WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Селекционно-генетическая характеристикаисходного материала Capsicum L. по основным хозяйственно-ценным признакам

Автореферат докторской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

 

ТИМИНА ОЛЬГА ОЛЕГОВНА

 

 

 

СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА CAPSICUM L. ПО ОСНОВНЫМ ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫМ ПРИЗНАКАМ

 

 

 

Специальности: 06.01.05 – селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

03.02.07 – генетика

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

 

 

 

 

Москва – 2012

Работа выполнена в Приднестровском научно-исследовательском институте сельского хозяйства и в Приднестровском государственном университете

Научный консультант – доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Валерий Федорович Хлебников

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, академик РАСХН, профессор кафедры растениеводства, Российский государственный аграрный заочный университет Жученко Александр Александрович мл.;

доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией генетики и биотехнологии, Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева Соловьев Александр Александрович;

доктор сельскохозяйственных наук, ВНИИ овощеводства Россельхозакадемии, зав. лабораторией селекции капустных культур

Бухаров Александр Федорович

 

Ведущая организация – ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур

Защита состоится «___»________2012 г. в «_____» часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.10 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева, по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49, тел./факс (499) 976-24-92, (499) 976-08-94, e-mail: genetics@timacad.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Н.И.Железнова РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева

Автореферат разослан «___»_________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук                                               Л.С. Большакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Перец (Capsicumannuum L.) экономически значимая овощная культура во многих странах, в том числе в России и Приднестровье, обладает высокими пищевыми, технологическими и вкусовыми достоинствами и может быть отнесен в разряд культур, способствующих сохранению генофонда и здоровья нации.

В конце ХХ столетия селекция перца овощного была ориентирована главным образом на выведение продуктивных и устойчивых к вертициллезному увяданию сортов. Однако после успешного создания серии сортов с различной степенью устойчивости к болезни требования к культуре трансформировались. Приоритетным и актуальным направлением стало создание сортов с разнообразной продолжительностью фенологических фаз, различной формой и окраской перикарпия. Особую значимость приобрело создание сортов с улучшенными биохимическими показателями для целевого функционального питания и в частности с более высоким содержанием ?-каротина в плодах, который совместно с витаминами С и Е является важнейшим элементом пищевого рациона человека. Кроме того, повышенные требования потребителя к комплексу признаков, изменения климатических условий и форм собственности диктовали  необходимость скорейшего создания гибридов F1, у которых легче сочетать нужный комплекс хозяйственно-ценных признаков (ХЦП) и которые вначале 90-х практически отсутствовали в производстве. Одновременно необходимо было наладить работу по совершенствованию их семеноводства, и в частности по использованию стерильных форм. Такой подход обеспечивал достаточным количеством семян и крупное  производство, и мелких потребителей.

Селекционер при создании новых сортов и гибридов для получения конкретных результатов должен четко представлять, подбирая пары для скрещивания, насколько различаются исходные родительские формы по составу полигенов ХЦП.  Поэтому представляются актуальными исследования, которые дифференцируют комплекс полигенов растений, определяющих основные параметры ХЦП: продуктивности, качества плодов, продолжительности вегетационного периода, адаптивности к биотическим и абиотическим стрессорам и ряду других параметров. Одним из таких приоритетных направлений является мониторинг генофонда с эколого-генетической идентификацией генотипов. Сведения в данной области по культуре перца не многочисленны и не достаточно обобщены. И связано это с тем, что фундаментальные основы организации растительных полигенных систем до конца не определены, и не выявлены детальные механизмы их работы. До сих пор для C.annuum отсутствует полная хромосомная карта, отображающая имеющиеся 12 групп сцепления. Созданная совсем недавно (Wu et al., 2009) рестрикционная карта, охватывающая весь геном перца, основана на серии общих генов, распределенных у томата, картофеля, баклажана и модельного растения Arabidopsisthaliana(L)Heynh., и еще не апробирована в достаточной степени на практике, а идентифицированный набор полигенов культуры пока ограничен. Поэтому исследования по разработке методов дифференциации генотипов по комплексу ХЦП и их использованию в селекционном процессе остаются актуальными. Одним из первоочередных этапов научных разработок в области количественных признаков растений в связи с этим является установление корреляционных взаимосвязей признаков и кодирующих их аллелей. Выявленные взаимосвязи, воссоздающие  координированную экспрессию полигенов ХЦП, отражают упрощенную схему генной сети полигенов (ГС),  которые либо формируют ХЦП, либо осуществляют реализацию конкретного процесса.

Цель и задачи исследований

Целью наших исследований стал селекционно-генетический мониторинг генофонда Capsicum L. по основным хозяйственно-ценным признакам. Для этого решались следующие задачи:

  • Изучение выраженности, изменчивости и наследования во взаимосвязи со средой признаков раннеспелости, высокого содержания ? – каротина в плодах, устойчивости к болезням и переключения фаз репродукции в культуре in vitro.
  • Совершенствование методов оценки и отбора по признакам раннеспелость и устойчивость к болезням.
  • Изучение проявления и наследования комплекса ХЦП.
  • Разработка регрессионно-кластерного анализа комплекса полигенов ХЦП и  их эколого-генетическая идентификация.
  • Определение состава цепочек ХЦП, обуславливающих структуру урожая  в конкретной среде.
  • Установление структуры корреляционных взаимосвязей признаков важнейших ХЦП и кодирующих их аллелей.
  •  Уточнение проявления эффекта гетерозиса по ХЦП в зависимости от условий.
  •  Прогноз гетерозиса для моделируемой среды с уточненными приоритетными признаками, по которым в первую очередь должен проводиться отбор.
  • Создание нового исходного материалаCapsicum с комплексом ХЦП.
  •  Разработка и организация семеноводства перспективных гибридов F1 на стерильной основе.

Научная новизна результатов исследований

Генетический мониторинг генофонда Capsicum, включающего свыше 3500 образцов и 26000 генотипов, выявил источники ХЦП, на основе которых:

  • получены новые доноры с комплексом ХЦП: высокой продуктивностью, раннеспелостью, толерантностью к заболеваниям, улучшенным биохимическим составом, разнообразные по форме и окраске перикарпия, а также доноры по признаку образования эмбриоидов в культуре пыльников и регенерации полноценных растений;
  • для случаев генных взаимодействий и материнского эффекта предложен регрессионно-кластерный анализ диаллельных скрещиваний, результаты которого визуализируются многомерными методами;
  • с помощью регрессионно-кластерного анализа проведена эколого – генетическая идентификация генотипов по 16 ХЦП и кодирующих их доминантных аллелей в двух условиях;
  • уточнена структура организации растительных полигенных систем в виде  упрощенной схемы генной сети ХЦП, работающая на основе функциональных связей, которые переопределяют показатели признаков под воздействием триггерных факторов среды;
  • предложен подход к определению приоритетных признаков при проведении отборов в моделируемой среде в случае эффекта гетерозиса по ХЦП;
  • установлен полигенный механизм функционирования генов-переключателей, сопровождающийся неаллельными взаимодействиями, обуславливающий успех унипарентальной репродукции;
  • выявлен паттерн функционирования генов-переключателей, от незрелой микроспоры (поздняя одноклеточная стадия или ранняя двуклеточная) до незрелого зиготического зародыша (торпедовидная фаза).   
  • установлена локализация мутантного гена bc, комплементарно взаимодействующего с у-геном, с относительным расстоянием по Косамби между локусами в пределах mk=64,67cM.
  • обнаружено, что между генамиbc и y наблюдается явление цистранс эффекта, что обуславливает нестабильную выраженность признака «окраска перикарпия». Красно-оранжевая окраска перикарпия обусловлена функционированием генов bc и CrtZ-2;
  • выявлена дифференцированная жизнеспособность гамет, несущих гены bc и y  и летальность двойного рецессива (bcbcyy);
  • установлена способность излучения He-Ne лазера с длиной волны 630 нм стабилизировать проявление ряда ХЦП при воздействии биотических и абиотических стрессоров.

Практическая ценность научного труда. Разработана регрессионно - кластерная оценка генотипов по комплексу доминантных аллелей, контролирующих ХЦП, что позволяет вести селекцию идентифицированного материала и целенаправленно подбирать пары для скрещивания.  В результате многолетних исследований по генетическому мониторингу рода Capsicum выделены источники и доноры ХЦП раннеспелости, высокого содержания биологически-ценных компонентов  в плодах, устойчивости к болезням, продуктивности, а также по комплексу ХЦП. Выведенные перспективные генетически разнокачественные новые линии перца легли в основу практического осуществления генетической программы по созданию генофонда перца для  различных условий возделывания, отвечающего современным требованиям селекции культуры. Результаты работы по теме диссертации реализованы в пяти сортах и двух гибридах сладкого перца, включенных в государственные реестры селекционных достижений, допущенных к использованию по Российской Федерации и Республике Беларусь. Они защищены авторскими свидетельствами и патентами. Разработана и уточнена система ведения семеноводства новых гибридов на стерильной основе.

  • Основные положения, выносимые на защиту:
  • Генетический мониторинг полигенов ХЦП в генофондеCapsicumвключающий: 
  • систему методов оценки, проявления, степени выраженности, варьирования и наследования  важнейших ХЦП, обеспечивающую их достоверную идентификацию;
  • идентифицированные доноры перца по важнейшим генам и блокам генов ХЦП: болезнеустойчивости, раннеспелости, содержанию ? - каротина и витамина С, генам жизненной стратегии, определяющим тип репродукции в условиях invitro;
  • регрессионно-кластерный анализ скринирования генофонда растений с генетически обусловленным комплексом ХЦП;
  • эколого-генетическую идентификацию генотипов по норме реакции с визуализацией ключевых аллелей, контролирующих важнейшие ХЦП по комплексу признаков;
  • уточненный механизм организации и функционирования растительных полигенов ХЦП и эффекта гетерозиса для проведения адекватных отборов в моделируемой среде.
  • Практическое осуществление программы по генетическому мониторингу полигенов ХЦП и их использование в селекции сортов и гибридов перца.
  • Особенности семеноводства родительских форм и гибридов F1 овощного перца для условий пленочных теплиц.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены на V International Solanaceae Conference, (Nijmegen, Holland, 2000); XI и XIII Международных конгрессах EUCARPIA “Genetics and Breeding of Capsicum and Eggplant” (Antalya, Turkey, 2001; Warsaw, Poland, 2007); IV Balkan Symposium on Vegetables and Potatoes (Plovdiv, Bulgaria, 2008),      докладывались и обсуждались на заседаниях методических комиссий по генетике и селекции, Ученых и координационных советах Приднестровского НИИ сельского хозяйства, Приднестровского университета с 1976  по 2009 гг, а также на 19-ти Международных и Республиканских симпозиумах, совещаниях и конференциях по общей генетике, мутагенезу, биотехнологии, селекции, иммунитету и овощеводству: Кишинев, 1991, 2002, 2005; Тирасполь, 1996, 2001,2003, 2005; Москва, 1997, 1999, 2000, 2003, 2008; Саранск, 2001; Саратов, 2003; Минск, 2004; Харьков, 2005; Одесса, 2008, 2010, Вена, 2011.

Связь работы с крупными научными программами. Исследования выполнялись по государственной тематике Приднестровского НИИ сельского хозяйства «Создать генетические источники высокой адаптивности для культуры томата и перца с хозяйственно-ценными признаками», «Создать и передать в ГСИ высокопродуктивные сорта перца для открытого и защищенного грунта,  выносливые к вертициллезному увяданию и мозаике», Приднестровского госуниверситета «Изучение механизмов переключения программы развития с гаметофитной на спорофитную у сладкого перца в культуре invitro», а также по разделу  “Оценка естественных и мутантных ресурсов по увеличению уровня биоактивных компонентов у овощей”, являющемуся также частью регионального гранта по линии МАГАТЭ  RER5013 “Evaluation of Natural and Mutant Resources for Increased Phytonutrient Levels in Vegetable Crops and Potatoes”.

Публикации. По материалам докторской диссертации опубликовано 83 работы: в том числе одна монография (в соавторстве), два методических указания и восемь статей в рецензируемых журналах из «Перечня…» ВАК  РФ, семь авторских свидетельств и три патента на сорта и гибриды, выданных Госкомиссией РФ по сортоиспытанию и одно свидетельство - Госкомиссией Республики Беларусь.

Личный вклад соискателя. Экспериментальные результаты получены автором лично и совместно с коллегами из Приднестровского НИИ сельского хозяйства, Приднестровского государственного университета, Института Общей генетики Республики Молдова, Всероссийского НИИ овощеводства, Института систем информации РАН, Новосибирск, а также с аспирантами и студентами, работавшими под руководством диссертанта. Соискателю принадлежит составление программы исследования, схем всех экспериментов, непосредственное выполнение ключевых опытов и селекционных разработок, а также теоретическое обобщение полученных результатов. Участие и помощь всех, способствовавших выполнению работы, отображена в совместных публикациях. Всем сотрудникам, принимавшим участие в совместных исследованиях, автор приносит глубокую благодарность. Особенно признательна академикам Жученко А.А.и Драгавцеву В.А., профессорам Н.Н. Балашовой и Т.Р.Стрельниковой, которые оказали решающее воздействие на выбор направления и объекта исследований. Автор признательна профессору С. Даскалову (БАН, София), предоставившему для исследования уникальные мутантные линии,  канд. с.-х. наук Ильенко Т.С. за многолетнюю и продуктивную совместную работу, светлая память о которых всегда будет связана с одними из лучших селекционных разработок. Благодарю научного консультанта, профессора В.Ф. Хлебникова и  докторов биологических наук Ю.В. Чеснокова и И.Т. Балашову за поддержку и плодотворное обсуждение работы, а также докторов с.-х. наук А.П. Погребняка и А.В. Садыкина за ценные замечания по структуре и оформлению рукописи.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 354 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, включает 99 таблиц, 45 рисунков, 8 приложений. Список использованной литературы содержит 400 наименований, в том числе 264 на иностранных языках.

Материалы и методика проведения исследований. Объектом исследований явились полигенные ХЦП и кодирующие их доминантные аллели, а материалом для исследований -  спорофит и гаметофит представителей Capsicum.

При проведении исследований был использован коллекционный материал, поступивший из Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства, дикий и полукультурный генофонд рода Capsicum, полученный из Белтвилского генцентра (США), коллекционный материал, мутантный питомник лаборатории «Частной генетики овощных культур»,   селекционный материал лаборатории селекции Приднестровского НИИ сельского хозяйства, а также сорта и гибриды перца других научно – исследовательских учреждений  и селекционных организаций. В дальнейшем основным экспериментальным материалом в наших исследованиях явились сорта и линии собственной селекции. За период с 1976 по 2009 гг. в изучении находилось свыше 3800 образцов отечественной и зарубежной селекции в коллекционном питомнике и 26795 селекционных образцов, включая гибриды F1, полученные в процессе исследований.

Линии, гибриды, сорта, коллекционные образцы проходили оценку в различных культурооборотах и типах теплиц на экспериментальной базе ПНИИСХ, в фермерских хозяйствах Приднестровья, в ряде научных учреждений и хозяйств России, Болгарии и Венгрии.

Агротехника, используемая в опытах, была общепринятой  (Ершова, 1990; Методические рекомендации…, 1976, 1997), а селекционный материал оценивался комплексно по спорофиту и гаметофиту.

У спорофита изучали раннеспелость, содержание витаминов в плодах, устойчивость к болезням, а также комплекс ХЦП, обуславливающий продуктивность.

Плоды перцев оценивались по содержанию витаминов в технической и биологической фазах спелости на базе НИИ пищевой промышленности, г. Кишинев, Молдова, методом определения по ГОСТ – 8756.22-80, а также ВЭЖХ для ?-каротина. Витамин С определяли стандартным методом, ГОСТ 24556. Полученные данные обрабатывались двух и трехфакторным дисперсионным анализом, (Рокицкий, 1974, Лакин 1990). Определяли общую (ОАСi) и специфическую (САСi) адаптивность, стабильность (Sgi) генотипов, их селекционную ценность (СЦГi), а также типичность (tk) и относительную дифференцирующую способность среды (Sek) по Кильчевский., Хотылева, 1985.  Генетическая терминология использована согласно Картель, Макеева, Мезенко, 1999, ботаническая номенклатура по Baral, Bosland, 2002.  Эффект гетерозиса определяли по Даскалову (1973).

Наследование окраски перикарпия и содержание ?-каротина определяли по результатам анализирующих скрещиваний с рецессивными формами. Вычисление рекомбинации проводили  у рекомбинантной инбредной популяциии F3, полученной из особей F2 посемейным отбором при самоопылении. Проводили прямой расчет пропорции рекомбинантных форм R= n/N, где n – фактическое количество рекомбинантных форм в популяции, N - общее число учтенных особей, и результат увеличивали в 2 раза согласно частоте кроссоверных гамет. Частоту рекомбинации определяли по формуле      r=R/2(1-R), используемой для популяций рекомбинантных инбредных линий, которых получают из особей F2 (Чесноков, 2009). Расчет генетической дистанции между локусами с аллелями желтой окраски y и высокого содержания ?-каротина bc проводили по формуле Косамби: mK=25 ln[(1 + 2r)/(1-2r)]. Прямой анализ ?-каротина проводили только у F1, о содержании ?-каротина в F2 поколении судили по маркерной окраске перикарпия. Изучение ХЦП проводилось регрессионно-кластерным анализом в  диаллельных скрещиваниях по схеме [? P(P + 1)] (5 х 5), рассмотренном в экспериментальной части.

Используя лазерное излучение низкой интенсивности с энергией 2,3 Дж и 6,85 Дж, исследовали возможность стабилизации выраженности ХЦП под воздействием биотических и абиотических стрессоров по энергии всхожести проростков, % всхожести и скорости роста корешков, устойчивости к болезням (фитофтороз, серая гниль). Повторность в варианте - стократная, повторность вариантов - трехкратная. Облучали семена и сеянцы генотипов, контрастных по изучаемым признакам с повторными подсветками растений в соответствии с запланированными вариантами. Контролем служили варианты без облучения. Устойчивость к фитофторозу и серой гнили  перца изучали при искусственном заражении согласно Методическим указаниям по селекции..1997, и Рекомендациям Госкомиссии РФ по сортоиспытанию. В экспериментах с серой гнилью набухшие семена облучали различными источниками электромагнитного излучения. Повторность в опыте 4-х кратная, в каждой повторности заражалось не менее 50 растений. В качестве эталона для серой гнили использовали препарат ровраль в 0,2% концентрации.

Создание сортов и гибридов F1 проводилось согласно Методическим рекомендациям по селекции культуры, 1976, 1997 гг. В селекционной работе использовали методы гибридизации, беккроссы и рекуррентную селекцию.

Семеноводство гибридов разрабатывалось на стерильной основе. Для этого создали и использовали линии с генной мужской стерильностью (ГМС) с мутантными генами ms-3 и ms-8, на базе болгарских доноров (БАН, София).

Для оценки комбинационной способности родительских форм применялся метод топкросса (Методические рекомендации по изучению …, 1980).Все полученные данные математически обрабатывали с помощью программы Statistica 6.0 для персонального компьютера (ПК).

Скрининг генофонда рода Capsicum по болезнеустойчивости проводился общепринятыми методами (Методические указания по селекции сортов и гибридов перца и баклажана, 1976; 1997). Изучение нормы реакции признака устойчивости к ВТМ проводили в вегетационных сосудах, вместимостью 4 кг почвы (Журбицкий, 1968). Использовались растения, контрастные по устойчивости к возбудителю: со сверхчувствительным типом реакции и с системной реакцией на заражение. Повторность варианта трехкратная, в каждом варианте использовали по 20 растений. Зависимость устойчивости от влагообеспеченности изучалась в условиях нормальной влажности (90% от ППВ) и в условиях дефицита влаги при небольшом увядании растений, (30-40% от ППВ). Фон пониженной освещенности (3000 лк) создавали, затеняя растения при выращивании в вегетационных сосудах, либо выращивая растения без подсветки в осенне-зимний период (1200 лк). Фон несбалансированного минерального питания создавали, внося  только азотное удобрение при каждой подкормке, контролем служил вариант N120-P60- K60  согласно общепринятым рекомендация (Ершова, 1990).  В течение опыта произвели 3 подкормки.

Заражение ВТМ и ХВК проводили инфекционным соком с растений томатов и картофеля. Множественность инфекции моделировали объемами инфекционного сока, используемого для заражения. В качестве стандарта инфекционного начала ВТМ использовали растения томата сорт Ранний -83 с 3 настоящими листьями через 2 недели после заражения, выращиваемые в фитобоксах, а ХВК – листья местных сортов картофеля до начала цветения с ярко выраженными симптомами крапчатости.  Наличие вирусов определяли по местной реакции на растениях индикаторах: ВТМ на Nicotiana glutinosa L, Х-вирус картофеля – на Gomfrena globosa L. 

Устойчивость к фитофторозу изучалась при искусственном заражении чистой культурой возбудителя, предоставленной болгарскими коллегами (Милкова Л., Витанов А.).Заражали сеянцы, отделенные листья и плоды.

Процессы соматического эмбриогенеза индуцировали у незрелых зиготических зародышей по методике Binzel, Sankhla, 1996. Идентификацию генов переключателей гетерофазной репродукции на гомофазную проводили регрессионно-кластерным анализом пяти генотипов (Прометей, Л 48, Колобок,  Л 49, Добрыня Никитич). Опыты invitro закладывали в 2-кратной повторности (не менее 10 флаконов на каждый вариант, помещая на питательную среду 5-6 зародышей в каждый флакон).

Изучение образования побегов in vitro  у овощного перца проводили по методике Gunay, Rao., 1978.

Жизнеспособность пыльцевого зерна определяли по Паушевой, 1980. Оплодотворяющую способность - прямым методом, опыляя пыльцой, обработанной изучаемым фактором, рыльце пестиков у растений с ГМС.  Опыляли по 50 цветков в 3-х кратной повторности в динамике. Половина этой же пыльцы не обрабатывалась и служила контролем. Учитывался % завязываемости плодов и осемененность. Результаты обрабатывались с помощью t-критерия.

Проявление устойчивости пыльцы к токсинам V. dahliae проводили по методике Бино (Bino,1988). Частичную очистку токсина выполняли по Nachmias et al., 1982. Активность фракций устанавливали по Уэно и др., 1985. Специфичность токсинов для культуры перца уточняли биопробой на листьях, используя шкалу дифференциаторов по устойчивости к болезни.

Метод культуры пыльников invitro воспроизводился согласно Dumas de Vaulex et al., 1981. Исследования проводили в динамике в зависимости от фазы развития микроспоры. Критерием служил размер бутона и соотношение высоты чашечки к высоте нераскрытого венчика: меньше, равен, больше. Мелким бутонам соответствовала одноклеточная фаза, средним – начало двуклеточной фазы, а крупным – завершение развития двуклеточной фазы микроспоры. Опыты закладывали в двухкратной повторности (не менее 10 флаконов на каждый вариант, в каждый флакон высаживали по 5-6 пыльников). Учитывали процент переключения на спорофитный путь развития, % регенерации, % нормальных и аберрантных эмбриоидов, а также тип аберраций. Определение генетических параметров проводили регрессионно-кластерным анализом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

1.СТРАТЕГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕНЕТИКО-СЕЛЕКЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПО СОЗДАНИЮ ДОНОРОВ РАННЕСПЕЛОСТИ, ВЫСОКОГО СОДЕРЖАНИЯ

? -КАРОТИНА В ПЛОДАХ, УСТОЙЧИВОСТИ К БОЛЕЗНЯМ

Многокомпонентная иерархическая организация ХЦП предполагает детальное изучение функционирования комплекса полигены – ХЦП - среда. Исследования этого комплекса целесообразно начинать с генетического мониторинга генофонда, включающего первичный скрининг доноров ХЦП, с уточненными показателями выраженности, варьирования и наследования. Изучение генофонда перца  осуществляли в первую очередь по приоритетным признакам, в связи с необходимостью создания нового исходного материала с комплексом ХЦП: раннеспелостью, качеством плодов, устойчивостью к болезням.

    • Оценка генофондаC.annuumvar. annuumпо признаку раннеспелости

Оценка генофонда C.annuumvar. annuum (374 образца) по продолжительности вегетационного периода от массовых всходов до биологической спелости и составляющих его фенофаз выявила преимущества по признаку скороспелости букетного сортотипа, у представителей которого одновременно укороченные первая и третья фазы спелости (Табл.1).  Причем коэффициенты вариации продолжительности трех фенофаз у этого сортотипа самые низкие, что свидетельствует и об относительной выравненности признака. Выявлена контрастность по данному признаку сортотипа Grossum, для которого характерно наличие образцов как раннеспелых, не уступающих сортотипу Fasciculatum, так и позднеспелых, недружных форм, с удлиненными 1 и 3 фазами.  Такие образцы, напоминающие формы томатов с генами замедленного созревания rin, nor или alkobako, могут быть интересны в качестве исходного материала для создания сортов или гибридов с замедленным созреванием, предназначенных для хранения.  Раннеспелость данной популяции обуславливалась в первую очередь за счет короткой 1-ой фенофазы при низких коэффициентах вариации. Cкринирование генофонда C.annuumvar. annuum установило потенциальную дифференциацию продолжительности фенофаз у сортотипов и выявило конкретные источники раннеспелости, на основе которых были созданы новые раннеспелые линии с укороченными фенофазами: Л-3/98, Л-5/98, и др.

 Таблица 1

Продолжительность вегетационного периода у популяций сортотипов С. annuum,1987-98 гг., необогреваемые пленочные теплицы.

 

Показатель

Сортотип

Fasciculatum Sturt

Grossum L. (Sendt)

Longum D.C.

Продолжи-тельность фенофазы х1±m

 

G

 

V

%

Продолжи-тельность фенофазы х2±m

 

G

 

V

%

Продолжи-тельность

фенофазы х3±m

 

G

 

V

%

Количество исследованных

образцов

 

52

 

297

 

25

Массовые всходы - массовое цветение

 

82±0,3

 

2,095

 

2,6

 

85±0,2

 

3,334

 

3,9

 

85,8±0,8

 

4,17

 

4,9

Массовое цветение - техническая спелость

 

30,2±0,2

 

1,095

 

3,6

 

31,8±0,1

 

2,307

 

7,3

 

31,1±0,6

 

2,93

 

9,4

Техническая – биологическая спелость

 

22,7±0,1

 

0,932

 

4,1

 

31,4±0,1

 

1,773

 

5,6

 

32,9±0,5

 

2,63

 

8

Массовые всходы - биологическая спелость

 

134,4±0,6

 

4,56

 

3,4

 

148±0,4

 

6,08

 

4,1

 

149,7±1,2

 

6,02

 

4,0

    1. Источники высокого содержания витамига С и ?-каротина

      в популяции C.annuumvar. annuum

Биохимическая оценка определила относительную выравненность содержания ?-каротина у популяций различных сортотипов (Табл.2).

Таблица 2

Содержание и варьирование ?-каротина и витамина С в плодах биологической спелости у популяций сортотипов С. annuum var. annuum (необогреваемые пленочные теплицы) 1998-2003 гг.

Сортотип

Количество исследованных

образцов

Содержание, мг/100 г сухого вещества

?-каротин

Витамин С

X±m

Cv

X±m

Cv

 

Grossum

Pomifera

Fasciculatum

Longum

 

78

10

32

6

 

36,06±3,04

28,43±5,07

30,46±4,31

44,15±8,68

 

68,7

56,4

80,1

48,2

 

2427,41±178,85

3236,44±265,21

2700,21±219,85

3772,65±156,75

 

25,5

18,3

18,2

5,87

Относительное выравнивание произошло благодаря длительной целенаправленной селекционно-генетической работе. Высокая внутрипопуляционная вариабельность содержания ?- каротина свидетельствовала о наличии в популяции контрастных генотипов с высоким и низким содержанием провитамина А. У сортотипов Pomiferaи Longum отмечено статистически значимое повышенное  содержания витамина С в плодах.

Для всех сортотипов наблюдалось и дифференцированное внутрипопуляционное варьирование признака с соответствующими коэффициентами вариации. По результатам анализа были определены перспективные генотипы с наиболее высокими показателями содержания  ?-каротина, мутантного происхождения: Оранжевая капия, Л-49, Л-29, которые были использованы в селекции для создания сортов и гибридов с повышенным содержанием витаминов антиоксидантов. Полученные нами результаты переданы в электронную базу данных  отдела генетики и селекции при МАГАТЭ Database of Mutant Variety and Genetics Stocks (MVGS) (http://mvgs.iaea.org/).

    1. Доноры устойчивости к болезням в генофонде Capsicum Устойчивый сорт составляет основу интегрированной борьбы с болезнями и вредителями растений. Приоритетными остаются исследования как по выявлению механизмов, управляющих изменчивостью у патогена, так и поиск разнокачественных  генов резистентности растений-хозяев, что позволяет при соответствующем мониторинге взаимосвязи хозяин - патоген  выделить формы с долговременной и комплексной устойчивостью.

В Приднестровском регионе выявлены наиболее экономически значимые заболевания культуры перца: увядание - возбудитель Verticillium dahliae Kleb., различные типы мозаик (возбудители: ВОМ, ВБТ, ВТМ, ХВК, YВК),   альтернариоз на томатовидном перце, столбур (возбудитель – не идентифицированная фитоплазма). Причем значимость возбудителей в зависимости от экологических условий и сортового состава хозяина динамично переопределяется по годам. Поэтому важно иметь резерв идентифицированных источников и доноров устойчивости к самым различным заболеваниям для упреждения возникновения эпифитотий на производственных посадках культуры.

Комплексная фитопатологическая характеристика имеющегося генофонда рода Capsicum (более 2000 образцов) в условиях естественного и искусственного заражений выявила  иммунологический статус популяций культурных сортов и полукультурных разновидностей в отношении возбудителей вертициллезного увядания и мозаики. В полевых условиях при естественном заражении отмечена видовая дифференциация по поражению мозаикой  (ВТМ, ВОМ), определена устойчивость к мозаике у видов C. chinense, C. frutescens, C. pendulum и полукультурных разновидностей C.annuum, подтвержденная данными искусственного заражения ВТМ (лимиты баллов поражения 2,7 – 2,9). У культурных сортов преобладали сильно восприимчивые формы (средний балл поражения 3,5), часть из которых уже к 10 суткам в фазе семядолей после заражения погибала. Искусственное заражение ВТМ выявило в популяциях исследуемых видов генотипы со сверхчувствительной реакцией, обусловленной R-генами вертикальной устойчивости к патогену. При этом максимальная частота встречаемости генотипов с R-генами приходится на виды C . chinense, C. frutescens,C. pendulum (5-12%) и особенно на C. pendulum. Выделенные источники устойчивости  к ВТМ являются резервным фондом разнообразных генов резистентности.

Устойчивость популяций видов C . chinense, C. frutescens к вертициллезному увяданию в открытом грунтене подтвердилась данными искусственного заражения и была такой же,  как и у культурных сортов. Наиболее сильно поразился увяданием при естественном заражении в условиях монокультуры наблюдалось у сортотип Grossum (х=2,9), несколько меньшее – у сортотипа Longum (х=2,4) и толерантность показали мутантные формы (х=1,8). Однако их меньшая поражаемость не подтвердилась при высокой множественности заражения. Среди культурных сортов в категории  высокоустойчивых значился Подарок Молдовы, специальной селекции по этому признаку, толерантных – Золотая Медаль (х=0,8), Бяла Капия (х=1,2), Сиврия 600 – К-1285 (х=1,3), Капия 1005 – К-1832 (х=1,5), Молдова 118, К-1894 (х=1,6), Ласточка (х=2,0). Толерантность Бяла Капия, Золотая Медаль и Сиврия-600 подтверждены при искусственном заражении патогеном (средние баллы поражения не превышали 2,0).

Представители Capsicumдифференцировано  поражались и другими заболеваниями: бактериозом (XantomonasvesicatoriaDouch.), альтернариозом (Alternaria solani Sor.), узколистностью (ВОМ). Популяция C.pendulum отличалась выносливостью к ВОМ и вертициллезу. У полукультурных разновидностей отмечали низкую поражаемость  альтернариозом.

Первичный скрининг устойчивых генотипов проводили при искусственном заражении белой и серой гнилями. Выявлена меньшая поражаемость генотипа C.chinense  №5 к белой и C.pendulum №14 к серой гнилям. Данный тип устойчивости  к патогенам наиболее эффективен в случае короткого периода, благоприятного для развития инфекций.   

В связи с наблюдаемыми  изменениями климата и благоприятными условиями для развития такого заболевания как фитофтороз (PhytophtoracapsiciLeonian), очень актуальным являются упреждающий скрининг генофонда, поиск генов резистентности и селекция на устойчивость к этому заболеванию. Несмотря на принимаемые меры, в странах с влажным и теплым климатом фитофтороз наносит ощутимый ущерб (Tamietti, Bruatto, 1986; Palloix et al.,1986; Bosland, Lindsey, 1991). Данных по поражаемости генофонда культурных сортов молдавской и российской селекции очень мало. Предполагалось, по аналогии с зарубежными сортами и гибридами, что их уровень устойчивости к патогену довольно низкий. Однако искусственное инфицирование сеянцев при непосредственном внесении чистой культуры возбудителя в почву  показало, что имеющийся местный генофонд C.annuum var.annuum не однороден по поражаемости патогеном. Различия проявляются в продолжительности инкубационного периода, в проценте гибнущих растений на определенную учетную дату (Табл. 3).

Таблица 3.

Уровень выносливости к фитофторозу различных сортотипов и сортов C.annuum var.annuum,искусственное заражение сеянцев, 1996 г., теплица.

Сортотип, генотип

 

Инкубационный периода, дни

Гибель растений на день после заражения, %

 

7

 

20

 

28

 

35

 

40

 

45

 

Grossum

Подарок Молдовы

Тополин

Богатырь

Ласточка

Виктория

Т-119/8

14

18

14

18

18

6

0

0

0

0

0

10

8

5

24

11

6

60

20

37

50

11

6

69

67

87

96

79

20

100

75

100

100

82

82

100

100

100

 

Fasciculatum

Винни-Пух

 

12

 

0

 

54

 

54

 

100

 

 

Pomifera

Рубиновый

Колобок

Золотой Юбилей

 

6

6

6

 

11

4

5

 

50

37

28

 

79

77

50

 

100

82

100

 

100

Согласно полученным результатам определенной толерантностью к фитофторозу перца характеризуются представители сортотипа Grossum: Подарок Молдовы, Ласточка, Виктория. Из раннеспелых и крупноплодных сортов более вынослив – Тополин.  Причем выносливость сортов Подарок Молдовы и Виктория была подтверждена при искусственном и естественном

заражениях и в условиях Болгарии. Выделенные доноры устойчивости использованы в рекурентной селекции линий с ГМС: Л 226, Л 218, Л117. Гибриды F1 на их основе хорошо передают потомству устойчивость к патогену, причем Л 226 и Л 218 преимущественно к листовым формам заболевания, а Л 217 – и к вегетативным, и к генеративным формам болезни.

    1. Норма реакции признаков раннеспелости, высокого содержания ?-каротина в плодах и устойчивости к болезням

Изучение нормы реакции раннеспелости у представителей C.annuumvar. annuumвыявило определенное преимущество Fasciculatumв сравнении с Grossum. У представителяFasciculatumсорта Винни-Пух - донора раннеспелости, не стабильная выраженность признака «продолжительность 1-ой фенофазы», стабильная – «продолжительность 3-ей фенофазы»,  высокая продуктивность, с низкими вариансой САСi и Sgi, слабой отзывчивостью на изменение условий среды возделывания (bi<1), что подтверждает  его адаптивность и высокую СЦГi. Сочетание продуктивности и стабильности у этого донора можно использовать при создании раннеспелых полуинтенсивных сортов или гибридов, для которых характерна высокая потенциальная экологически устойчивая продуктивность, обеспечивающая не максимальную, но стабильно высокую урожайность    (табл.4).

Продолжительность вегетационного периода у гибридов F1 и их родительских форм от массовых всходов до массового биологического созревания наследовалась промежуточно со сдвигом в сторону раннеспелого родителя. На степень доминирования признака влиял как генетический фон, так и материнский эффект. Характер изменчивости степени доминирования варьировал дифференцированно в каждой фенофазе. В первой фенофазе отмечена высокая частота встречаемости сверхдоминирования, что свидетельствует о возможной селекции на гетерозис по этому признаку. Дифференцированный характер степени доминирования у различных фаз, косвенно подтверждал предположение о нескольких блоках генов, контролирующих в целом продолжительность вегетационного периода.

 Таблица 4

Параметры адаптивности доноров раннеспелости перца

сладкого по раннему урожаю.

Генотип

Хi, кг/м2

ОАСi

САСi

Sgi, %

bi

СЦГi

Тополин  Var. Grossum

1,36

0,09

0,94

71,5

1,03

0,72

Ласточка  Var. Grossum

0,99

-0,28

0,9

95,7

1,05

0,36

Венти Var. Longum

1,28

0,01

1,07

80,6

1,14

0,6

Винни - Пух Var.Fasciculatum

1,45

0,18

0,65

55,5

0,77

0,92

      1. Изменчивость и наследование признака высокого содержания ? – каротина у представителей Grossum и Fasciculatum

Каротиногенез представляет собой автономный функциональный процесс, в котором задействованы шесть (1, 2, 3, 4, 6, 9-я) из 12 хромосом перца. Сравнительное изучение варьирования содержания провитамина А у линий с различным содержанием каротиноидов показало отсутствие генотипов с высоким, но стабильным проявлением этого признака. Поэтому остается необходимость дальнейшего поиска таких генотипов в генофонде Capsicum, либо их создание. Создание в свою очередь предусматривает уточнение закономерностей наследования признака. Генетический анализ зависимости содержания ? - каротина и окраски перикарпия, показал доминирование красной окраски по отношению к желтой и оранжево-красной и комплементарное взаимодействие между генами, обуславливающими  оранжево-желтую и оранжево-красную окраски, приводящее  к возврату темно-красного варианта окраски. При дальнейшем самоопылении красноокрашенных F1 у F2 поколения в большинстве комбинаций скрещивания расщепление по окраске укладывалось в двухфакторную схему наследования: 9красных: 3 оранжево-красных: 4 желто-оранжевых.  Проведенный тест на аллелизм рецессивных мутаций bc(высокое содержание ? – каротина, оранжево – красная окраска перикарпия)  и y(желто-оранжевый перикарпий, низкое содержание ? - каротина) подтвердил, как независимость наследования признаков окраски перикарпия и содержания ? – каротина, так и неаллельность желтой и оранжево-красной мутаций, затрагивающих разные сайты комплементации. Наши экспериментальные данные подтвердили правомочность картирования геновCrtZ-1 иCrtZ-2 на виртуальной карте Thorup et al.,2000, а анализирующее скрещивание уточнило локус, где произошла мутация у одного из этих генов. Обнаруженные растения с красноокрашенными плодами в потомстве семей с плодами, окраска которых контролировалась рецессивно,  свидетельствовали о наличие   цис-транс-эффекта между генамиbc и y.  В то же время данный эффект подтверждал нахождение в одной и той же хромосоме обоих мутантных генов, а именно в 6 - ой, где локализация y гена точно установлена (Табл.5). Следовательно, bc – это мутация гена CrtZ-1, а красно-оранжевая окраска перикарпия у мутанта обусловлена функционированием генов bc и CrtZ-2. Гены bc и y находятся в 6 хромосоме, но располагаются достаточно далеко друг от друга и, как правило, сегрегируют независимо. Но в некоторых комбинациях скрещиваниях ?2 значимо отличался от табличного значения. Это явление объясняется возможной пониженной жизнеспособностью двойного рецессива. Расчеты пропорций рекомбинантных форм в семьях оранжево-красных и желто-оранжевых показали хорошее совпадение показателей частоты рекомбинации (Табл.5), с учетом которой определено относительное расстояние между локусами оранжево-красной и желто-оранжевой окраски

Таблица 5.

Вариация окраски плодов в  популяциях F3  оранжево-красных и желто-оранжевых семьях комбинации Л-144 х {(Дуэт х Т-119/8) х Л-61}, 2006 г.

Окраска плодов у отобранных    семей в F2

Исследовано семей

Количество растений в F3

с плодами

  ?

 

Рекомбинантные формы     R, %

Частота реком-бина-ции r, cM

крас-ными

желто-оранж

оранжево-красными

Оранжево-красные

    7

  4

 35

122

168

46,43

 

0.43

Желто-оранжевые

  

4

 

6

 

83

 

2

 

91

17,58

 

0.36

по Косамби, где mk=64,67cM. Таким образом,  к известным генам окраски перикарпия и содержания ?-каротина (Wang, Bosland, 2006) можно добавить новый идентифицированный мутантный ген bc. Несмотря на то, что присутствие генаbc способно увеличить содержание ?-каротина в плодах в 1,5-2 раза, использование данного мутанта в селекции имеет ограничения, связанные с наличием двух генов, кодирующих окраску и одновременно одного из них – содержание ?-каротина, а также цис-транс-эффекта, обусловленного кроссинговером. Но использовать полученный мутант в гетерозисной селекции можно, если в скрещивание будут привлечены линии с одинаковой оранжево-красной окраской, созданные без участия желтоокрашенных форм. Имеется и перспектива дальнейшего увеличения содержания ?–каротина за счет возможного получения новой мутации генаCrtZ-2 и потенциального увеличения уровня антиоксиданта в перикарпии еще в 1.5-2 раза.

1.4.2.Варьирование устойчивости к ВТМ и ее наследование в зависимости от экологических факторов, множественности инфекции и генотипической среды у представителей Capsicum

Известно, что среда выступает одним из основных модуляторов взаимоотношений паразита и растения-хозяина. Репродукция патогена на устойчивом хозяине под воздействием факторов среды может привести к колебанию величины и структуры популяции патогена и явиться возможным объяснением причин потери устойчивости растений к возбудителям и распространению новых рас и штаммов патогенов. Поэтому изучение нормы реакции генов резистентности и проявление признаков устойчивости к  заражению наряду с изучением и адаптивности способствует созданию базы данных по наличию генотипов со стабильной и долговременной устойчивостью.

Проведенные исследования идентифицировали в условиях неблагоприятной внешней среды (среднесуточная температура 3-10   на фоне пониженной освещенности 1200 лк) не 100% -ю пенетрантность L гена. Анализ расщепляющейся популяции показал, что снижение пенетрантности L гена происходит за счет поражения части гетерозигот. Причем определенные экологические фоны способны выявить границы функционирования как гетерозигот, так и гомозигот.  В модельных опытах с гомозиготными линиями по L гену показано (Табл.6), что его пенетрантность к ВТМ достигает 100% при одинарной инфекции ВТМ  на фонах пониженной освещенности, дефицита влаги и несбалансированного минерального питания. Устойчивость к патогену сохраняется и при комбинации этих абиотических стрессоров. В случае же со смешанной инфекцией с Х-вирусом картофеля пенетрантность L гена понижается, что визуально выражается у части растений в виде системного некроза.  Аналогичные данные по пенетрантности и экспрессивности генов Tm-2 и Tm-22 получены нами и на томатах. И в этом случае – сочетание определенных абиотических и биотических стрессоров явились ключевыми факторами изменения пенетрантности генов устойчивости и снижения их экспрессивности.  Важно также отметить в этой связи специфику воздействия биотического стрессора, значение конкурентоспособности в смешанной инфекции различных штаммов и роль множественности инфекции. Наиболее эффективно подавляют пенетрантность генов сверхчувствительности и гена толерантности у томатов к ВТМ второй компонент – ХВК.

Таблица 6.

Норма реакции гена L на фоне пониженной температуры и освещенности в комбинации с различными абиотическими и биотическими стрессорами при искусственном заражении, вегетационные сосуды,  1982-1983 гг.

 

 

Фон выращивания

Средний балл поражения мозаикой

Заражение ВТМ

Заражение ВТМ+ХВК

Генотипы

Подарок Молдовы +/+

33/5

LL

Л-2

LL

Подарок Молдовы +/+

33/5

LL

Л-2

LL

1.Сбалансированное минеральное питание и  водообеспеченность

 

0,7

 

0,0

 

0,0

 

0,7

 

1,1

 

0,5

2.Дефицит влаги

0,1

0,0

0,0

0,1

хлороз

1,3

1,2

3.Избыток азотного питания

0,4

0,0

0,0

0,6

0,3

0,6

Причем в варианте при последовательном заражении  сначала ХВК, а затем 0-ым штаммом ВТМ, снижается пенетрантность гена Tm-2  и экспрессивность гена Tm-1, а при замене 0-го штамма на 1-ый снижается пенетрантность и гена Tm-22. Множественность инфекции при одновременном заражении выявляет и различную конкурентоспособность штаммов патогена, что необходимо учитывать при создании инфекционных фонов. Таким образом, пониженная пенетрантность и экспрессивность генов устойчивости являются предпосылкой дивергенции популяции возбудителя, выражающейся в  накоплении в популяции новых конкурентоспособных патогенных вариантов. На модельной системе ВТМ - перец нами показано, что абиотические стрессоры в комбинации со смешанной инфекцией могут индуцировать появление нового варианта ВТМ.

1.5. Оптимизация методов оценки и отбора по признакам раннеспелости и устойчивости к болезням

Для получения гарантированного урожая разрабатываются различные  подходы, изменяющие норму реакции генотипа в нужную для человека сторону.  Одним из таких подходов является использование культуры in vitro.  Эмбриокультура, наиболее воспроизводимый и относительно не сложный метод in vitro,   прежде всего, использовался для преодоления несовместимости при получении межвидовых гибридов перца   и для увеличения количества поколений в год (Fari, Csillery, 1983; Pickersgill, 1992). Но вопросы использования эмбриокультуры в селекции перца на важнейшие ХЦП, изменчивости их выраженностии сопоставимости с отборами у генотипов, выращенных традиционными методами, были изучены не достаточно для применения их на практике.

На селекционном материале, который насчитывал более 3,5 тысяч незрелых зиготических зародышей 40 различных гибридов F1, изъятых в основном на стадии трости  и полукольца (терминология по Fari, Csillery, 1983), и был высажен на различные варианты питательных сред, обнаружено, что условия формирования растеньиц перцев влияли на проявление ряда ХЦП, в зависимости и от среды, и от генотипа (Табл.7). Но оптимальная питательная среда вызывала минимальные модификации у основных ХЦП (масса, параметры плодов) и не снижала общую продуктивность. У сильно восприимчивого к увяданию генотипа симптомы болезни усиливались, что необходимо учитывать при использовании данного метода в селекционной практике.

Нами установлено, что эмбриокультура в селекции овощного перца может использоваться не только для получения 3-4-х поколений в год в зависимости от группы спелости генотипа с одновременной оценкой по комплексу хозяйственно-ценных признаков, но также и для первичной оценки раннеспелости  образца. По литературным данным (Barchi et al., 2007)

Таблица 7

Выраженность ряда ХЦП у сладкого перца, выращенного in vitro из незрелых зиготических зародышей в зависимости от состава питательной среды, на провокационном фоне по вертициллезу

Сорт

Среда

Продук-тивность растения в гр. х±m

Масса плода в гр. x1±m

Плод

Кол-во семян в плоде х2±m

Средний балл поражения увяданием х3±m

D, см

диаметр

L, см

длина

d, мм

толшина стенки

Медаль

контроль

288±4

65±6

4,2±0,5

11,1±0,5

3,3±0,2

173±10

1,0±0,22

1

221±61

58±8

3,7±0,2

7,9±0,2

4,0±0,09

101*±19,3

1,9*±0,6

2

386±37

81±6

4,0±0,09

8,4*±0,3

3,9*±0,1

108*±11

0,9±0,3

3

274±3,0

88*±7

3,8±0,1

8,4*±0,3

3,9*±0,2

87*±8,9

0,8±0,3

4

200±56,7

48±3

4,1±0,28

8,4±0,1

4,4*±0,1

102,1*±8,8

0,8±0,3

Тополин

контроль

420±24

93±1,2

6,7±0,1

10,0±0,2

5,7±0,1

195±14

0,6

1

321±52,9

93±5,4

6,2±0,1

7,8±0,34

4,8*±0,1

192±18,5

0,5

2

195*±38

71±6

5,89±0,1

7,9±0,2

5,4±0,2

193±20

0,3

Примечание: * - значимые отличия в сравнении с контролем. В качестве контроля использовалась рассада растений, выращенных по обычной технологии из зрелых семян.

у перца продолжительность 1-й фенофазы, длина плода, скорость роста междоузлий и главного побега контролируются полигенами с плейотропными эффектами, сгруппированными в одном кластере. Найденные нами показатели коэффициента корреляции между скоростью роста незрелого зиготического зародыша на питательной среде и длиной 1-ой фенофазы свидетельствовали об отсутствии подобного эффекта. Но в тоже время положительная корреляционная зависимость выявлена между  скоростью развития незрелых зародышей, 3-ей фенофазой и длиной всего вегетационного периода у использованных генотипов (r=0.9, p?0.05), т.е. чем продолжительней третья фенофаза и весь вегетационный период, тем медленней растут зародыши в эмбриокультуре. Это в свою очередь позволяет проводить первичную оценку и подбор исходных форм для селекции на скороспелость на одной из самых ранних фазах онтогенеза растений - в эмбриокультуре.

Эмбриокультуру можно использовать и для оценки толерантности исходного материала к вертициллезному увяданию на ранних фазах in vitro,

применяя в качестве селективного фона  токсический фильтрат гриба V. dahliae.

Помещая зародыши восприимчивого сорта Гогошары на питательную среду с токсическим фильтратом возбудителя вертициллеза в различной концентрации, обнаружили, что в среде он исполняет роль селективного фактора. Критерием воздействия токсичного фильтрата на проростки явилось угнетение роста и развития растеньиц на токсигенной среде адекватно его концентрации. Выявлено, что при добавлении в среду 40% токсичного фильтрата снижаются в два раза и масса, и длина корешков. 50% концентрация  является сублетальной, а 60% - летальной для проростков. Дифференцированный рост растений из незрелых зиготических зародышей на токсигенной среде в сравнении со средой без токсичного фильтрата подтвердил способность последнего заменять живого возбудителя.

    1. Метод оценки исходного материала на устойчивость к вертициллезному увяданию по гаметофиту и спорофиту

Метод гаметной селекции основан на отборе гамет, устойчивых к экстремальным факторам (биотическим или абиотическим), обеспечивающих появление спорофитного поколения со сходной устойчивостью. В связи с этим в стандартных условиях была установлена специфичность частично очищенного  токсина возбудителя вертициллезного увядания и его токсигенная активность по рабочей сублетальной концентрации (40мкг/мл.), дифференцирующей устойчивость спорофита, и его пороговой концентрации (20 мкг/мл), когда дифференциация еще имеет место. При добавлении в среду сублетальной концентрации токсина V. dahliae (Табл.8)  отмечалось снижение жизнеспособности пыльцы устойчивого образца на 69%, длины пыльцевых трубок – на 56%. У восприимчивого образца - соответственно  на 90% и 93%, а у сильно восприимчивого генотипа  пыльца вообще теряла жизнеспособность. При этом реакция мужского гаметофита на токсин фитопатогенного гриба совпала с иммунологическим статусом генотипа, что позволяет дифференцировать генотипы по устойчивости к вертициллезному увяданию на самых ранних фазах онтогенеза растений.

У спорофита в культуре in vitro у контрастных по устойчивости к грибу V. dahliae генотипов C.baccatum (Л-115/5) и C.frutescens (33/5) также выявлен дифференцированный морфогенез первичных эксплантов на токсигенной среде.  Если морфогенез устойчивого образца не отличался от контрольного варианта, то на токсигенной среде у восприимчивого образца отмечалась наиболее дифференцированная морфогенетическая реакция у сегментов семядолей. Наличие токсина в среде подавляло у них не только регенерацию, но также  и каллусообразование. Найденный паттерн морфогенеза первичных эксплантов семядолей, гипокотилей и апексов, может быть использован для скрининга и первичной выбраковки сильно восприимчивых генотипов в

Таблица 8

Проявление признака устойчивости к токсину V.dahliae у гаметофитов в зависимости от устойчивости спорофита к возбудителю.

 

Гено-тип гаметофита

 

Иммунологи-ческая характеристи-ка спорофита

 

Доза токсина,

мкг/мл

Реакция гаметофита на наличие токсина в среде для роста

% проросшей пыльцы

x±m

 

% к контролю

Длина ростковых трубок, мкм

x±m

 

% к контролю

 

Л -4А

Устойчив

0

41,5±4,5

100

31,17±2,3

100

40

12,8±2,7*

30,8

13,59±0,95*

43,6

  20

16,4±2,2*

39,5

15,18±1,2*

48,8

10

30,8±4,1

74,2

15,44±1,3*

49,5

5

39,4±6,1

95

19,86±1,6

63,7

 

Неж-ность

 

Восприимчив

0

85,3±4,4

100

42,7±1,8

100

40

9,7±2,6*

11,4

6,98±0,2*

16,3

20

7,6±2,6*

8,9

16,27±0,8*

38,1

10

12,5±2,8*

14,7

17,3±0,9*

40,5

5

36,4±5,7*

42,7

20,22±1,2*

47,3

Л-171

 

Высоковос-приимчив

0

100

100

49,8±6,7

100

40

0

0

0

0

20

1,7±0,6*

1.7

7.03±1.4*

14,2

10

6,4±2,9*

6,4

31.1±5.1

62,2

5

12,2±2,5*

12.2

35,2±5,2

70,7

Примечание: * - значимые отличия в сравнении с контролем.

лабораторных условиях на ранних фазах для ускорения селекции на устойчивость.

    1. МОДУЛЯЦИЯ ПРИЗНАКОВ РАННЕСПЕЛОСТИ И НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ЗАБОЛЕВАНИЯМ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Направленное изменение экспрессии аллелей ХЦП может вызвать координированную модификацию функции. В связи с этим уточнили модулирующий эффект излучения He-Ne лазера на проявление признаков раннеспелости и неспецифической устойчивости к фитофторозу и серой гнили.

Предпосевная обработка семян низко интенсивным излучением индуцирует меньшую поражаемость  фитофторозной гнилью выносливых генотипов, при этом, не вызывая качественно новую реакцию в отсутствие генов устойчивости к возбудителю заболевания у растения хозяина. Аналогичные данные получены и с другим возбудителем BotrytiscinereaePers., вызывающим серую гниль вегетативных и генеративных органов. Предварительно было выявлено, что пространственная структура поля и когерентность для данной конкретной системы хозяин - патоген не существенны,  а значительными факторами в проявлении признака устойчивости является генотип  и длина волны излучения. Дальнейшие эксперименты при искусственном заражении подтвердили эффективность

Рис. 1. Индукция устойчивости к серой гнили у генотипа 5/92 в зависимости от фактора  обработки растений

облучения растений монохроматическим красным светом генотипа 5/92 в индукции устойчивости к возбудителю (Рис.1). Причем по воздействию оно не уступало эталону – фунгициду ровраль, а в сочетании с препаратом строби было даже более эффективным.  Но необходимо учитывать специфику работы фитохрома. Это триггер, он запускает и выключает процесс, в котором участвует.  Поэтому для поддержания необходимого уровня устойчивости в течение всего онтогенеза растений нужны дополнительные обработки растений лазерным или монохроматическим облучением. Подобные обработки отвечают требованиям получения экологически чистой продукции, т.к. красный свет не является дестабилизирующим фактором для растений и окружающей среды.

Таким образом, генетический мониторинг генофонда позволил выполнить

поставленные задачи по созданию доноров раннеспелости, высокого содержания ?-каротина в плодах и устойчивости к болезням.  Но поскольку создание сортов и гибридов предусматривает обязательным этапом селекцию на комплекс признаков, возникла необходимость более детальной проработки

вопроса создания генофонда растений с генетически обусловленным комплексом ХЦП.

  1. Теоретические основы создания генофонда растений с генетически обусловленным комплексом ХЦП

В работе применялся генетический параметр Wr+Vr, используемый Хейманом (Hayman,1954) в анализе диаллельных скрещиваний. Этот генетический параметр, представляя собой сумму коварианс родитель – потомок и варианс гибридов коррелирует со средними значениями признака при условии определения его аддитивно-доминантной генетической системой и   отображает направление доминирования и эффекты доминантных аллелей. В случае эпистаза и зависимого распределения генов у родительских форм, линия регрессии наклонена к параболе Wr/Vr не под углом 45? и отличается от линии единичного наклона. Поэтому визуализацию взаимосвязей линейно нормированных параметров Wr+Vr в этом случае необходимо проводить многомерными методами, отказавшись от графиков Хеймана: анализом главных компонент, многомерным шкалированием и др., которые объективно группируют и сравнивают близость объектов согласно их реальным параметрам. Сравнение генетических параметров одних и тех же генотипов в разных средах определяет не абсолютные показатели, а относительные, но устанавливаемые и характерные для изучаемых условий, что позволяет выявить отличия у генотипов по доминантным аллелям. Более того, такой подход позволяет избежать эффекта шкалирования, имеющий место на графиках Хеймана (Драгавцев, Драгавцева, 2011), так как группировка объектов производится по принципу близости расстояний, а не их сравнения на линии регрессии. При этом объектом кластеризации выступали генотипы-среды, признаки-среды, а признаковым пространством - параметр Wr+Vr, аллели с доминантными эффектами. Выбранное  признаковое пространство отвечает принципам достаточности, допустимой мультиколлинеарности и достоверности, а именно: выбран один (минимальность) признак (эффекты доминантных аллелей), достаточно емко характеризующий изучаемые объекты, признак представлен только одним показателем (параметр Wr+Vr), полученные статистические данные достоверны.

В настоящее время одной из теорий организации полигенов растений,

подтвержденной молекулярными данными, является теория эколого-генетической организации сложного полигенного признака (Драгавцев и др., 1984; Чесноков и др., 2008). Эколого-генетическая теория обосновывает функционирование полигенов ХЦП и переопределение локусов ХЦП, а следовательно и спектра родительских аллелей, кодирующих ХЦП, при смене лимитирующих факторов среды, рассматривая организацию полигенных признаков по модульному принципу. Модуль состоит из трех взаимосвязанных признаков: результирующего и двух компонентных. В свою очередь модули подразделяются по значимости на более высокие и низкие ранги. В тоже время обоснована и предложена модель организации молекулярно-генетических систем в виде генных сетей (ГС), обеспечивающих формирование разнообразия фенотипических характеристик организмов (молекулярных, биохимических, структурных, морфологических и т.д.) на основе информации, закодированной в их геномах (Колчанов и др., 2000, Ананько, 2008). Если основываться на разработанной модели ГС  с позиций эколого-генетической  организации полигенных признаков растений, то последние будут представлять собой глобальную ГС соответствующих модулей ХЦП и подсетей  взаимосвязанных иерархически компонентных признаков. В зависимости от конкретной среды ГС полигенов компонентных признаков одновременно являются регуляторами ГС результирующего признака. Таким образом, ХЦП – это результат координировано экспрессирующейся группы полигенов, для которых условия среды являются триггерными факторами. Сравнение генетических составляющих ХЦП в различных условиях является их визуализированной эколого-генетической идентификацией.

    1. Оптимизация генетико-статистического метода анализа количественных признаков растений и их сравнительная идентификация

Регрессионно-кластерный анализ на основе диаллельных скрещиваний состоит из нескольких этапов:

  1. Определения параметра Wr+Vr Проводится согласно классического диаллельного анализа для каждого условия и признака, в котором проводятся испытания родительских форм  P1-Pn и гибридов F1.
  2. Стандартизации показателей параметра Wr+Vr, определенных у признаков, имеющих различные единицы измерений.
  3. Кластеризации всего полученного и нормализованного массива данныхWr+Vr, по всем условиям.
  4. Определения качества кластеризации всего массива полученных данных по ее оптимальности. Оптимальность кластеризации определяется при сопоставлении  результатов кластеризации с данными, полученными методами главных компонент, многомерного шкалирования и др.
  5. Идентификации доминантных аллелей, проводимой кластеризацией при перемене местами объекта (кластер - признак-среда) и признака (Wr+Vr) – эффекты доминантных аллелей.
  6.  Последующей визуализации идентифицированных доминантных аллелей в виде расшифрованных схем с одинаковым обозначением, находящихся в одном кластере. Допускается, что внутри кластера выраженность признаков идентична и обуславливается идентичными аллелями.
  7. Подсчета количества наблюдений (Cases) в кластере  по формуле:

C = nn1 • n2,

где n — число признаков, объединенных в общий кластер, n1 — число условий, в которых выращивались растения, n2 — число исследуемых родительских генотипов

  1. Определения процента идентичности выраженности признака в зависимости от принадлежности к кластеру. Подсчитывается по проценту совпадения обозначенных соответствующих признаков в общем кластере при наложении схем сравниваемых генотипов.
  2. Определения плейотропного эффекта гена по фенотипическому эффекту в благоприятных условиях при анализе состава доминантных аллелей сравниваемых генотипов.
  3. Визуализации состава доминантных аллелей и изучения типов их взаимосвязей. Проводится согласно имеющимся программам визуализации: например пакет для визуализации графов Graphviz. Он доступен в интернете на сайте http://www.graphviz.org/
  4. Прогноза гетерозиса по ХЦП для моделируемой среды по выявленным закономерностям для данных генотипов и выбора приоритетных признаков, по которым необходимо проводить отборы. Определяется по коэффициентам корреляции между доминантными аллелями, кодирующими различные ХЦП, сгруппированными в общем кластере и эффектом гетерозиса по конкретным ХЦП.

Параметр Wr+Vr для каждого исследуемого генотипа определяли согласно программному продукту разработки Приднестровского госуниверситета (автор Цикалюк Р.А.), позволяющему оперировать с полной и не полной диаллельной схемой (до10 родительских форм). Многомерные анализы и стандартизация данных выполнялись по программе Statistika, версии 6,0. Анализ методом нечеткой кластеризации выполнялся по модернизированной программе GA Fuzzy Clastering, предоставленной в бесплатное пользование разработчиками (Тараскина и др., 2004).

    1. Проявление и наследование комплекса ХЦП

Провели регрессионно-кластерный анализ 16 признаков для двух различных условий (Рис.2), так как по большинству из них отмечались как неаллельные взаимодействия, так и зависимость проявления от условий выращивания. Сопоставление результатов кластеризации итерационными и иерархическими  методами  выявило очень хорошее совпадение данных (100 %), свидетельствующее об относительной оптимальности разбивки на кластеры. Результаты кластеризации  свидетельствовали о группировке генотипов в 4-х кластерах (Рис. 2,А), и выявили определенную универсальность некоторых из них (Л48 и Прометей) для обоих условий выращивания, возможно, за счет механизмов стабильной выраженности комплекса ХЦП. Признаки по результатам кластеризации сгруппировались  в 9-ти кластерах (Рис. 2, Б). Полученные результаты обосновывают и уточняют  стратегию селекции на продуктивность, которую можно вести в направлении увеличения не только количества плодов,  или массы плодов, но и обоих признаков, поскольку они ассоциируются с разными кластерами.

Представляет интерес  и вскрытая сопряженность поражаемости увяданием и толщины стенки, в конечном итоге также модулирующих проявление продуктивности для уточнения механизмов функционирования полигенов, контролирующих этот признак. 

 

 

 

Рис.2. Дендрограммы, характеризующие идентичность изученных генотипов в различных условиях выращивания (А) и 16 хозяйственно- ценных признаков (Б), построенных на основе нормализованных значений Wr+Vr   критерий объединения –  полная связь; функция расстояния -1- коэффициент парной корреляции Пирсона).

А: 1 и 2 — сорт Добрыня Никитич, 3 и 4 — сорт Колобок, 5 и 6- линия Л 49,  7 и 8     — сорт Прометей, 9 и 10 — линия Л 48 для каждого генотипа соответственно защищенный и открытый грунт).

Б: 1-16 — соответственно продолжительность I фенофазы, продолжительность II фенофазы, продолжительность III фенофазы, высота куста, длина, диаметр, индекс плода, число камер в плоде, толщина стенки плода, средняя масса плода, товарная масса плода, число плодов с растения, общий урожай с растения, товарный урожай с растения, увядание в условиях монокультуры, гниль плодов.

2.1. Состав и характеристика кластеров ХЦП овощного перца

Дальнейшая кластеризация при перемене местами объекта (кластер - признак-среда) и признака (Wr+Vr) – эффекты доминантных аллелей идентифицировала генотипы по доминантным аллелям, результаты которой схематично представлены на Рис.3. Сравнение состава доминантных аллелей, контролирующих ХЦП, образующих 9 кластеров, в 2-х условиях выращивания отвечает их эколого - генетической идентификации.  Полученная кластерная группировка, показав стабильность выраженности ряда признаков у некоторых генотипов в меняющихся условиях, определила потенциальных доноров стабильного проявления комплекса ХЦП. Кластеризация дифференцировала изучаемые генотипы по комплексу доминантных аллелей, контролирующих ХЦП, на высоко (1,3; 3,5; 1,4 здесь и далее  в скобках указаны сравниваемые генотипы), средне (1,2; 2,3; 2,4; 2,5; 3,4) и мало идентичные (4,5; 1,5). Кроме того, проведенный анализ определил плейотропный эффект  у ряда полигенов в кластерах: длина плода – индекс плода; товарный урожай – общий урожай с растения; средняя - товарная масса плода; длина 2-ой и 3-ей фенофаз; вертициллезное увядание – толщина стенки плода; количество камер в плоде - длина 1-ой фенофазы. Плейотропный эффект полигенов проявлялся дифференцированно в зависимости от генетического фона и условий выращивания. Выполненная эколого-генетическая идентификация важнейших аллелей ХЦП способствовала установлению структуры как внутрикластерных взаимосвязей, так и между идентичностью аллелей и эффектом гетерозиса.

                                                                         о/з       о/з       о/з      о/з       о/з

о

з

о

з

о

з

о

з

о

з

   Длина плода            

Индекс плода

Общий урожай

Товарный урожай

Количество плодов

Диаметр плода

Высота куста

Гниль плодов

Средняя масса плода

Товарная масса плода

Длина 2 фенофазы

Длина 3 фенофазы

Увядание

Толщина стенки

Количество камер в плоде

Длина 1 фенофазы

1          2         3          4         5

Рис.3. Визуализация состава доминантных аллелей 16 признаков, сгруппированных в девяти кластерах, у пяти генотипов. Примечание: о – открытый грунт, з – защищенный грунт, 1-5 обозначения генотипов согласно рисунку 2. Одинаковая штриховка обозначает идентичные доли доминантных аллелей у сравниваемых генотипов.

    1. Структура взаимосвязей важнейших ХЦП

Гетерозис у используемых генотипов проявился в отношении признаков: товарный урожай, количество плодов на растении, высота растения и масса плода. Визуализированная структура взаимосвязей между  величиной и знаками корреляций в кластерах ХЦП у доминантных аллелей и эффектом гетерозиса для обоих условий выращивания представлена на рис.4. Визуализация помогает выявить значимость доминантных аллелей в кластерах ХЦП для проявления гетерозиса и уточняет формирование 8-ми ХЦП: высоту куста, количество плодов с растения, товарного урожая, массы плода, длины, диаметра, индекса плода и толщины стенки плода. В тоже время обнаружено закономерное

варьирование структуры отмеченных взаимосвязей в меняющихся условиях среды (Табл.9). Так, выраженность признака «товарный урожай» в открытом грунте определялась аллелями из следующих кластеров с показателями взаимосвязей: >(0,68)длина – индекс плода > (-0,25) урожай товарный – общий – количество плодов на растении > (-0,1) диаметр плода > (-0,26) высота куста > (0,34) гниль плода > (-0,74) средняя и товарная масса плода > (-0,49) длина 2-ой и 3-ей фенофаз > (-0,28) толщина стенки плода – увядание вертициллезное >(-0,21) камерность – длина 1-ой фенофазы средняя – товарная масса плода (-0,74). В условиях пленочной теплицы эта цепочка опосредованно переопределилась с соответствующими измененными показателями взаимодействий в кластерах: > (0,28) длина – индекс плода > (0,05) урожай товарный– общий – количество плодов на растении >(-0,17) диаметр плода >(0,18) высота куста >(0,23) гниль плода >(0,34) средняя и товарная масса плода> (-0,09) длина 2-ой и 3- ей фенофаз > (-0,45) толщина стенки плода – увядание вертициллезное >(-0,47) камерность – длина 1-ой фенофазы.

Рис.4. Визуализация взаимодействий важнейших аллелей ХЦП и эффектов гетерозиса у сладкого перца в условиях открытого  и защищенного грунта.

Примечание: сплошная линия – положительные, пунктирная - отрицательные связи;  показатели идентичности долей доминантных аллелей в кластерах в условиях теплицы (Var1-Var9) и открытого грунта (Var181-Var189):Var1, Var 181- длина-индекс плода, Var2, Var182 – общий-товарный урожай-количество плодов с растения, Var3, Var183 – диаметр плода, Var4, Var184 – высота куста, Var5, Var185 – гниль плодов, Var6, Var186 – средняя-товарная масса плода, Var7, Var187 - длина 2 и 3 фенофаз, Var8, Var188 – толщина стенки плода-вертициллезное увядание, Var9, Var189 – длина 1 фенофазы-количество камер в плоде; эффект гетерозиса в условиях теплицы (Var 10, NewVar1-NewVar6, NewVar) и открытого грунта (Var1810 – Var1817) по признакам: Var10, Var1810 – длина плода, NewVar1, Var1811 – диаметр плода, NewVar2, Var1812 – индекс плода, Var 3, Var1813 – толщина стенки плода, NewVar4, Var1814 – товарный урожай, NewVar5, Var1815 – количество плодов с растения, NewVar6, Var1816 – масса плода, NewVar, Var1817 – высота куста.

Т.е. выраженность признака «товарный урожай» в условиях пленочной теплицы определялась четырьмя отрицательными межаллельными и межкластерными коэффициентами корреляции и пятью положительными, а в

открытом грунте количество корреляций с отрицательным знаком увеличилось на три единицы, но одновременно уменьшилось на такую же величину количество положительных взаимосвязей в этих же условиях.  Значит, между изменчивостью знаков корреляций в кластере  при формировании признака в зависимости от среды наблюдается функциональная зависимость (Табл.9). В

Таблица 9

Структура изменчивости корреляционных связей в кластерах ХЦП в зависимости от условий выращивания

 

Признак

Изменчивость знаков и показателей коэффициентов корреляции r в 9 кластерах ХЦП

 

Количество пере – определенных r в кластерах

Суммарный показатель r в среде с учетом знака корреляции

Открытый грунт (I)

Пленочные укрытия (II)

П

В

П

В

I

II

 

 

 

 

Высота    куста

1

8

6

3

5

2.15

-0.22

Кол-во плодов на растении

4

5

5

4

1

0.41

-0.28

Товарный урожай

7

2

4

5

3

-1,31

-0,1

Масса плода

8

1

4

5

4

-1,54

0,44

Длина плода

3

6

3

6

0

-0,71

0,75

Диаметр плода

7

2

5

4

2

0,42

-2,26

Индекс плода

4

5

5

4

1

0,28

-0,6

Толщина стенки плода

7

2

4

5

3

-1,52

0,37

?

41

31

36

36

19

-1,82

-1,9

Примечание: П – количество переполюсовок, изменений знака r на противоположный; В – количество r c варьирование величины в пределах 0? r ?1

.  

а) методом кластеризации                              б) многомерным шкалированием в 2-х плоскостях

Рис.5. Моделирование двумя методами (а, б) взаимосвязи эффекта гетерозиса по товарному урожаю и степени идентичности доминантных аллелей ХЦП для универсального гибрида перца, предназначенного для выращивания, как в условиях пленочной теплицы, так и открытого грунта. Примечание: Var1- эффект гетерозиса,Var2-Var10 кластера соответственно длина-индекс плода, общий – товарный урожай – количество плодов, диаметр плода, высота куста, гниль плодов, средняя – товарная масса плода, продолжительность  2-ой и 3-ей фенофаз, толщина стенки плода – увядание, продолжительность 1-ой фенофазы – камерность  плодов.

свою очередь, наличие функциональных межкластерных и межаллельных связей указывает на присутствие группы координировано экспрессирующихся генов с общей функцией – формированием признака, т.е. свидетельствует о структуре организации полигенов ХЦП  в виде генной сети (ГС) и соответствует ее определению (Колчанов и др., 2000; Ананько, 2008). Выявленные межкластерные и межаллельные связи в свою очередь представляют собой общую упрощенную схему регуляторных контуров ГС продуктивности без детальной молекулярной расшифровки, где положительные связи знаменуют переход к новой функции в новых условиях, а отрицательные - выступают регуляторными стабилизаторами. Об этом свидетельствуют суммарные коэффициенты межкластерных и межаллельных корреляций для условий теплицы и открытого грунта, которые определились как отрицательные и почти одинаковые по абсолютной величине, что подтверждает стабильность ГС продуктивности и соответствует определению отрицательной связи ГС как регуляторной.  Информация о лимитирующих факторах среды, нормы реакции признаков, состава ГС, определяющей признак, и эффекта переопределения доминантных аллелей ХЦП позволяет моделировать конечную функцию – формирование признака в моделируемом пространстве (Рис.5). Так, если поставлена задача получить универсальный гибрид для обоих условий,  проявляющий эффект гетерозиса по товарному урожаю при развитии болезней плодов, первоочередным объектом отбора должна быть степень идентичности доминантных аллелей в кластерах длина – индекс плода, продолжительность второй и третьей фенофаз и гниль плодов (Рис.5). Но поскольку у переменных функциональная связь между знаками корреляций, то следует  учесть и групповое воздействие остальных переменных на проявляемый эффект гетерозиса. Полученные результаты дополняют имеющиеся представления о возможном регулировании полигенного функционирования, причем явление гетерозиса выступает с этих позиций только частным случаем общей  работы ГС

  1. Особенности методологии исследований генофонда C.annuum var.annuum по признаку переключения фаз репродукции с помощью культуры тканей

Известно, что у многих растений (пионовых, цитрусовых, луковых, злаковых и др.) для преодоления негативного влияния окружающей среды и генетических факторов, препятствующих опылению, выработалась репродуктивная стратегия взаимной замены: когда условия для полового воспроизводства неблагоприятны, семенное размножение заменяется на вегетативное.

Особенностью вегетативного размножения является гомофазность, что проявляется в способе возникновения спорофита (спорофит из спорофита) в противоположность семенному, гетерофазному, характеризующемуся развитием спорофита из гаметофита. Получение регенерантов у цветковых растений invitro демонстрирует процесс, имеющий место и в природной популяции: переключение гетерофазной репродукции с бипарентальным наследованием на гомофазную с унипарентальным типом наследования, т.е. кардинальная смена путей морфогенеза или их перепрограммирование. Однако механизмы такого перепрограммирования до конца не выявлены, а надежда на удачный поиск одного ключевого гена –переключателя не увенчалась успехом (Hosp et al., 2007).  В связи с этим перепрограммирование рассматривается как полигенный признак, а методы исследования, применяемые в данном случае, не отличались от методов исследования других ХЦП.

3.1. Переключение фаз репродукции и особенности регенерации растений перца в культуре in vitro

Проведенные исследования подтвердили литературные данные о прямом способе переключения фаз репродукции у клеток незрелой пыльцы в культуре пыльников овощного перца. Через две недели после высадки на индукционную питательную среду пыльники набухали, бурели и раскрывались, а при пересадке на регенерационную среду еще через две недели у отзывчивых генотипов формировались эмбриоиды (Рис.6).

                                       

Рис.6. Прямое образование эмбриоидов (глобулярная и торпедовидная фазы) и регенерантов у сорта Добрыня Никитич в культуре пыльников (МБС, увеличение 24).

Полный цикл развития полноценных растеньиц: первоначальная посадка пыльников на индукционную среду, формирование эмбриоидов и последующее вызревание на ростовых средах -    составлял два с половиной – три месяца. Для гарантированного положительного результата (один регенерант) необходимо брать в работу не менее 100 бутонов или 500 - 600 пыльников. Полученные растения-регенеранты лучше всего приживались в горшечной культуре в фазе четырех – пяти  настоящих листьев. Они отличались фенотипически размерами и  интенсивностью окраски листьев, в дальнейшем цвели и некоторые образовывали плоды. Но основная масса оказывалась стерильной, и ее необходимо было колхицинировать для получения семян. При использовании неоплодотворенных семяпочек в качестве эксплантов переключение фаз репродукции останавливалось на глобулярной фазе, при пересадках на регенерационные среды у эксплантов начиналось интенсивное каллусообразование.

Прямое образование соматических эмбриоидов отмечалось и на незрелых зиготических зародышах у некоторых представителей сортотипа Grossum, но без регенерации. У отзывчивых генотипов интенсивно образовывались только кластерные биполярные структуры и отмечался ризогенез.

В целом при очень большом объеме работы выход нужных форм, полученных в культуре пыльников, оказался сравнительно низким. Поэтому следующим обязательным этапом исследований стало уточнение отзывчивости генотипов и факторов, воздействующих на проявление  признака.

    1. Генетические и эпигенетические факторы, обуславливающие переключение фаз репродукции

 Скрининг популяцииC.annuumvar. annuum в культуре пыльников по признаку формирования соматических эмбриоидов и их последующей регенерации выявил наибольщую отзывчивость сортотипа Grossuum(Табл.10).

Таблица 10

Варьирование признаков «образование эмбриоидов» и «регенерация растений из эмбриоидов» у сортотипов C.annuum var. annuum в культуре пыльников in vitro, 2005 – 2006 гг.

Сортотип

Количество исследованных образцов

 

 

Образование эмбриоидов, %

Регенерация растений, %

 

x1±m

 

G

 

V

 

x2±m

 

G

 

V

 

 

 

 

Grossum

38

18,9±5,5

17,5

93

4,25±1,84

5,818

136

Fascicu -latum

5

21,8±5,07

10,1

47

1,25±1,25

2,5

200

   

 

При этом способность к переключению фаз репродукции оказалась генотип зависимой, о чем свидетельствует широкий диапазон изменчивости популяционных показателейC.annuumvar. annuum у изучаемых признаков. Из популяций сортотипов Fasciculatumи Grossum выделены генотипы со средней и высокой отзывчивостью к образованию эмбриоидов и способные к регенерации на ростовых средах из микроспор: Добрыня Никитич, Л-48, Л-49, Л-147. Наиболее отзывчивым генотипом со схемой генезиса эмбриоидов спорофит > спорофит оказался представительGrossum - сорт Толстый барон.

Эпигенетические факторы контроля развития экспланта или доступность генетической информации и реализация ее в онтогенезе оказались сопряженными с критической фазой развития экспланта - одноклеточной или ранней двухклеточной стадией развития, что соответствовало соотношению размеров чашечки к венчику как 1:1. А для гомофазной репродукции со схемой генезиса спорофит > спорофит критической оказалась торпедовидная фаза развития зиготического зародыша. Формирование эмбриоидов на незрелых зародышах зиготического происхождения и в культуре пыльников модулировались также сигналом к переключению (стрессовая обработка или гормональная индукция) и подходящим физиологическим состоянием донора экспланта.

    1. Наследование признака переключения фаз репродукции в культуре in vitro

Анализ родительских форм и потомства показал, что изучаемый признак наследуется, но с выраженными генными взаимодействиями как по схеме генезиса спорофит > спорофит, так и гаметофит > спорофит.

Регрессионно-кластерный анализ определил группировку родительских генотипов по признаку «формирование эмбриоидов на незрелых зиготических зародышах» из пяти кластеров, установив идентичность генов-переключателей у Прометея и Л49 (торпедовидная фаза); у Добрыни Никитича и Колобка (торпедовидная фаза и фаза прогулочной трости); у Л49 (фаза прогулочной трости) и Л48 (торпедовидная фаза).

 

Рис. 7. Дендрограмма идентичности гаметофита и спорофита по генам переключателям, нормализованные значения Wr+Vr

Примечание: Var1 – образование эмбриоидов в культуре пыльников,

Var2 -у зиготического зародыша в фазе торпедовидной,Var3 – в фазе прогулочной трости.                                                                                         

Регрессионно-кластерный анализ этих же генотипов и C. frutescens со схемой генезиса эмбриоидов гаметофит>спорофит в культуре пыльников, выявил группировку генотипов по признаку «формирование эмбриоидов в культуре пыльников» из четырех кластеров. Анализ продемонстрировал идентичность генов-переключателей у сорта Прометей и Cfrutescens, у сорта Добрыня Никитич и линии Л49. Сопоставление динамики выраженности признака переключения фаз репродукции in vitro в культуре пыльников и культуре незрелых зиготических зародышей показало идентичность генов-переключателей у гаметофита и спорофита в критических фазах (Рис.7). На более поздней фазе развития спорофита отмечалось переопределение переключателей, т.е. их функционирование – это динамичный процесс, разделенный во времени. Идентичные гены-переключатели фаз репродукции, как у спорофита, так и у гаметофита отмечены у сорта Прометей и линии Л49; у сортов Добрыня Никитич и Колобок. Переключение фаз репродукции in vitro у гаметофита и спорофита в зависимости от  генотипа контролировались в динамике четырьмя парами переключателей (Рис.8).

1

 

1

 

1

 

1

 

1

2

2

2

2

2

3

 

3

 

3

 

3

3

    

                                    Прометей       Л48       Колобок        49        Добрыня Никитич

Рис.8. Паттерн переключения фаз репродукции в динамике in vitro у овощного перца. Примечание: 1 – микроспоры в  культуре пыльников, 2 – спорофит, незрелый зиготический зародыш (торпедовидная фаза), 3 – спорофит, незрелый зиготический зародыш (прогулочная трость)

Рис. 9. Реконструкция взаимосвязей признаков переключения фаз репродукции у овощного перца в онтогенезе. Примечание: образования эмбриоидов Var1- у микрогаметофита в культуре пыльников, Var 2- у зиготического зародыша в фазе торпедовидной и Var 3– в фазе прогулочной трости. Гетерозис по признаку образования эмбриоидов: Var 4 –в культуре пыльников, Var 5 – у зиготического зародыша в фазе торпедовидной.

Сопоставив идентичность доминантных аллелей и эффект гетерозиса по признаку переключения фаз репродукции, реконструировали регуляторные контуры взаимосвязи между изучаемыми признаками и их доминантными аллелями (Рис.9). Анализ графа свидетельствуют о том, что признак «Переключение фаз репродукции» у перца определяется двумя генными цепочками. Первая состоит из идентичных генов-переключателей незрелых микроспор и зиготического зародыша, определяющих эффект гетерозиса по признаку образования эмбриоидов у микроспор. Вторая цепочка представлена этими же генами и эффектом гетерозиса по признаку образования соматических эмбриоидов у торпедовидного зиготического зародыша. Поскольку параметры корреляций между двумя цепочками отрицательные, следовательно, это автономные, но относительно конкурирующие процессы, разделенные во времени.   Уточненная схема выраженности признака переключения фаз репродукции и найденные отзывчивые генотипы увеличивают  вероятность получения стабильных линий с комплексом ХЦП.

  1. Результаты реализации генетической программы по созданию генофонда Capsicum с комплексом ХЦП

Выделенные источники и доноры признаков с комплексом ХЦП были использованы для создания новых перспективных линий, включенных в конкурсное сортоиспытание.

Таблица 11.

Характеристика сортов и гибридов,  созданных в результате генетического мониторинга генофонда Capsicum и внесенных в Государственный реестр Российской Федерации за период 1984 – 2009 гг.

 

 

Название сорта, гибрида F1

Длина фенофазы (дни) от всходов до,

спелости

 

 

Масса плода

г

 

Форма и цвет плода в технической/био-логической спелости

 

Уро-

жай-

ность

кг/м2

 

Ус-той-

чи-вость к болезням

Химический состав в

биологической фазе

спелости

Год вне-сения в Ре-естр

Су-хие ве-щества,%

Общий са-хар,%

Витамин С, мг/ 100 г с.в.

Бета-каротин

мг/ 100 г с.в*.

 

Тех-нической

Би-ологичес-кой

Ультрараннеспелые букетные сорта

Ермак

 

95-110

 

114-128

 

60-120

Призмов. –конусов.

Светло зел/темно красный

 

3-3,5

 

Ve

 

5-6

 

3,0-3,8

 

99-175

 

16,4

 

1999

Добрыня Никитич

 

95-110

113-128

 

80-120

Призмов. –конусов.

Желто- зел/крас-ный

3,5-3,7

 

Ve

 

5-6

 

2,9-3,9

 

125-163

 

6,7

 

2000

Среднерослые раннеспелые сорта

Тополин

110-120

130-140

100-150

Кон.-призм/светлозел./

красный

 

4-10

Мозаи-ка (Cmv)

 

6-7

2,9-3,4

164-190

14,9

 

1984

Прометей

118-125

138-140

100-140

Кон.-призм /светлозел./красный

4,9-10

Мозаика, Ve

6-8

3,4-4,6

156-190

32,7

 

2000

Катюша

100-105

125-135

70-120

Конус-.ый /светлозел./оранж.-желтый

5-9

Ve

7-8

3,5-4,1

190-240

29,3

 

2003

Раннеспелые гибриды на стерильной основе

Юбилей-ный Семко

98-105

125-135

90-110

Кон.-призм/светлозел./

красный

6-12

Мозаика, Ve

6-7

3,2-3,8

128-180

23,6

1997

Раннеспелые гибриды на стерильной основе с улучшенным биохимическим составом

Витамин

105-110

135-140

60-95

Конус-.ый /светлозел./оранж.-красный

6 -12,5

Мозаика, Ve

7-9

2,5-3,2

250-280

90,2

2006

Примечание: * - в пересчете на сухое вещество

По его результатам сорта-кандидаты были переданы в Государственное сортоиспытание, большинство из которых успешно его прошли и были районированы или допущены к использованию (Табл.11).

 4.1. Раннеспелые сорта с комплексной устойчивостью к заболеваниям и улучшенным биохимическим составом

Новые сорта из группы ультрараннеспелых букетных Добрыня Никитич и Ермак превосходят стандарт по общему урожаю, крупности плодов, толщине перикарпия, слабой поражаемости вершинной гнилью. Сорт Ермак рекомендован к использованию с 1999 года по шести областям Центрально-Черноземного  и шести областям  Дальневосточного регионов Российской Федерации, а сорт Добрыня Никитич - для выращивания в частном секторе во всех зонах возделывания культуры РФ.

В группе среднерослых раннеспелых сортов хорошо зарекомендовали себя Тополин, Прометей, Катюша. Сорт Тополин с 1989 г. был районирован в Азербайджанской ССР и пяти областях Казахской ССР, а также в Российской Федерации и остается востребованным производством в течении 20 лет за раннеспелость, выносливость к болезням, высокую товарность. Он рекомендован к выращиванию в открытом грунте в Северо-Кавказском и Дальневосточном регионах, охватывающих 16 краев, областей и республик России. Хорошие результаты показал и новый сорт Катюша. Сохраняя лучшие признаки стандарта: толерантность к болезням, раннеспелость, продуктивность, высокие показатели по качеству плодов, - в дополнение продемонстрировал преимущества по содержанию витамина С в плодах. В новом желтоокрашенном сорте по содержанию ?- каротина удалось не только достичь уровня обычных красноплодных сортов, но и превысить его на 30%. Сорт Катюша выращивается с 2003 года в 10 краях и республиках Северо-Кавказкого региона и 7 областях, краях и республиках Восточно-Сибирского региона.

Сорт Прометей превышает стандарт по раннему урожаю за счет более короткой первой вегетационной фазы, в 2-4 раза по содержанию ?-каротина, а также и по устойчивости к мозаике. Сорт успешно прошел государственное испытание по Российской Федерации и находится в Реестре сортов и гибридов.

    1. Раннеспелые гибриды на стерильной основе с улучшенным биохимическим составом, толерантные к заболеваниям

Стерильные материнские линии с ГМС создавали рекуррентной селекцией, чередуя индивидуальные отборы с многократным беккроссированием (Рис.10). Для этого  пирамидировали лучшие селекционные линии с комплексом ХЦП генами устойчивости к вертициллезному увяданию с одновременным проведением отбора по устойчивости к болезням на провокационном фоне и генами стерильности ms-3 и ms-8 в зимне-весеннем обороте в стеклянных и в пленочных необогреваемых теплицах. В результате проведенной работы были

Р1 Ms-3 ms-3

+ ms-3 ms-3

>Р2Тополин

Ms-3 Ms-3

1.

х

Ms-3 ms-3

Ms-3 Ms-3

+ ms-3 ms-3

> Тополин 

Ms-3Ms-3

 


                                                        

х

2.                               

Ms-3 ms-3

                              F1                                               самоопыление

3.     F2                                                             

                                                                       

 

Ms-3 ms-3

4.                           BC1  F1                                                самоопыление

> Тополин    

Ms-3 Ms-3

Ms-3 ms-3

Ms-3 Ms-3

+ ms-3 ms-3

5.  BC1  F2                                      

                                                  

х

 

Ms-3 ms-3

6.                      BC2  F1                                          самоопыление

Ms-3 ms-3

Ms-3 Ms-3

+ ms-3 ms-3

Ms-3 ms-3

7. BC2  F2    

                                              

х

                  > BC2  F1

Ms-3 ms-3

8. BC2  F3    

Ms-3 Ms-3

+ ms-3 ms-3

х


> BC2  F3             опыление

фертильным аналогом и размножение

Рис.10. Схема рекуррентной селекции стерильной материнской линии 5/92

получены стерильные материнские линии с традиционной формой и окраской плодов, толерантностью к вертициллезному увяданию. Предварительное изучение комбинационной способности в топкроссе выявило преимущество по показателям СКС линии 5/92. Ее фертильный аналог при использовании в качестве отцовской формы характеризовался и высокой ОКС.  Данная линия в отличие от других потенциально проявляет гетерозис за счет доминантных и плейотропных эффектов полигенов раннеспелости и крупности плодов.  Многолетнее изучение гибридов на стерильной основе выявило преимущество гибридной комбинации Л5/92 х Т-119/8 по комплексу ХЦП. Плоды гибрида имеют привлекательный вид и высоко оцениваются потребителем за конкурентоспособность на рынке. Гибрид относительно хорошо сохраняет завязь в неблагоприятных условиях. Данный гибрид F1 под названием Юбилейный Семко (Табл.11) с 1997 г. включен в Реестр сортов по России и Белоруссии, и особенно  хорошо себя зарекомендовал по Ростовской и Астраханской областям, Краснодарскому краю и  в республиках Закавказья. Гибрид ценится за раннеспелость, высокую урожайность при упрощенной технологии выращивания, выносливость к болезням, отличные вкусовые качества, привлекательный внешний вид.

В связи с потребностями рынка к качеству продукции, ориентированной на функциональный продукт, были созданы  новые высококаротиновые родительские линии на стерильной основе методом рекуррентной селекции на основе линии 5/92. Материнская форма с геном стерильности и высокого каротина представляет собой популяцию по двум рецессивным генам, которая поддерживается в гетерозиготном состоянии с наиболее выраженным комплексом необходимых ХЦП. В качестве отцовских линий были использованы формы из высококаротинового  питомника, дополняющие материнские, с комплексом ХЦП. Проведенный анализ ОКС и СКС использованных ms-линий и линий-опылителей показал, что высокий урожай коррелирует в основном с высокими показателями СКС, что совпадает с ранее полученными данными по гибриду Юбилейный Семко, а высокое содержание ?-каротина – как с ОКС, так и с СКС.

Используя новые линии с генами ms и bc методом топкросса, был получен ряд гибридов F1. Лучшим из них по комплексу признаков оказался гибрид Витамин  F1 Л61/1 х Л29, который по содержанию ?-каротина в 2,5 – 3 раза превосходит стандарт (Табл.11). Гибрид включен в Госреестр России по Северокавказскому региону с 2007 года для выращивания в открытом грунте и под пленочными укрытиями.

    1. Особенности семеноводства гибридов и материнских форм на стерильной основе и стабилизация проявления признака семенной продуктивности при неблагоприятных условиях

Привлечение стерильной линии при производстве гибридного перца значительно повышает рентабельность семеноводства культуры (Табл. 12). Проведенные исследования со стерильной линией 5/92 уточнили эффективность ее семеноводства в зависимости от способа опыления при произвольном размещении её фертильных аналогов. Если не планируется использовать ручной труд для опыления, можно организовать семеноводство с пчелоопылением. При этом выход семян материнской линии, используя только пчел по сравнению с ручным контрольным опылением в 5,5 раза ниже, а в комбинации «однократное ручное опыление + пчелоопыление» в 2,9 раза ниже контрольного и  составляет чуть менее 1,5 кг с 500м2. Данного количества семян материнской линии хватает на два года посева для получения в год по 1ц гибридных семян. Рентабельность производства семян материнской линии кроме того увеличивается на 10% при облучении пыльцы низкоинтенсивным излучением с длиной волны ? = 630 нм. В случае производства семян гибрида при отработанной схеме посадки материнской и отцовской форм 3:1 опыление пчелами дает очень низкий выход гибридных семян и составляет всего 11% от контрольного варианта. При сочетании же ручного опыления с пчелоопылением получается только половина возможного количества гибридных семян в сравнении с контролем. Таким образом, использование пчел

Таблица 12

Экономическая эффективность семеноводства гибрида F1

Юбилейный Семко в зависимости от используемой материнской формы, (необогреваемая пленочная теплица), 2000г.

Показатели

Гибрид F1 Юбилейный Семко,

полученный на основе линий

фертильной - St

стерильной

Количество опыленных бутонов за рабочий день, среднее, шт.

400

1250

Завязываемость, %

47

80

Количество получаемых семян г/м2, среднее

12

21

Площадь участка гибридизации, м2

500 

500

Получено семян, кг

6,0

10,5

Всего затрат У.Е./500м2

1350

1450

Себестоимость  1кг семян У.Е.

225

138

Выручка от реализации семян, У.Е.

2100

3675

Чистая прибыль в У.Е.

750

2225

Рентабельность, %

35,7

60,5

  

1 У.Е= 1$   (США).                                                                            

в качестве опылителей целесообразно только в случае семеноводства материнской линии, а при гибридном производстве является неоправданным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе генетического мониторинга Capsicum проведена селекционно-генетическая характеристика генофонда перца, выделены источники и доноры ХЦП и разработаны методы для ускорения селекционного процесса.  Их эффективность, доступность и надежность  апробированы при создании новых сортов и гибридов,  что позволяет рекомендовать их для использования в селекционной практике при создании нового исходного материала с заданными параметрами.

В Ы В О Д Ы

  1. Результаты проведенных исследований показали эффективность генетического мониторинга генофонда Capsicum, выявляющего идентифицированные источники и доноры ХЦП: болезнеустойчивости, раннеспелости, высокого содержания ? – каротина и витамина С, способности к переключению фаз репродукции в условиях in vitro, а также комплекса признаков, обусловливающих повышенную продуктивность.
  2. Генетический мониторинг генофонда Capsicum показал организацию полигенов и блоков генов ХЦП в виде генных сетей, функционирующих в соответствии с теорией эколого-генетического контроля количественных признаков, причем смена условий выращивания адекватно переопределяет структуру связей ХЦП, как за счет координированного изменения эффектов аллелей, так и путем переполюсовки взаимосвязей.
  3. Предложена методика регрессионно-кластерного изучения количественных признаков растений, включая материнский эффект и эпистатические генные взаимодействия.
  4. Разработан подход для сравнительной эколого-генетической идентификации генотипов согласно их норме реакции с визуализацией структуры взаимосвязей важнейших ХЦП.
  5. Информация о лимитирующих факторах среды, норме реакции признаков, составе ГС, определяющей признак, и эффекта переопределения доминантных аллелей ХЦП позволяет моделировать конечную функцию – формирование признака в моделируемом пространстве.
  6.  Представлен подход по стабилизации выраженности ХЦП электромагнитным излучением с длиной волны 630нм и энергией 6,85 Дж в условиях воздействия биотических и абиотических стрессоров, облучая микрогаметофит и спорофит чувствительных генотипов.
  7. Уточнена система методов оценки проявления, варьирования и наследования, важнейших ХЦП по микрогаметофиту и по спорофиту в динамике, обеспечивающая их достоверную идентификацию.
  8. Создано в соавторстве методом рекуррентной селекции пять раннеспелых сортов, а также два гибрида на стерильной основе для выращивания в пленочных теплицах и открытом грунте в результате практического осуществления генетической программы по созданию и использованию доноров с комплексом ХЦП. Сорта и гибриды включены в Государственный реестр по Российской Федерации и Республике Беларусь с допуском к использованию. По ряду из них получены патенты.
  9. Отработана технология выращивания  гибридных семян новых гибридов, позволяющая в производственных условиях получать 10 - 35 г/м2  урожая семян в зависимости от возможностей хозяйства.

Р Е К О М Е Н Д А Ц И И

по совершенствованию селекции перца и внедрению новых сортов и гибридов

    • Применять в селекционной практике регрессионно - кластерный анализ для оценки и идентификации генотипов с комплексом ХЦП. Использовать визуализированные результаты идентификации генотипов для целенаправленного подбора пар для скрещивания и моделирования конечной функции – формирования признака в моделируемом пространстве.
    •  Для создания раннеспелых сортов овощного перца с комплексом ХЦП использовать в качестве доноров генотипы с укороченными фенофазами: Л-3/98, Л-5/98,  Винни-Пух, Венти, Тополин и другие, толерантные к болезням с высокой продуктивностью и хорошим качеством плодов.
    • Для создания разнообразных по цвету и форме перикарпия раннеспелых материнских форм на стерильной основе с генами ядерной мужской стерильности,  использовать метод рекуррентной селекции.
    • Для получения 3-х, 4-х поколений в год и экспресс оценки раннеспелости использовать эмбриокультуру в комбинации с выращиванием полученных растений в защищенном грунте.
    • Для повышения рентабельности семеноводства раннеспелой материнской формы в стрессовых условиях (высокая температура) применять облучение пыльцы перед опылением красным светом с длиной волны ?=630-660 nm и энергией 6,85 Дж.  
    • Создание сортов и гибридов с комплексной толерантностью к болезням проводить на провокационных фонах  по возбудителям увядания, мозаики и грибных гнилей. Использовать в качестве доноров раннеспелости и комплексной толерантности к болезням сорта Добрыня Никитич, Катюша, Тополин, Венти, Ермак, а в случае появления новых рас и штаммов возбудителей - резервный фонд источников устойчивости. Для ускорения скринирования генотипов на устойчивость к вертициллезному увяданию применять методику оценки исходного материала овощного перца по микрогаметофиту и ранним фазам спорофита в условиях in vitro.
    • Селекцию на качество и улучшение биохимического состава плодов перца вести с использованием доноров с комплексом ХЦП: Л-49, Л-29, Т-119/8, сорт Прометей и др. Учитывать в программе селекции на улучшенный биохимический состав и окраску перикарпия выявленные  взаимодействия генов bc и y,  дифференцированную жизнеспособность гамет с этими генами, наличие цис-транс-эффекта, обуславливающего нестабильное наследование окраски в потомстве рецессивных форм.
    • Для создания раннеспелых материнских линий с комплексом ХЦП насыщать лучшие линии генами мужской стерильности и высокого содержания ?-каротина. Для ускоренного получения линейного материала использовать культуру пыльников и доноры признака образования эмбриоидов: Добрыня Никитич, Л-49, Прометей, Колобок. Вести селекцию гибридов F1 на основе новых стерильных линий, учитывая их комбинационную способность.
    • Использовать для организации гибридного семеноводства перца уточненную технологию выращивания, обеспечивающую получение урожая семян 10—35 г с 1м2.

    РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

    1. Выращивать раннеспелые высокоурожайные сорта и гибриды: Ермак, Добрыня Никитич, Катюша, Тополин, Юбилейный Семко, обеспечивающие урожайность в зависимости от зон  и условий выращивания от 2 до 10 кг/м2.
    2. Выращивать сорт Прометей и гибрид Витамин предназначенные для функционального питания,  с повышенным содержанием антиоксидантов: ?-каротина и витамина С, благотворно влияющих на здоровье человека. 

    СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

    Монографии

    1. Балашова Н.Н., Король М.М., Тимина О.О., Рущук В.С. Генетические основы селекции овощных культур на устойчивость к ВТМ. – Кишинев: Штиинца,1983. - 114с.

    Депонированные рукописи.

    2. Тимина О.О. Использование культуры in vitro в селекции на иммунитет к болезням. Рук. Деп в Молд.НИТМ З.Р. 0627, 1988, -54 с. №1032-М, Р.Ж.Защита сельскохозяйственных растений от вредителей и болезней №4, 1989.

    Научные статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК

    1. Salyaev R.K., Dudareva L.V., Vigovsky Y.N., Malov A.N., Malov S.N., Bogdan L.V., Neupokoeva A.V., Feshchenko V.S., Timina O.O. Effect of electromagnetic field spatial structure on the efficiency of laser biostimulation// Laser Physics. 2003, vol.13, 4. P.827-838.
    2. Тимина О.О., Цикалюк Р.А., Орлов П.А. Наследование и экспрессия способности к индукции соматического эмбриоидогенеза in vitro в онтогенезе растений перца сладкого// Сельскохозяйственная биология. - 2005, №3. –С.61-71.
    3. Тимина О.О., Рябова А.С. Об идентификации ключевых аллелей хозяйственно-ценных признаков у овощного перца Capsicum annuum L. регрессионно-кластерным анализом// Сельскохозяйственная биология. - 2010, №1. –С.40-50.
    4. Тимина О.О., Рябова А.С. Закономерности проявления гетерозиса у овощного перца Capsicum annuum L. в зависимости от степени идентичности ключевых аллелей хозяйственно-ценных признаков. Сельскохозяйственная биология, 2011, №1. –С.66-75.
    5. Тимина О.О., Митин В.А.. Использование токсического метаболита Verticillim dahliae Kleb для оценки устойчивости овощного перца к вертициллезному увяданию. Вестник защиты растений, 2011, №2. –С.67-71.
    6. Тимина О.О., Тимин О.Ю., Федоров С.К. Норма реакции признака высокое содержание ?-каротина в генофонде Capsicum annuum var.annuum L. в связи с селекцией на качество. Сельскохозяйственная биология, 2011, №5. –С.69-75.
    7. Тимина О.О., Уралец Л.И., Рябова А.С. Использование эмбриокультуры в селекции Capsicum annuum var. annuum L. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2011, №9-10. – С. 36 – 44.
    8. Тимина О.О., Тимин О.Ю., Федоров С.К., Томлекова Н. Наследование окраски перикарпия и содержание ?-каротина у овощного перца. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, т. 15, № 3. – С.540-549.

    Авторские свидетельства на сорта и гибриды

    1.  Тимина О.О., Тимин О.Ю. Авторское свидетельство № 42540 на сорт сладкого перца “Витамин” / 2006
    2. Тимина О.О., Тимин О.Ю. Авторское свидетельство № 37487 на сорт сладкого перца “Катюша”/ 2003
    3. Тимина О.О., Тимин О.Ю., Войняк О.В. Авторское свидетельство № 32259 на сорт сладкого перца “Прометей”/ 2000
    4. Тимина О.О., Тимин О.Ю. 2000. Авторское свидетельство № 33271 на сорт сладкого перца “Добрыня Никитич”/ 2000
    5. Тимина О.О., Ильенко Т.С. 1999. Авторское свидетельство № 30022 на сорт сладкого перца “Ермак”/ 1999.
    6. Тимина О.О. Свидетельство селекционера № 0001282 на сорт перца сладкого «Юбилейный Семко» / 1998.
    7. Тимина О.О. 1997. Авторское свидетельство № 29969 на сорт сладкого перца “Юбилейный Семко» /1997.
    8. Тимина О.О., Ильенко Т.С., Кику В.Н. Авторское свидетельство № 5212 на сорт перца сладкого “Тополин”/1989г.

    Патенты на селекционные достижения

    1. Патент № 0040 от 18.12.97 на селекционное достижение Перец сладкий Юбилейный Семко. Автор: Тимина О.О. // Официальный бюллетень, 1997. № 10. С. 723.
    2. Патент № 0477 от 17.12.99 на селекционное достижение Перец сладкий Ермак. Авторы: Ильенко Т.С., Тимина О.О. //Официальный бюллетень, 1999. № 4. С. 280.
    3. Патент № 3060 от 24.03.2006 на селекционное достижение Перец Сладкий Витамин. Авторы: Тимин О.Ю., Тимина О.О. // Официальный бюллетень, 2006. № 5(115). С 353.

    Научные статьи

    1.  Тимина О.О. Поражаемость сортов перца мозаикой// Защита растений. - 1978, 7, -С.38.
    2. Тимина О.О. Фитопатологическая характеристика перца (Capsicum L.)// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1980, №3, -С.45-50.
    3. Балашова Н.Н., Король М.М., Тимина О.О., Балашова И.Т. Об использовании в селекции томата линий с генами Tm-1, Tm-2, Tm-22 в связи с явлением некрозообразования// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1980, №5, -С.30-34.
    4. Тимина О.О., Балашова Н.Н. Генетика устойчивости перца к комплексу ВТМ+Х-вирус картофеля// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1982, №1, -С.22-23.
    5. Тимина О.О., Жученко А.А., Грати В.Г., Балашова Н.Н.  Особенности несовместимости видов перца при гибридизации// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1982, №2, -С.30-34.
    6. Тимина О.О., Балашова Н.Н. Доноры устойчивости к болезням в генофонде рода Capsicum L// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1985, №2, -С.27-32.
    7. Тимина О.О., Седов Г.И., Кинтя П.К., Демидов Е.С. Морфогенез сладкого перца в культуре in vitro// Известия АН МССР, серия биологических и химических наук. - 1987, №2, -С.35-37.
    8. Тимина О.О. Идентификация доноров раннеспелости овощного перца Capsicum annuum L. регрессионно-кластерным анализом// Овочiвництво i баштанництво/Прiорiтетнi напрямки генетики, селекцii та бiотехнологii рослин родини пасльонових. Матерiали мiжнародноi науково-практичноi конференцii 7-8 вересня. Харкiв, 2005, вип 51. –С.264-281. ISBN 0131-0062
    9. Timina O.O., Uralec L.I., Ilenko T.S. Embryo culture use in pepper breeding// VII-th Meeting on Genetics and Breeding on Capsicum and Eggplant, EUCARPIA.1989, -P.27-30.
    10. Timina O.O., Alekseev Y.B., Ignatova S.I., Timin O.Y. Breeding of Pepper for open ground and temporal plastic shelters of Transnistria and Russia// XI EUCARPIA Meeting on genetics and Breeding of Capsicum & Eggplant, 2001, Antalya-Turkey. –P.28-30. ISBN:975-487/085-3.
    11. Timina O.O., Feshchenko V.S.Malov A.N., Feshchenko L.V., Rogozhnikova O.A., Yusu O.B. Induction of photo morphogenetic reaction of sweet pepper under the effect of He-Ne laser light// XI EUCARPIA Meeting on genetics and Breeding of Capsicum & Eggplant, 2001, Antalya-Turkey. –P.147-151.ISBN:975-487/085-3
    12. Timina O.O., Orlov P.A., Tsykaliuc R.A. Somatic embryos of Capsicum annuum L., genetic specialities of formation// Capsicum and Eggplant Newsletter. University of Turin, Italy, DI.VA.P.R.A. Plant Genetic and Breeding. - 2003, №22 –P.103-106. ISSN:1122-5548
    13. Timina O.O., Tsykaliuc R.A., Orlov P.A. The identification of genotypes quantitative characters by regressive cluster analysis// Capsicum and Eggplant Newsletter. University of Turin, Italy, DI.VA.P.R.A. Plant Genetic and Breeding. - 2004, № 23. -P.37-40. ISSN:1122-5548.
    14. Тимина О.О., Цикалюк Р.А., Орлов П.А. Модуляция экспрессии признака образования соматических эмбриоидов в культуре in vitro у Capsicum annuum L//Problem actuale ale geneticii. Biotehnologiei ?i amelior?rii, 17-18 Februarie, Chi?in?u. Materiale Conferin?ei Na?ionale (jubiliar?) cu participare Interna?ional?.- 2005. – P.197-202. ISBN 9975-64-034-6
    15. Timina O.O., Timin O.Y., Orlov P.A. Regeneration capacity of Moldavian gene pool of Capsicum annuum L. in the anther culture and its possible application for producing stable lines tolerant to unfavorable environmental condition. In: Niemirowicz-Szczytt K. (Ed), Progress in Research on Capsicum & Eggplant. Warsaw University of Life Sciences Press, Warsaw, Poland. 2007. –P. 439-447. ISBN 978-83-7244-862-0
    16. Timin O.Y.,Timina O.O. Creation of hybrids of sweet pepper with improved biochemical content on sterile basis. In: Niemirowicz-Szczytt K. (Ed), Progress in Research on Capsicum & Eggplant. Warsaw University of Life Sciences Press, Warsaw, Poland. 2007. –P.245-254. ISBN 978-83-7244-862-0
    17. Tomlekova, N., Timina, O.O., Timin, O.Y. Achievements and perspectives of sweet pepper breeding towards high beta-carotene// Acta Horticulturae, 2009, I. –P. 205-209.
    18. Timina O.O., Ryabova A.S., Timin O.Y. Reconstruction of regulatory feedback of global gene network of economically valuable characters of Capsicum annuum L. In: Prochens J. & Rodriguez-Burruezo A. (Ed.), Advances in Genetics and Breeding of Capsicum and Eggplant, Editorial de la Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, Spain. 2010. –P.349-356. ISBN 978-84-693-4139-1
    19. Тимина О.О. Признак «Переключение фаз репродукции» и особенности методологии его изучения у Capsicum annuum var. annuum L (Обзорная информация).//Вестник Приднестровского университета. – 2011, №2, -С.97-107

    Научные статьи в сборниках трудов

    1. Тимина О.О., Балашова Н.Н. Изучение устойчивости генофонда рода Capsicum L. к вирусу табачной мозаики// Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции./ ВИР. - 1979, т.64, вып.I, -С.153-155.
    2. Тимина О.О., Балашова Н.Н. Специализированная форма вируса табачной мозаики на перце// Штаммы вирусов растений  и их практическое использование. Труды Латвийской сельхозакадемии. - 1981, вып. 181, -С.136-138.
    3. Балашова Н.Н., Тимина О.О., Рущук В.С. Генетические основы селекции овощных культур на устойчивость к мозаике// Tag.- Ber., Akad. Landwirtsch.- Wiss DDR, Berlin, 1983, 216. –P.323-330.
    4. Тимина О.О., Ильенко Т.С. Селекция сладкого перца для защищенного грунта на устойчивость к ВТМ// Генетика иммунитета и селекция сельскохозяйственных растений на устойчивость в Молдавии. – Кишинев: Штиинца, 1984. - С.204-205.
    5. Тимина О.О., Ильенко Т.С. Сладкий и острый перец// Наука – овощеводству Молдавии. – Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1990. – С.40-48.
    6. Тимина О.О., Уралец Л.И., Ильенко Т.С. Усовершенствование методов селекции сладкого и острого перца// Актуальные вопросы генетики и селекции. - Кишинев, 1991. –С.387-392.
    7. Малов А.Н., Фещенко В.С., Тимина О.О. Биостимуляция модулированным лазерным излучением// Применение лазеров в науке и технике. – Иркутск: ИФ ИЛФСО РАН,  вып.IX. - 1997. – С.159-163.
    8. Тимина О.О. Селекция на устойчивость к фитофторозу перца// Генетика и селекция растений и животных в Республике Молдова. Научные материалы VII съезда генетиков и селекционеров. - Кишинев, 1998. – С.529-532.
    9. Уралец Л.И., Тимина О.О. Использование культуры in vitro в селекции на иммунитет// Труды национальной конференции по генетической инженерии и биотехнологии. – Кишинев: ИОГ РМ, 1998. – С.183-189.
    10. Тимина О.О. Соматический эмбриогенез у высших растений (механизм образования, экспрессия) в культуре in vitro// Международный симпозиум по селекции и семеноводству овощных культур (1-4 марта 1999). Материалы докладов, сообщений. - М.: ВНИИССОК, 1999. – С.344-352.
    11. Тимина О.О., Фещенко В.С., Малов А.Н., Корфуненко О.А. Экспрессия хозяйственно-ценных признаков у сладкого перца под воздействием когерентного излучения // Взаимодействие излучений и полей с веществом. Материалы БШФФ -99./ Под ред. Денисюка Ю.Н.- Иркутск: ИГУ, 1999. – С.378-384.
    12. Тимина О.О., Тимин О.Ю. Селекция перца сладкого на высокое содержание ?-каротина// Селекция и семеноводство овощных культур в ХХI веке./ под ред. Академика РАСХН В.Ф. Пивоварова.- М: ВНИИССОК, 2000. – С.249-258.
    13.  Тимин О.Ю., Тимина О.О., Игнатова С.И. Комбинационная способность по ряду хозяйственно-ценных признаков стерильных линий перца сладкого// Селекция, семеноводство и биотехнология овощных и бахчевых культур. Докл. III Межд. Конф., посвященной памяти Б.В. Квасникова. - М.: ВНИИО. - 2003. – С.419-424.
    14. Тимина О.О., Алексеев Ю.Б. Семеноводство материнской линии и гибрида перца Юбилейный Семко на стерильной основе// Селекция, семеноводство и биотехнология овощных и бахчевых культур. Докл. III Межд. Конф., посвященной памяти Б.В. Квасникова. - М.:ВНИИО. - 2003. – С.425-428.
    15. Тимина О.О. Переключение гетерофазной репродукции на гомофазную у Сapsicum annuum L.: проблемы и возможные механизмы функционирования// Материалы II-ой Международной научно-практической конференции «Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья», 15-16 сентября, 2005. – Тирасполь: ПГУ. - 2005. – С. 77-79.
    16. Тимин О.Ю., Тимина О.О. Создание гибридов F1 перца сладкого на стерильной основе с высоким содержанием комплекса витаминов – антиоксидантов// Материалы II-ой Международной научно-практической конференции «Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья», 15-16 сентября, 2005. – Тирасполь: ПГУ. – 2005. – С.75-77.
    17. Тимина О.О. Семеноводство гибридов перца.//Практическое семеноводство овощных культур с основами семеноведения/ под ред. В.А.Лудилова, Алексеева Ю.Б. – М.: КМК. -2011. - С.82-90

    Методические указания

    1. Методические указания по селекции сортов и гибридов перца и баклажана для открытого и защищенного грунта (Агапов А.С., Мамедов М.И, Балашова Н.Н., Харькова А.П., Ильенко Т.С., Тимина О.О. и др.). М..-1997. -100с.
    2. Биология и экология размножения растений. Эмбриологические основы: Методические указания по выполнению лабораторных работ по специальности «Биология» специализации «Экология и охрана природы». /Сост. Тимина О.О., Уралец Л.И., Цыкалюк Р.А. - Тирасполь: ПГУ, 2006. – 120 с.
     



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.