессии существенно ниже у гомозиготных линий, полученных предлагаемым способом, чем у линий, полученных известным способом.

П р и м е р 2. При осуществлении гибридизации по созданию межлинейных и сор- то-линейных гибридов в материнском компоненте используется 50% растений, имеющих цветки Dst-типа. Остальные 50% растений с цветками I О+()-типа должны выбраковываться, что снижает выход гибридных семян первого поколения. Поэтому при создании гибридов рекомендуется использовать в качестве материнского компонента не саму гомостильную линию, а полностью мужско-стерильный гибрид, получаемый при скрещивании гомостильной линии с самофертильной длинностолбчатой (D4) линией гречихи с локусом sisi и гомозиготной по гену редукции андроцея sisistst. Как уже отмечалось, такие линии имеют нормальные длинностолбчатые цветки ($) с крупной фертильной пыльцой). Это позволяет использовать их в качестве своеобразных закрепителей мужской стерильности в гибридизации с гомостильными линиями ЈTDst(SiSistst)x&D+(sisistst)- - 100%jDst(Sisistst).

Осуществление такого промежуточного этапа гибридизации позволяет в дальнейшем использовать такие полностью мужско-сте- рильные гибриды в качестве материнского компонента на конечном этапе по созданию гибридов у гречихи. Это значительно упрощает технологию получения гибридных семян,увеличивает их выход, обеспечивает высокий уровень гетерозиготности и широкую гетерогенность создаваемых гибридов.

В табл. 2 представлен ряд генетических моделей гибридных комбинаций на основе предлагаемого способа. Как видно из табл 2 при осуществлении гибридизации в качестве отцовских компонентов могут быть использованы селекционные материалы на гомостильной основе (линии, семьи, популяции) с локусом SiSi(gsPA), селекционные материалы, полученные на основе К -формы гречихи с локусом S2S2(GsPA), селекционные материалы, полученные на основе D+- формы гречихи с локусом sisi(gsPa), а также гибридные материалы, полученные в результате гибридизации этих самофертиль- ных локусов между собой и с локусом 8з(дзра)0-формы гречихи:

, Sis-4rfD+, ssr$D+,

SlS2-VK+, S2S1-VK+, S2S-- fK+.

Все эти перечисленные возможные отцовские компоненты гибридизации несут в своих локусах доминантную аллель субгена Р, определяющую развитие крупной пыльцы, которая хорошо совместима с рыльцем столбика цветков растений материнского компонента $ Dst(SiSistst) или Dst(Sisistst). При этом, все они являются гомозиготами по доминантным аллелям (stst) гена редукции андроцея как генотипы дикого типа и поэтому при гибридизации с ними полученные гибриды в FI всегда будут иметь 100% растений с нормальными фертильными цветками, т.е. полностью фертильными (табл. 2). Из табл. 2 видно, что в зависимости от комбинации скрещивания потомство гибридов в FI может быть представлено одним, двумя или тремя (V Гд+,К+, I D4} фенотипическими классами растений в определенных соотношениях. Все растения этих трех фенотипи- ческих классов характеризуются хорошей самосовместимостью и перекрестной совместимостью между собой, что гарантирует получение высокой семенной продуктивности у таких гибридов даже в условиях недостаточного пчелоопыления.

В F2 и при дальнейшей репродукции представленных в табл. 2 гибридных комбинаций высокий уровень гетерозиготности и широкая гетерогенность будут поддерживаться за счет независимого комбинирова- ния аллелей гена редукции андроцея (St и st) и аллелей разных гетероаллельных ло- кусов, возникающих в процессе гибридизации. Получаемые при этом фертильные ,YK+,TD+) компоненты расщепления образуют крупные пыльцевые зерна, которые хорошо совместимы как с рыльцами столбиков своих цветков, так и с рыльцами столбиков цветков выщепляющегося муж- ско-стерильного компонента (класс расте- ний с цветками т Dst-типа и класс растений с цветками Гкзх-типа), что гарантирует высокий уровень скрещиваемости и получение стабильной в ряде поколений семенной продуктивности.

В табл, 3 представлены результаты скрещиваемости гомостильных линий, полученных разными способами, и соотношение фенотипических классов в FL При гибриди- зации двух гомозиготных гомостильных линий, полученных способом инбридинга (комбинация № 1), при уборке семян с материнского компонента гибридных оказалось только 14,2%. Гибридные растения опреде- лялись по красной окраске стебля как доминантной по отношению к зеленой окраске, которую имели растения материнского компонента (линия 12Г-19). Остальные почти 86% семян были получены в результате самоопыления гомостильных цветков линии 12Г-19. Генетическую схему этой комбинации скрещивания можно представить KaK VSiSiststxoVSiSistst- SiSistst. Из нее видно, что и гибридные и негибридные растения в FI должны иметь нормальные го- мостильныеЧ ЗтЗтзхзх) цветки, что и наблюдалось в опыте. В комбинации № 2, где в качестве материнского компонента была использована линия 2Dst, а в качестве отцов- ского та же линия 12Г-42, весь семенной материал был гибридным, а сами гибридные растения имели нормальные фертильные цветки гомостильного (V) типа (табл. 3), что соответствует генетической схеме гибридизации этой KOM6nHaunn:$ Dst(SiSistst)x xЈvrD+(SiSistst)- Y rD4SiSistst).

Контролем гибридности семян в этой комбинации служила окраска растений в FI (красная) и восстановленный (у) тип цветка.

В комбинации Ms 3 использовалась также одна из линий (14Dst), полученных новым способом. В качестве отцовского компонента была использована генетически отселектированная линия № 73А, имеющая длинностолбчатые (-) цветки с крупной пыльцой и несущая рецессивный ген редукции тычинок в гомозиготном состоянии sisistst. Из табл. 3 видно, что в FI 96,6% растений из семян материнского компонента имели цветкиШзх-типа, что соответствует генетической схеме гибридизации: (SiSistst)(sisistst)(SiSistsT). Полученный такой мужско-стерильный гибрид Sisistst) был в дальнейшем использован для получения боле сложной ге- тероаллельной гибридной комбинации (№ 4). В качестве опылителя здесь был использован генетически отселектированный отцовский компонент 14-12К+, представляющий собой гетерозиготу по аллелям локу- са S и гена редукции тычинок (Sasstst). В табл. 2, где представлены генетические модели гибридных комбинаций, отцовские компоненты представлены в качестве гомозигот (stst) по доминантным аллелям гена редукции андроцея и поэтому в FI во всех комбинациях растения имеют нормальные фертильные цветки разного типа (V,V,) с дальнейшим в F2 усложнением расщепления по аллелям локуса S и аллелям гена редукции андроцея. Использование в гибридизации в качестве отцовского компонента материалов, гетерозиготных по гену st позволяет уже в FI получать гибридные комбинации с более широкой гетероаллельной основой, позволяющей наиболее эффективно использовать ал/югамный и автогамный типы опыления. Из табл. 3 видно, что в FI комбинации №4 наблюдалось расщепление на пять фенотипических классов растений в соотношении, хорошо соответствующем соотношению, полученному в генетической схеме гибридизации этой комбинации:

QjDst(SiSistst)x#VK+(S2Sistst) - 2VK+: :2V rkst:2-Ј D+ : Y Го+: J Dst.

В табл. 4 представлены данные, характеризующие гибридные комбинации в F0, FI и Fa по хозяйственно-ценным признакам. Анализ этих данных показывает, что гибридные комбинации, созданные на основе гомозиготных гомостильных линий, полученных предлагаемым способом, достоверно превышали по всем показателям гибридные комбинации, созданные на основе гомозиготных линий, полученных известным способом.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с известным:

а)получаемые по предлагаемому способу линии в меньшей степени подвержены инбредной депрессии, так как их создание и размножение осуществляется не на основе строгого инцухта, а на использовании гибридизации и близкородственного размножения;

б)наличие у линий мужско-стерильного компонента и его фертильного аналога позволяет широко проводить межлинейную гибридизацию для оценки общей и специфической комбинационной способности линий и для создания на их основе высокопродуктивных межлинейных и сорто-линей- ных гибридов и синтетических сортов- популяций на широкой гетерогенной основе, что практически исключается при использовании гомостильных линий, получаемых путем строгого инцухта.

Предлагаемый способ открывает более широкие возможности для изучения частной генетики культуры гречихи - изучения наследования и генетической природы отдельных хозяйственно-ценных признаков и их комбинирования в желательном направ-

лении, Наличие у линий мужско-стерильного аналога исключает проведение очень трудоемкой работы по кастрации цветков и этим значительно облегчает осуществление такого рода исследований.

Формула изобретения Способ создания гомозиготных гомостильных линий у гречихи, включающий скрещивание и отбор в потомстве растений по селектируемому признаку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет уменьшения выраженности инбредной депрессии у линий гречихи и обеспечения их успешной гибридизации, скрещивают мутантную форму rKst(S2S2Stst) с гомостильной формой SiSistst, в потомстве FZ отбирают растения гомостильной формы с редуцированными тычинками и стерильными пыльниками Dst(SiSistst), опыляют их пыльцой растений нормальной гомостильной формы SiSistst-донором селектируемого признака, далее среди гибридов F2 отбирают растения типа Dst(SiSistst) и опыляют пыльцой растений типа SiSistst на следующий год среди растений типа Dst(SiSistst) и растений с цветками нормального гомо- стильного типа SiSistst отбирают растения по селектируемому признакуи проводят насыщающие скрещивания.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к селекции гречихи. Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет уменьшения выраженности инородной депрессии у линий гречихи и обеспечения их успешной гибридизации. Для этого гомостильные формы растений скрещивают с мутантной формой, содержащей ген редукции андроцея. В результате получают гомостильную форму гречихи с редуцированными тычинками и стерильными пыльниками. Затем из этой формы отбирают растения по селектируемому признаку и проводят насыщающие скре- ,щивания с растениями нормального гомо- стильного типа. 4 табл.

Таблица 1

Tsf nj

Ef

V(i2r-i$)(i2r-42) 92,4+7,9

Т(2Взс)л(# (12Г-42)378.111,6

5J(l4Dst х 73A)(14-2K1 ) 344,8+J2,4

Таблица 4

-J со оо

о -j

20,6+0,4 80,4 72,8+6,420,2+0,276,87,6+0,8

24,2+0,3 95,2 362,6+14,424,3+0,693,816,4+0,6

24,7±Э,6 97,4 386,2+15,624,4+0,494,619,7+0,6

Контрольный сорт Богатырь 13,2±0,5