doi: 10.15389/agrobiology.2014.5.44rus

УДК 631.522/.524:631.527.7:581.15

СВЯЗЬ ПЛОИДНОСТИ С ЧИСЛОМ ХЛОРОПЛАСТОВ В ЗАМЫКАЮЩИХ КЛЕТКАХ УСТЬИЦ У ДИПЛОИДНЫХ И АМФИДИПЛОИДНЫХ ВИДОВ Brassica

С.Г. МОНАХОС, М.Л. НГУЕН, А.В. БЕЗБОЖНАЯ, Г.Ф. МОНАХОС

Биотехнологические методы создания чистых линий — удвоенных гаплоидов в культурах пыльников и изолированных микроспор широко применяют в современных генетических исследованиях и селекции капустных культур. Общая особенность этих технологий заключается в том, что получаемые in vitro растения обладают разным уровнем плоидности и наряду с удвоенными гаплоидами встречаются гаплоиды, тетраплоиды и миксоплоиды. Определение плоидности по числу хлоропластов в замыкающих клетках устьиц (ЧХЗКУ) отличается от современных способов ее прямой (подсчет числа хромосом и проточная цитометрия) и косвенной оценки простотой исполнения и низкой стоимостью анализа. У ряда представителей рода Brassica установлено ЧХЗКУ, характерное для разных уровней плоидности, при этом для B.oleracea показано стабильное проявление этого признака, которое не зависит от условий произрастания, положения листа на растении и разновидности последнего, а для B. campestris (синоним B. rapa) — еще и от возраста растения. Однако приведенные данные основываются на изучении одного или небольшого числа генотипов, кроме того, в литературе отсутствует описание изменений ЧХЗКУ у представителей вида B. napus в ответ на внешние воздействия. В настоящей работе проведен сравнительный анализ ЧХЗКУ для листьев гаплоидных и диплоидных растений капусты пекинской (B. rapa), озимого рапса (B. napus), гаплоидных, ди- и тетраплоидных растений капусты белокочанной (B. oleracea), а также изучено влияние трех факторов на проявление этого признака: температурных условий (6±2 °С и 24±2 °С), стадии развития (вегетативная — 4-5 настоящих листьев, генеративная — цветение) и генотипа. В исследовании использовали широкий спектр генетического материала: растения-регенеранты, полученные в культуре изолированных микроспор, инбредные линии, коммерческие сорта и гибриды F1. Установлено, что число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц не относится к генотипспецифичным признакам у капусты пекинской и рапса, то есть у названных культур растения разных генотипов при одном уровне плоидности имеют одинаковое ЧХЗКУ. У инбредных линий капусты белокочанной выявлена зависимость ЧХЗКУ от скороспелости и показана тенденция к формированию большего ЧХЗКУ у раннеспелых линий (Пл, Сюс и др.) и меньшего — у позднеспелых (AM2, Са1, Гэс2 и др.). При этом у диплоидных скороспелых инбредных линий ЧХЗКУ оказалось в 1,7 раза больше, чем у позднеспелых, что сопоставимо с различиями между гаплоидными и диплоидными растениями капусты пекинской или рапса. Среднее число хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у гаплоидных растений капусты пекинской (B. rapa) составило 4,2-7,8, у диплоидных — 7,9-13,6; у амфигаплоидных растений рапса (B. napus) — 7,5-12,4, амфидиплоидных — 14,1-20,3 шт.; у гаплоидных растений капусты белокочанной (B. oleracea) — 7,7-9,9, диплоидных — 11,7-17,9 и тетраплоидных — 18,0-26,5 шт. Выявлены высокие коэффициенты корреляции между плоидностью и ЧХЗКУ у растений капусты белокочанной (B. oleracea), капусты пекинской (B. rapa) и рапса (B. napus) (соответственно r = 0,94, r = 0,90, r = 0,94). Показано, что у растений признак ЧХЗКУ не изменяется при переходе от вегетативной к генеративной стадии развития и не подвержен влиянию температурного фактора.

Ключевые слова: гаплоид, диплоид, капуста белокочанная, капуста пекинская, замыкающие клетки устьиц, число хлоропластов, плоидность, рапс, тетраплоид, Brassica oleracea, Brassica napus, Brassica rapa.

 

Полный текст

 

A RELATIONSHIP BETWEEN PLOIDY LEVEL AND THE NUMBER OF CHLOROPLASTS IN STOMATAL GUARD CELLS IN DIPLOID AND AMPHIDIPLOID Brassica SPECIES

S.G. Monakhos, M.L. Nguen, A.V. Bezbozhnaya, G.F. Monakhos

Doubled haploid lines production through isolated anthers and isolated microspores cultures has been used widely for genetic studies and plant breeding of Brassica crops. The ploidy level of microspore derived plants varies, and normally haploid, diploid and mixoploid plants could be obtained in vitro. The determination of ploidy level is essential in doubled haploid pure line production. The determination of ploidy level by counting the number of chloroplast in stomatal guard cells (NCSGC) is less time consuming, laborious and expensive comparing to chromosome counting in root tip cells or mother pollen cells and flow cytometry methods. Several studies have been reported concerning relationship between ploidy level and number of chloroplast in stomatal guard cells of Brassica rapa, B. napus and B. oleracea species, however a small number of genotypes had been analyzed. In our study, the NCSGCs of haploid (n) and diploid (2n) Chinese cabbage (B. rapa ssp. pekinensis), winter oilseed rape (B. napus var. napus) and haploid, di- and tetraploid white cabbage (B. oleracea var. capitata) microspore derived plants were estimated, and also the influence of plant growth temperature (6±2 °С and 24±2 °С) and development stage (vegetative or generative) was investigated. High correlation between the ploidy level of microspore-derived plants and NCSGC is found for white cabbage (Brassica oleracea, r = 0.94), Chinese cabbage (B. rapa, r = 0.90) and oilseed rape (B. napus, r = 0.94). The chloroplast average number in stomatal guard cells was very similar among the same ploidy genotypes of Chinese cabbage as well as rapeseed, while the variation of chloroplast number in diploid and tetraploid white cabbage plants was significant. In a range of early, middle and late maturing diploid white cabbage inbred lines there was established the tendency to form more chloroplasts in the early lines (Pl, Sus and others) and less in the late lines (AM2, Sa1, Ges2 and others), with the difference up to 1.7 times, that is comparable to the difference between haploid and diploid plants of Chinese cabbage or rapeseed. The chloroplast number in stomatal guard cells is 4.2-7.8 and 7.9-13.6 for Chinese cabbage (B. rapa) haploids and diploids, respectively, 7.5-12.4 and 14.1-20.3 for rapeseed (B. napus) amphihaploids and amphidiploid, respectively, and 7.7-9.9, 11.7-17.9 and 18.0-26.5 for white cabbage (B. oleracea) haploids, diploids and tetraploids, respectively. No significant influence of vegetative or generative stage of plant development or growth temperature on NCSGC.

Keywords: haploid, diploid, white cabbage, Chinese cabbage, stomatal guard cells, number of chloroplasts, ploidy, rapeseed, tetraploid, Brassica oleracea, Brassica napus, Brassica rapa.

ООО Селекционная станция
им. Н.Н.
Тимофеева,
127550 Россия, г. Москва, ул. Пасечная, 5,
e-mail: breedst@mail.ru, cokrat@hotbox.ru

Поступила в редакцию
16 июня 2014 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало