Хромосомная инженерия растений Создание тритикале современное состояние и

Хромосомная инженерия растений Создание тритикале: современное состояние и новые генетические подходы

В последние годы наблюдается повышенный интерес селекционных центров и компаний к перестройкам в геноме в связи с подбором пар для гибридизации и расширением генетической изменчивости

Изменения молекулярно-генетических процессов при взаимодействии геномов в ядре отдаленных гибридов, амфидиплоидов и хромосомно-замещенных форм q Разрушение межвидовых изолирующих механизмов; q Изменение структуры и экспрессии ядрышкообразующих хромосом одного из геномов; q Изменения структуры ДНК и системы полиморфизма гетерохроматиновых блоков хромосом одного из геномов под влиянием хромосом другого генома; q Гаметоцидный эффект отдельных генов в чужеродных хромосомах; q Элиминация определенных и появление новых фрагментов рестрикции ДНК одного генома под влиянием другого; q Изменение полиморфизма повторяющихся последовательностей ДНК и межгеномные рекомбинации хромосом у отдаленных гибридов и амфидиплоидов (амплификации, делеции, транслокации); q Изменение вклада отдельных хромосом в формирование хозяйственно-полезных признаков q Активация мобильных генетических элементов у отдаленных гибридов

Создание тритикале (x Triticale = Triticum x Secale) новой зерновой культуры – одно из крупнейших достижений генетики и селекции растений на основе отдаленной гибридизации и экспериментальной аллоплоидиии. Идея совмещения у тритикале продуктивности и качества пшеницы с адаптивным потенциалом ржи стимулировало генетиков и селекционеров к созданию ржано-пшеничных амфидиплоидов. Во многих странах мира все шире разворачиваются селекционно-генетические исследования по тритикале.

Мировые посевные площади Triticale

Проблемы селекции Triticale: • Ограниченность нового генофонда исходного материала. • Отсутствие естественного центра формо- и видообразования • Необходимость постоянного синтеза тритикале и секало-тритикум в процессе селекции; • Зимостойкость озимых тритикале; • Устойчивость к корневым гнилям, снежной плесени, септориозу, спорынье; • Устойчивость к прорастанию зерна в колосе; • Содержание белка в зерне; • Содержание и качество клейковины; • Хлебопекарные свойства; • Экологическая адаптивность.

Новые методы создания тритикале

Селекционно-генетический анализ созданного генофонда тритикале показал, что у них недостаточно реализован генетический потенциал адаптивности ржи. Создание Secalotriticum направлено на решение проблем: Ø Усиления экспрессии генома ржи и повышения адаптивного потенциала тритикале; Ø Расширения генофонда и увеличения генотипической изменчивости пшенично-ржаных гибридов; Ø Повышения зимостойкости, устойчиости к болезням и экологической адаптивности; Ø Расширения ареала распространения тритикале.

Синтез Secalotriticum основан на использовании ряда биологических подходов и генетических факторов: Ш Использование современных высокоурожайных сортов тетраплоидной ржи (RRRR, 4 x=28) и гексаплоидных тритикале (AABBRR, 6 x=42) Ш Использование плазмогенов ржи Ш Использование вида-посредника (“bridge species”) – тритикале Ш Использование однократного беккросса Ш Утилизация разнообразия гамет гибридов F 1 путем скрещиваний с тритикале, пшеницей и рожью Ш Создание секалотритикум, A/B/D/R-хромосомнозамещенных форм, аллоплазматической пшеницы, рекомбинантной тетраплоидной ржи Ш Использование белковых, цитологических молекулярно-генетических маркеров и

Пентаплоиды F 1 (RRABR, 5 х=35): ü 35 -хромосомные гибриды со сложным геномным составом, ü Цитоплазма (геномы пластид и митохондрий) – от тетраплоидной ржи, ü Базовый ядерный геном (RR) в диплоидном состоянии - от тетраплоидной ржи, ü Ядерные геномы в гаплоидном состоянии (R, A, B) - от тритикале,

Специфичность мейоза у ржано-тритикальных пентаплоидов F 1 (RRABR, 5 x = 35) Нарушения в первом делении мейоза а б в г д е ж з и а, б – диакинез (бивалентная конъюгация); в метафазную пластинку); г-ж эквационное деление части унивалентов, ж - мосты); з, и – телофаза I (стадия диад, з – микроядра, и - трехполюсное деление).

Нарушения во втором делении мейоза а в г д е ж – б з и а – метафаза II (выбросы хромосом); б-д отставания и мосты); е-и триады, пентады и гексады).

Продуктивность форм секалотритикум

Сорт ржано-пшеничных амфидиплоидов (x. Secalotriticum) Амулет Учреждения-создатели: РУП ГНУ «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси» Включен в ГСИ в 2006 г. Сорт селектирован в результате индивидуального отбора из гибридной популяции Г-3705 Samson x Moreno Преимущества сорта: vсорт зернофуражного использования; vвысокоурожайный - 67, 8 ц/га (st. 59, 6 ц/га); vзимостойкий - 88, 9% (st. 75, 5%); vсодержание белка в зерне – 11, 9% (st. 11, 8%); vустойчив к болезням и предуборочному прорастанию; vсреднеустойчив к полеганию; vхорошо приспособлен к механизированной уборке. Экономический эффект от использования сорта: гарантированная прибавка урожая составляет 3 – 4 ц/га по сравнению со стандартом, что при возделывании на площади 5 тыс. га позволит дополнительно получить 15 -20 тыс. т. зерна.

РЕКОНСТРУКЦИЯ ГЕНОМОВ ПОЗВОЛЯЕТ: Ø - проводить ресинтез видов и новых видовых форм; Ø - осуществлять межгеномные замещения и добавления хромосом; Ø -индуцировать хромосомные перестройки (транслокации, делеции, инверсии); Ø - переносить блоки генов, скоординированно работающие на признак; Ø - создавать рекомбинантные геномы; Ø - вызывать структурно-функциональные изменения гетерохроматина; Ø - индуцировать гаметоцидный эффект чужеродных хромосом; Ø - активировать мобильные генетические элементы; Ø - изменять вклад отдельных хромосом в формирование хозяйственно-полезных признаков и свойств.

«Способ создания ржано-пшеничных A/B/D/Rхромосомно-замещенных форм секалотритикум» Гордей И. А. , Хохлова С. А. , Быченко А. П. , Люсиков О. М. 11 июля 2006 года.

Хромосомно-замещенные формы секалотритикум Проведено молекулярно-цитогенетическое маркирование хромосомнозамещенных форм секалотритикум: Получены и идентифицированы с помощью дифференциальной окраски хромосом R/D-замещенные формы секалотритикум: Нвсб-Л 246 -Гарм R/D-замещение 1, 3 -7 хромосом ржи Морфотип пшеничный Колос многоцветковый Фертильность 90% Среднерослая Среднеспелая Устойчивость к септориозу Пап-AD 60 -Луц 1 R/1 D-замещение Морфотип секалотритикум Выполненное зерно Фертильность 95% Среднерослая, Раннеспелая Устойчивость к грибным заболеваниям, зимостойкость

С использованием нового метода получены и цитогенетически идентифицированы замещенные формы секалотритикум: В-Л 374 -Луц 1 А/1 D, 6 А/6 D-замещение Морфотип секалотритикум; Фертильность 95% Низкорослая; Раннеспелая Устойчивость к грибным заболеваниям М-Л 145 Полное R/D-замещение (аллопшеница) Морфотип пшеничный, многоцветковая Выполненное зерно, фертильность 95% Низкорослая, среднеспелая Устойчивость к полеганию Устойчивость к грибным заболеваниям

Дальнейший прогресс в селекции хлебных злаков будет связан: Ø С расширением и обогащением генофонда исходного селекционного материала на основе вовлечения нового видового потенциала хлебных злаков Ø С разработками новых более эффективных методов создания полиплоидов различного геномного состава и ядерно-цитоплазматической структуры Ø С использованием приемов целенаправленной интрогрессивной и рекомбинационной селекции на основе реконструкции геномов Ø С усовершенствованием и оптимизацией селекционного процесса с учетом структурной и функциональной организации геномов полиплоидов