Насіннєва продуктивність алоплазмотичних ліній на основі стерильних цитоплазм Вeta patula і B. maritima за апозиготичного способу репродукції насіння
DOI:
https://doi.org/10.47414/np.30.2022.268940Ключові слова:
цукрові буряки, (ЦМС) цитоплазматична чоловіча стерильність, закріплювачі стерильності, дикі види Beta maritima i B. patula, роздільноплідність, апозиготичний спосіб репродукції насінняАнотація
Мета. Вивчити вплив цитоплазматичного геному заміщених ліній з новою плазмою від диких видів Beta patula і B. maritima і апозиготичних ліній А4–А8 з S vulgaris цитоплазмою Оуена на основні чинники апозиготичної репродукції насіння, насіннєву продуктивність, схожість роздільноквітковість, стерильність залежно від генетичного походження матеріалу.
Методи. Дослідження проведено з використанням польових, лабораторних, статистичних методів в лабораторії цитогенетики ІБКіЦБ, лабораторії апоміксису і поліплоїдії Ялтушківської ДСС, лабораторії адаптивної селекції Веселоподільської ДСС. Отримане апозиготичне насіння в умовах безпилкового режиму за методикою ІБКіЦБ з використанням просторової ізоляції і пергаментних ізоляторів. Під час цвітіння насінників у кожної рослини визначали її фенотип за стерильністю пилку та роздільноквітковістю. Класифікацію рослин проводили за Оуеном (1945), ідентифікуючи рослини чс-0 типу, чс-1 типу, чс-2 типу. Роздільноквітковість насінників оцінювали візуально за наявністю роздільноплідних плодів на центральних пагонах. У 2021 р. коренеплоди заміщених ліній Веселоподільської ДСС посаджені в умовах безпилкового режиму на дослідному полі ІБКіЦБ. Досліджена насіннєва продуктивність при апозиготії, враховуючи кількість зав’язаних плодів на відрізку 10 см при 5 повторах для кожного насінника. Схожість визначалась на 10-ту добу, енергія проростання − на 5-ту добу.
Результати. Нові джерела цитоплазматичної чоловічої стерильності (ЦЧС) виділені в лабораторії цитогенетики на основі генетичної моделі аналізуючого схрещування, з використанням диференціації і добору за маркерними зчепленими генами забарвлення гіпокотелю R+r−, однолітнього і дволітнього циклу розвитку B+b−. Аналізаторами природи стерильності використані закріплювачі стерильності цукрових буряків, домінантні гомозиготи за рецесивними генами антоціанового забарвлення, циклу розвитку, роздільноплідності і стерильності (Beta vulgaris Sxxzz rr bb). Роздільноплідні пилкостерильні лінії з апоміктичним способом репродукції насіння, походження ЯДСС (А4–А8 Beta vulgaris Sxxzz rr), відібрані за домінантним червоним забарвленням гіпокотелю R+r−, стабілізовані, за роздільноплідністю, стерильністю 100 %, рівнем плоїдності геному 2х, характеризуються низькою насіннєвою продуктивністю. На фоні стерильної цитоплазми Beta maritima походження із Туреччини спостерігались високі показники розвитку апозиготичного насіння, що змінювалися від 80 % до 96,4 % від кількості закладених квіток. У лінії BC4S patula кількість зав’язаного апозиготичного насіння мала значення від 34 ± 0,3 до 39 ± 0,42 шт., а показники дегенерованих квіток при апозиготії характеризувалися показниками від 31,2 до 54,3 %. Виділені насінні рослини з високою саморепродукцією насіння, такі як BC4S maritima (Туреччина), к.2/1 к.6/2 к.6/3 і на фоні нової плазми Beta patula к.3/4, к.9/4. Феномен високої саморепродукції насіння до 98,5–96,4 % закладених квіток виявлено у лінії 21-011 ЧС BC5S patula на рівні гібридів із закріплювачами стерильності цукрових буряків 97,5–93,1 %, що визначається особливою взаємодією ядерного геному буряків цукрових і нової плазми диких видів роду Beta L.
Висновки. Апоміктичний спосіб забезпечить скорочення схеми селекції цукрових буряків завдяки високій апозиготичній репродукції насіння материнського компонента у заміщених ліній з новою плазмою та диференціацію за гаметофітним редукованим партеногенезом з використанням морфологічних маркерних ознак.
Посилання
Favorskiy, N. V. (1928). Materials on biology and embryology of sugar beet. Proceedings of the Scientific Institute of Breeding, 2, 41–45. [In russian]
Barocka, K-H. (1966). Die Sektion Corollinae der Gattung Beta (Tournef.) L. Zeitschrift für Pflanzenzüchtung, 56, 379–388.
Maletskaya, E. I., Yudanova, S. S., & Maletskii, S. I. (2009). Haploids in Apozygotic Seed Progenies of Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Sugar Tech, 11(1), 61–65. doi: 10.1007/s12355-009-0010-z
Szkutnik, T. (2011). Apomixis in the suger beet reproduction system. Acta Bioloca Cracoviensia. Series Botanica, 52(1), 87–96. doi: 10.2478/v10182-010-0011-y
Zhuzhzhalova, T. P., & Podvigina, O. A. (2011). Genetic heterogeneity of seeds and methods for overcoming it. Sugar beet, 7, 14–17. [In russian]
Maletskiy, S. I., Yudanova, S. S., & Maletskaya, E. I. (2015). Epigenomic and epiplastomic variability in haploid and dihaploid sugar beet plants (Beta vulgaris L.). Agricultural Biology, 50(5), 579–589. doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.579Rus [In russian]
Naumova, T. N. (2008). Apomixis and amphimixis in flowering plants. Cytology and genetics, 42(3), 51–63. [In russian]
Bogomolov, M. A., & Fomenko, N. R. (2017). Embryological features of apomixis in sugar beet. Sugar Beet, 3, 8–10. [In russian]
Levites, E. V., Kirikovich, S. S., & Vinichenko, N. A. (2016). Variability in agamospermic offspring of sugar beet. Proceedings of the Kuban State Agrarian University, 60, 162–168. [In russian]
Gerashchenkov, G. A., Yasybaeva, G. R., Rozhnova, N. A., & Chemeris, A. V. (2015). Isolation of Promoters and Fragments of Genes Controlling Endosperm Development Without Fertilization in Arabidopsis and Engineering of the Antisense Constructions. European Journal of Molecular Biotechnology, 8(2), 56–62. doi: 10.13187/ejmb.2015.8.56
Kashin, A. S., Tsvetova, M. I., & Demochko, Yu. A. (2011). Cytological features of the genesis of apical meristem cells during gametophyte apomixis (on the example of autonomous apomicts of Asteraceae). Cytology and genetics, 2, 28–38. [In russian]
Hand, M. L., Vít, P., Krahulcová, A., Johnson, S. D., Oelkers, K., Siddons, H., Chrtek, J., Jr, Fehrer, J., & Koltunow, A. M. G. (2014). Evolution of apomixes loci in Pilosella and Hieracium (Asteraceae) inferred from the conservation of apomixes-linked markers in natural and experimental populations. Heredity, 114(1), 17–26. doi: 10.1038/hdy.2014.61
Murovec, J., & Bohanec, B. (2012). Haploids and doubled haploids in plant breeding. In I. Abdurakhmonov (Ed.), Plant breeding (pp. 87–106). InTech. doi: 10.5772/29982
Okada, T., Ito, K., Johnson, S. D., Oelkers, K., Suzuki, G., Houben, A., Mukai, Y., & Koltunow, A. M. (2011).Chromosomes Carrying Meiotic Avoidance Loci in Three Apomictic Eudicot Hieracium Subgenus Pilosella Species Share Structural Features with Two Monocot Apomicts. Plant Physiology, 157(3), 327–1341. doi: 10.1104/pp.111.181164
Bogomolov, M. A., & Fedulova, T. P. (2018). Apomixis introgression is a new way to create sugar beet (Beta vulgaris L.) hybrids. Sugar Beet, 2, 4–7. [In russian] Hojsgaard, D., Klatt, S., Baier, R., Carman, J. G., & Hörandl, E. (2014). Taxonomy and Biogeography of Apomixis in Angiosperms and Associated Biodiversity Characteristics. Critical Reviews in Plant Sciences, 33(5), 414–427. doi: 10.1080/07352689.2014.898488
Rodriguez-Leal, D., & Vielle-Calzada, J.-P. (2012). Regulation of apomixes: learning from sexual experience. Current Opinion in Plant Biology, 15(5), 549–555. doi: 10.1016/j.pbi.2012.09.005
Yudanova, S. S. (2016). Mixoploidy and segregation by single-multigerm in partogenetic offspring of sugar beet (Beta vulgaris L.). Proceedings of the Kuban State Agrarian University, 2, 405–411. [In russian]
Roik, M. V., Kovalchuk, N. S., & Yatseva, O. A. (2014). Apozygosity as a method of creating raw materials of sugar beets. Bulletin of Agricultural Science, 11, 45–49. [In Ukrainian]
Kovalchuk, N., Roik, M., Hadzalo, Ya., Nediak, T., & Zinchenko, O. (2019).Improvement of technoljgies of odtaining regenerates from embryocultyre of sugar beet breeding genotypes (Beta vulgaris) with apposigotic seed reproduction. Agricultural Sciences and Practice, 6(2), 3–17. doi: 10.15407/agrisp6.02.003
Roik, M. V., & Kovalchuk N. S. (2006). Analysis of the variability of the ploidy level of the genome of the initial breeding materials of sugar beets using the technology of the ploidy analyzer “Partec”: methodological recommendations. Kyiv: N. p. [In Ukrainian]
Roik, M. V., Kovalchuk N. S., & Yatseva, O. A. (2014). Evaluation and selection of breeding materials with apozygosity and cytoplasmic male sterility: methodological recommendations. Kyiv: N. p. [In Ukrainian]
Maletskiy, S. I. (2005). Epigenetic variability of the trait of separate flowering in sugar beet (Beta vulgaris L.). In Plant Epigenetics (pp. 195–205). Novosibirsk: ICG SO RAN. [In russian]
Dospekhov, B. A. (1985). Methods of field experiment (with the basics of statistical processing of research results) (5th ed., rev. and enl.). Moscow: Agropromizdat. [In russian]
