Способ изменения типа развития у злаковых культур Советский патент 1992 года по МПК A01H1/04 A01H1/06 C12N15/01 

Изобретение относится к генетике и селекции и может быть использовано дли получения яровых злаков с хозяйственно ценными признаками.

Изменение яровых злаков в озимые и наоборот широко использовалось ранее в практике селекционной работы и находит применение и сейчас. В большинстве случаев используется изменение яровых в озимые В основном этот прием применяют дл| получения генетического и селекционного разнообразия форм на пшенице, ржи, тритикале.

Наряду с посевом в обычньГё сроки ис|- пользуют скрещивание яровых; и о зймых с последующим отбором, предпосевное облучение семян, мутагены. Последние два метода дают особенно большую всп ышку

формообразования, в том числе появляются растения с хозяйственно ценными признйками.vj

Примером получения озимой пшеницы из яровой является нижеописанный эксперимент. Использовали предпосевное облу1- чение семян и растений яровой твердой пшеницы ИКСС, после чего осенний посев давал формы с устойчиво сохраняющимися признаками озимости. Новые формы часто относились к другим разновидностям, отличались по морфологии, ряду хозяйственно ценных признаков, таких как зимостойкость, продуктивность, жизнеспособность. При облучении частота появленйяГновых форм увеличилась. - - - - - --

Примером использования мутагенов является известная работа по индукции озимых форм пшеницы из л рЭТЬг сГТЪрт а Ленинградка. По использовании 0,015%- ного раствора этипенимина среди 2614 растений М яровой п шеницы получено пять озимых растений из разных семей. Три семьи при пересадке в теплицу осенью дали весной растения озимого типа. Мутантная форма 1 - озимая ленинградка оказалась высокоустойчивой к полеганию, слабовосприимчивой к мучнистой росе ГмЪрозоетой- кой в условиях Поволжья. Она имеет ценные морфологические особенности (укороченную соломину, крупное зерно)

Известно, что яровость - доминантный признак, обусловленный тремя парами генов у пшеницы и одной парой генов у ржи.

Таким образом, при получении яровьх форм из озимых у ржи реце ссивный ген озимости (urn) должен смениться доминантным (Vrn). He вникая детально в объяснения механизма перестройки работ ы генетического аппарата в вышеуказанном процессе, можно отметить что создание стрессовых ситуаций, резкое изменение биохимизма при переделках озимых злако в в яровые само по себе создает хорошие условия для появления наследственных из- менений. Усиливается тЪт п рЬ цё гТри наличии различных обработок (мутагены радиация), не говоря о скрещиваниях яровых и озимых кпгда просто о гбираются растения нужного типа развитая

0

5

5

Известно, что действие экзогенной ДНК (э-ДНК) вызывает многочисленные наследственные изменения в организме эукариот, которые относят как к мутациям, так и к трансформациям. Эти изменения отличаются от классических мутаций высокой частотой возникновения Стресс и одновременное наличие при переделках определенного количества доступной к использованию э-ДНК создает возможность появления большого количества мутаций, в том числе и доминантной мутации яровости (vrn Vrn).

Наиболее близким к изобретению является метод получения яровой пшеницы из озимой воздействием экстремальных условий среды. Предварительно яровизированные семена сортов озимой пшеницы Безостая 1, Безостая 4, Мироновская 60, Одесская 51 и других высевались весной. Срок яровизации варьировал от нескольких от 25 до 50 дней (однократно). В год посева наблюдалось выколашиваниеотЗ-5% до 10- 20% растений в зависимости от генотипа сорта пшеницы В первых поколениях выко- лашивание зависит от погодных условий и при жарком сухом лете для большинства растений может вообще не наступить, Влажное и холодное лето способствует вы- колашиванию в поздние сроки сравнительно с обычными (иногда до 100%).

Процент выколосившихся растений из сорта Безостая 1 на 30 сентября в Mi составил 12,1% при 84,9% растений на стадии кручения. В М4 выколосившихся растений было 79,8% при 21,2% в стадии трубкова- ния. В последующих поколениях на 30 сентября наблюдается полное выколашивание.

У позднеспелой линии в МБ лишь 11,9% растений выколашиваются к 30 сентября и, по-видимому, этот процесс не заканчивается и к Мю В различных вариантах для единичных растений начало колошения может варьировать. Наиболее раннее колошение наблюдается у Безостой 2 с яровизацией 25 5 дней (в контроле наиболее раннее колошение 20,7, а у Безостой 1 27,6).

Проведение экспериментов с использованием мутагенов и облучения Со60 не привело к усилению выхода яровых форм сравнительно с контролем. В опытах использованы диметилсульфат этиленимин (0,006-0,01 %) и другие мутагены в более высокой концентрации Со60 в дозах 5000- 15000 ч. Наблюдается гибель растений при вышеуказанных обработках и отсутствие положительных результатов при весеннем посеве.

Таким образом для получения яровых форм пшениц из озимых применяется экспериментальное воздействие в виде весен0

5

0

5

0

0

него посева и дополнительная яровизация в холодильных камерах перед первым посевом весной Мо. В результате чего получают: позднее колошение в течение ряда поколений с выколашиванием в августе - сентябре и созреванием вплоть до октября; реверсию части растений к озимому типу развития; закрепление ярового типа развития к Ms- Мп. Однако, в связи со сроками созревания, о полной стабилизации ярового типа развития в указанных экспериментах говорить еще не приходится. Высказана мысль о том, что блоки хозяйственно ценных признаков из озимых передаются в яровые формы. В целом же автор не ста вил перед собой целью получение и отбор новых ценных признаков.

Целью изобретения является увеличение выхода яровых форм

Сущность изобретения заключается в том, что семена озимых форм обрабатывают экзогенными нуклеиновыми кислотами различного происхождения как нативными, так и модифицированными тиофосфамидом (э- ДНТ), а затем ранней весной высевали в грунт без предварительной яровизации. Опыты проведены с э-ДНК(э-ДНТ)животного и растительного происхождения Отборы потомств обработанных семян проведены до М(4.

Результативность воздействия проверялась сохранением признака яровости, проявившегося с Мо до М«, а также сокращением вегетационного периода до сроков, характерных для яровых посеянных весной, с одновременным проявлением хозяйственно ценных признаков у полученных яровых форм. Для обработок использованы готовые промышленные препараты (ДНК тимуса теленка, ДНК крупного рогатого ско- та).

Пример 1. Обработка семян озимой ржи нативными ДНК животного происхождения (э-ДНК).

Используют э-ДНК тимуса теленка и человека в концентрациях 100, 200,300 и 400 мкг/мл. Семена в количестве 100 шт на вариант в четыре повторностях замачивают в чашках Петри в воде в течение суток, а затем переносят на 42 ч в растворы соответствующих концентраций э-ДНК (по 50 мкг/мл на вариант). После обработки семена промывают в проточной воде и высевают в почву в первой декаде мая. На протяжении вегетационного периода отмечают появление растений с измененным типом развития (яровые), которые выколашиваются от середины июля до середины сентября и дают семена. Количество появившихся яровых растений практически не зависит от концентрации э-ДНК и составляет для ДНК тимуса теленка в среднем 14,37±2,25%, что достоверно превосходит контроль. При воздействии ДНК человека результаты аналогичные

(табл.1), Часть яровых растений в Мо приобретает устойчивость к полеганию благодаря более жесткому и толстому стеблю. С растений Мо собирают семена для посева в следующем году весной (Mi). Анализ некоторых

0 вариантов Mi показан, что при обработке ДНК тимуса 200 мкг/мл достоверно уменьшается высота стебля (до 100,7+ 3,43 см сравнительно с 108,9 см у исходного озимого сорта Житомирская (контроль), а также

5 увеличивается количество продуктивных стеблей (табл. 2). В Mi обнаружены растения с ветвистыми колосьями, с рассеченной на узкие доли листовой пластинкой. Последний признак независимо появился в другой

0 семье М2.

Пример 2. Обработка модифицированными ДНК животного происхождения (э- ДНК) Методика проведения эксперимента аналогична описанной в примере 1.

5 Для замачивания семян используют концентрации 100 и 200 мкг/мл ДНТ тимуса теленка и человека Количество яровых растений в Мо для ДНТ человека не отличается от обработок ДНК животного прписхожд,0 ния (12,5±4.09%), а обработка ДНТ тимуса теленка дает несколько меньший процент яровых растений (табл.1). Морфологических изменений в Мо не наблюдается за исключением утолщения стеблей, как и в примере

5 1. В Mi наблюдается появление потомств с увеличенной кустистостью и широкой листовой пластинкой, с утолщенными стеблями, с сильно укорочённым стеблем и одновременно с безостыми колосьями.

0 П р и м е р 3. Обработка семян озимой ржи нативными ДНК растительного происхождения. Используют нативные ДНК гороха, пырея, картофеля, дурнишника, щирицы, топинамбура, полученные Via одноименных

5 растений.

Методика обработки аналогична примеру 1. Действие ДНК растительного происхождения приводит к меньшему количеству яровых растений в Мо: от 10,8% до 7,8% в

0 различных вариантах (табл. 1). Отмечено появление некоторых хозяйственно ценных признаков. Так, при действии ДНК гороха в Мо на одном из обработанных растений появился ветвистый колос. Его потомство (Mi,

5 табл 2) отличается комплексом особенно ценных в хозяйственном отношении признаков: прочным коротким стеблем, длинным колосом, увеличенным количеством стеблей В Mi одно из потомств после обработок ДНК пырея отличается повышенным

стеблеобразованием (до 40 стеблей на куст) и очень длинными листьями. Длина вегетационного периода в Mo - Mi существенно не отличается по вариантам.

Пример 4. Обработка семян озимой ржи модифицированными ДНК раститель-| ного происхождения. Полученными э-ДНТ при модификации тиофосфамидом всех э- ДНК, указанных в примере 3, проводят обработку семян аналогично примеру 1,( Количество полученных яровых растений в вариантах обработки ДНТ растительного происхождения в большинстве случаев не отличается от контроля (табл,1). Действие ДНТ на хозяйственно ценные признаки заключается в том, что в Мо с такой же частотой, как в примере 3. появляются растения с коротким прочным стеблем, с удлиненным колосом. Последнее чаще, чем в предыду- идем варианте

Пример 5 Обработка семян озимо пшеницы Ассоциативная 1 нативной ДНК тимуса теленка.

Обработка проводится аналогично при- меру 1, табл. 4. Концентрация 100-400 мкг/мл §ызывает достоверное увеличение количества яровых растений сравнительно с контролем (17,92±4,35%).,vj

Пример 6. Обработка семян озимой пшеницы Ассоциативная 1 алкилированной ДНК (ДНТ) тимуса теленка. (

Обработка проводится аналогично примеру 1. Указанная ДНТ также вызывает до-( стоверное увеличение количества яровых растений сравнительно с контролем (12,73±3,22%),табл. 4.

Пример 7 Обработка семян озимой1 пшеницы Ассоциативная 1 нативной ДНК пырея.

Обработка проводится аналогично примеру D. Концентрация 100-200 мкг/мл также вызывает достоверное увеличение частоты яровых растений сравнительно с контролем (t2.5±3.2%}, табл. 4.

Пример 8, Обработка семян озимой пшеницы Ассоциативная 1 ДНТ пырея

Обработка проводится аналогично примеру 1, табл. 4. Использованная концентрация 100-200 мкг/мл не вызывает достоверного увеличения количества яровых растений сравнительно с контролем (6,35+3,08%).

Стабильное сохранение признака в примерах 5-8 наблюдается до М4. Получены ко- роткостебельные формы пшеницы с

высокой продуктивностью и высоким содержанием белка, а также формы, отличающиеся способностью произрастать на обедненных азотом почвах

Сравнение результатов с известным дает возможность выявить следующие преимущества предлагаемого способа, впервые для этих целей использовали действие э-ДНК и э-ДНТ на фоне весеннего посева озимой ржи и пшеницы, а известный

способ применял весенний посев и яровизацию; получено большое разнообразие растений, обладающих селекционно ценными признаками, отсутствовавшими в исходной форме, и могущими служить ценным селекционным материалом Известный способ не упоминает о наличии таких форм; в экспериментах на ржи в Мз и на пшенице в Mi уже не было выщепления озимых форм, а в опытах известного способа этот процесс продолжается до девятого поколения, что видно из табл. 2 в работе 1979 г в Me кущение наблюдалось в 96% случаев, что даже больше, чем в контроле. Аналогичная картина была и в Ms.

Формула изобретения

Способ изменения типа развития у злаковых культур, включающий весенний посев .

семян озимых и получение яровых форм,о т- личающийся тем, что, с целью повышения выхода яровых форм, семена перед посевом обрабатывают экзогенными нативными или алкилированными тиофосфамидом ДНК в концентрации 100-400 мкг/мл.

100

200

300

400

ка 100 200 300 400

100 200

100 200

- 100

200

300

100 200

100

200

300

12,96 4,57

11,66 17,24 15,65

13,811 16,66 14,58

14,00 .4,90

11,2912,85 9,8414,0

4,832,72 17,0 4,93

9,52t 3,69 10,5214,06 4,54 t2,56

10,63i 4,49 8,62t 3,68

8,33; 3,56

8,0 3,8

7,14 3,М

2,0± 1,16

4,12 14,37 2,25

4,95

4,58

4,28

4,80 14.77J2.37

5,08

10,56±2,77 10,«01 2,83х

8,19. 2,01х 9,,

тяг -г.о8

2,0 Л,16

ЛНТ тимуса те- 8,,56 ,50 пенка8,1913,51

ЛИТ человека 12,,41 12,50f4,09 12,SOt4,4l

ЛНТ гороха 5,97i2,89 5,,89

ДНТ пырея 6,,32 3,44:4,41 О

ДНТ лурнишникв 6,,35

О2(0i 1,45

О

ДНТ щирицы4,,32 4,,71

M7J2,3Z ДНТ топинамбура 6,45t3,1t

9,,69 6,34 t1,83

3,5712,47

Использование: сельское хозяйство, селекционно-генетические исследования, биотехнология, Перед посевом семена озимых культур обрабатывают экзогенной нативной и модифицированной ДНК в концентрации 100-400 мкг/мл после чего их высевают и получают яровые формы. 4 табл. х fe ч| ел ю оа

П р

- разнице достоверна при р 0,001; 0,01;

0,5.

Семи

Вариант обработок

Длина стебля, см I Длина колоса, см I Количество стеблей, шт И и процент I H t м I Процент I И1 м j Процент

25а ДНК гороха, 100 мкг/мл 44 ДНТ гороха, 100 мкг/мл 37(6) ДНК пырея, 200 мкг/мл

47(г) ДНК картофеля, 300 мкг/мл

48(в) ДНТ картофеля, 300 мкг/мп

1ДНК тимуса, 100 мкг/мл

2ДНК тимуса, 200 мкг/мл

5 ДНК человека, 300 мкг/мл

Контроль (без обработки)

36t2,,134

126t4,,817

104:6,0021,615

,9015,П20

14,,,834 6,61:1,300 1(4,1 6

Э,4110,,117

12,,,615

7,50±0,42525,620 S,3t1,264 ,6 6

ИЗ.714,69 17, Ч 19 Э,0010,45s 21,9 19

11,0950,194 14,9 72

7,9010,154 12,3 7,0t2,1953,4 4

7,,189 18,9 52 А.75У.095 61,7 8

108,9t1,784 17,1 110 7,,139 19,6 115 4,,64 73,0 25

и е. Знак - ит

разница достоверна при р

Примечание. Знак - достоверно при р « 0,01; - 0,001.

Таблиц }

14,,,834 6,61:1,300 1(4,1 6

Э,4110,,117

12,,,615

7,50±0,42525,620 S,3t1,264 ,6 6

11,0950,194 14,9 72

7,9010,154 12,3 7,0t2,1953,4 4

7,,189 18,9 52 А.75У.095 61,7 8

0,01) 0,001.

).

Примечание.:

Знак

разница достоверна при Р « 0,001, « 0,05.

Таблице 4