Генетична система контрольованого розмноження кукурудзи на основі генів функціональної чоловічої стерильності - Автореферат

Використання гетерозису передбачає модифікацію генетичної системи розмноження в елементі, який детермінує перехресне запилення - тобто створення генетичної системи контрольованого розмноження (ГСКР). Розроблені сучасні генетичні системи контрольованого розмноження кукурудзи мають недоліки, які природнім чином притаманні цим системам: система на основі ЦЧС та генів відновлення фертильності призводить до уніфікації плазми, що є причиною виникнення епіфітотій. Робота виконувалась за Державною тематикою кафедри генетики, селекції та насінництва Національного аграрного університету “Удосконалити генетико-селекційні методи створення адаптованих, високопродуктивних сортів і гібридів зернових культур та розробити технології їх насінництва” (Державний реєстраційний номер 0101U003458) та за проектом Міністерства освіти і науки України 3.99.4 “Створити високопродуктивні з комплексом господарськоцінних ознак та властивостей ранньостиглі гібриди кукурудзи інтенсивного типу” (Державний реєстраційний номер 0199U000578). В звязку з метою досліджень були поставлені такі задачі: вивчити особливості прояву генів, що детермінують функціональну чоловічу стерильність у зразків генетичної колекції, оцінити їх придатність для використання в генетичних системах контрольованого розмноження кукурудзи; Вперше розроблено генетичну систему контрольованого розмноження кукурудзи на основі генів функціональної чоловічої стерильності, яка включає: - ген Vg та його домінантний специфічний ген модифікатор Enh(Vg), які детермінують стабільну чоловічу стерильність у інбредних форм кукурудзи;Серед існуючих генетичних систем контрольованого розмноження кукурудзи широке застосування має система на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності та генів закріплення-відновлення, однак її практичне використання призводить до уніфікації плазми, що стає причиною виникнення епіфітотій, використання генетичних систем контрольованого розмноження на основі генів функціональної чоловічої стерильності дозволяє вирішити проблему отримання гібридного насіння без уніфікації плазми. Запропоновано нову генетичну систему контрольованого розмноження кукурудзи на основі генів функціональної чоловічої стерильності, яка включає: ген Vg та його домінантний специфічний модифікатор Enh(Vg), що детермінують стабільну чоловічу стерильність у інбредних форм кукурудзи, гени tk, ad1, Tu, які забезпечують відновлення фертильності у інбредних форм з генотипом VGVG Enh(Vg)Enh(Vg) та відновлення фертильності у гетерозисних гібридних рослин. Лінії з геном Vg проявляють значну мінливість за ступенем редукції елементів колоску: від сильної (лінія Гк26ЗМ) до незначної (лінія F7ЗС) редукції. Ідентифіковано новий домінантний специфічний ген модифікатор Enhancer (Vg) (Enh(Vg)), який детермінує значну редукованість елементів колоску у форм з домінантним алелем гена Vg, його наявність у інбредних ліній з домінантним алелем гена Vg забезпечує стабільну чоловічу стерильність.

1. Серед існуючих генетичних систем контрольованого розмноження кукурудзи широке застосування має система на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності та генів закріплення-відновлення, однак її практичне використання призводить до уніфікації плазми, що стає причиною виникнення епіфітотій, використання генетичних систем контрольованого розмноження на основі генів функціональної чоловічої стерильності дозволяє вирішити проблему отримання гібридного насіння без уніфікації плазми.

2. Запропоновано нову генетичну систему контрольованого розмноження кукурудзи на основі генів функціональної чоловічої стерильності, яка включає: ген Vg та його домінантний специфічний модифікатор Enh(Vg), що детермінують стабільну чоловічу стерильність у інбредних форм кукурудзи, гени tk, ad1, Tu, які забезпечують відновлення фертильності у інбредних форм з генотипом VGVG Enh(Vg)Enh(Vg) та відновлення фертильності у гетерозисних гібридних рослин.

3. Експресивність домінантного алеля гена Vg не залежить від умов зовнішнього середовища, але залежить від генетичного фону. Лінії з геном Vg проявляють значну мінливість за ступенем редукції елементів колоску: від сильної (лінія Гк26ЗМ) до незначної (лінія F7ЗС) редукції.

4. Ідентифіковано новий домінантний специфічний ген модифікатор Enhancer (Vg) (Enh(Vg)), який детермінує значну редукованість елементів колоску у форм з домінантним алелем гена Vg, його наявність у інбредних ліній з домінантним алелем гена Vg забезпечує стабільну чоловічу стерильність.

5. Встановлено ефект залежності ступеня прояву ознаки „стерильність-фертильність” у форм з домінантним алелем гена Vg від рівня гетерозиготності. При однаковій експресивності у ліній і гібридів домінантного алеля гена Vg, високий рівень гомозиготності генотипу обумовлює повну чоловічу стерильність, що дозволяє використовувати інбредні лінії як стерильний материнський компонент, а високий рівень гетерозиготності сприяє відновленню фертильності, що дозволяє отримувати фертильні гібриди першого покоління.

6. Встановлено, що у генотипів TKTKVG- та ad1ad1Vg- гени мають незалежний прояв та детермінують утворення зрослої волоті з редукованими колосковими та квітковими лусками, частина пиляків знаходиться в середині волоті і формує функціонально активний пилок, що дозволяє розмножувати стерильні форми з домінантним алелем гена Vg. Адитивна взаємодія генів Tu та Vg обумовлює нормальну довжину колоскових лусок на чоловічому суцвітті, що дозволяє розмножувати стерильні форми з домінантним алелем гена Vg.

7. У більшості вивчених нами ліній та гібридів коізогенні форми за геном Vg достовірно не відрізняються за висотою рослин, висотою прикріплення качана, довжиною вегетаційного періоду та насіннєвою продуктивністю, що дозволяє використовувати домінантний алель гена Vg в генетичних системах контрольованого розмноження. Рівень збиральної вологості насіння нижче у форм гетерозиготних за геном Vg, ніж у рецесивних гомозигот (vgvg) на 1-5%, що дозволяє створювати форми кукурудзи зі зниженою збиральною вологістю зерна шляхом введення гена Vg.

8. Ідентифіковано новий ген tassel knit (tk), рецесивний алель якого детермінує деформацію та зростання елементів волоті, в результаті чого не відбувається вивільнення пилку і виникає функціональна чоловіча стерильність, що дає можливість використовувати його як чинник чоловічої стерильності в генетичній системі контрольованого розмноження.

1. Парій М.Ф. Використання гена Vestigial glume в селекції та насінництві кукурудзи // Науковий вісник Національного аграрного університету.-2001.- № 37.-С. 32-35.

2. Парій М.Ф. Експресія гена Vestigial glume у кукурудзи // Науковий вісник Національного аграрного університету.-2002.- № 48.-С. 171-175.

3. Парій М.Ф. Новий ген структури суцвіть кукурудзи // Цитологія і генетика . - 2002.-Т.36, №6.-С. 35-37.

4. Парій М.Ф. До питання еволюції кукурудзи при доместикації // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. - К: Аграрна наука, 2004. - С. 42-47.

5. Патент України на винахід 56351, МПК7 А 01Н1/04. Спосіб отримання гібридного насіння кукурудзи. / М.Ф. Парій, Я.Ф. Парій. -№.2001064153; Заявлено 15. 06. 2001; Опубліковано 15. 05. 2003, Бюл. № 5. 2003.

6. Патент України на винахід 40276, МПК6 А 01Н1/04. Спосіб отримання гібридного насіння кукурудзи. / М.Ф. Парій. -№. 2000116411; Заявлено 13. 11. 2000; Опубліковано 16. 07. 2001, Бюл. № 6. 2001.

7. Патент України на винахід 40277, МПК6 А 01Н1/04. Спосіб розмноження чоловічостерильних форм кукурудзи з геном Vg. / М.Ф. Парій. -№. 2000116412; Заявлено 13. 11. 2000; Опубліковано 16. 10. 2000, Бюл. № 5. 2000.

8. Патент України на винахід 40278, МПК6 А 01Н1/04. Спосіб отримання гібридного насіння кукурудзи. / М.Ф. Парій. -№. 2000116413; Заявлено 13. 11. 2000; Опубліковано 16. 10. 2000, Бюл. № 5. 2000.

9. Парій М.Ф. Генетичні аспекти отримання гібридного насіння кукурудзи// Тр. VII Конференції молодих вчених „Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття”. - Київ, 2000. - С. 102

10. Парій М.Ф. Морфологія квітки та чоловіча стерильність у ліній кукурудзи з домінантним алелем гена Vestigial glume // Тр. конф. молодих вчених ботаніків України „Актуальні проблеми ботаніки та екології”. - Ніжин, 2001.- С.

11. Парий М.Ф. Создание и поддержание форм кукурузы с генами функциональной мужской стерильности // Тр. Междунар. научно-практическая конф. „Проблемы сохранения и иммобилизации генофонда культурных растений”.- С.- Петербург, 2001. - С 368.

12. Pariy F.M. Appearance of the gene Vestigial glumes // Proc. Conference on genetics and molecular biology for students and young scientists devoted to the 100th anniversary of genetics. - Lviv, 2000. - P. 232

13. Парій М.Ф. Способи отримання гібридного насіння кукурудзи // Тр. междунар. конф. „Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений” .-Харьков, 2001. - С. 232-233.

14. Парій М.Ф. Вплив гетерозиготності по гену Vg на комплекс господарськоцінних ознак кукурудзи // Тр. Всеукраїнської конф. „Сучасні проблеми зернового господарства та методи їх вирішення”.- Дніпропетровськ, 2001.- С. 69

15. Парій М.Ф., Парій А.Ф. Генетика відновлення фертильності у Vg-стерильних форм кукурудзи // Тр. ІІ междунар. конф. „Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений”. - Харьков, 2003.- С. 75