Спосіб створення гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній цукрових буряків на основі апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з цитоплазматичною чоловічою стерильністю

Реферат: Спосіб створення гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній цукрових буряків на основі апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з цитоплазматичною чоловічою стерильністю (ЦЧС) включає використання багатонасінних гібридних рослин чс-0 і чс-1 типу за класифікацією Оуена (1945), безпилковий метод репродукції насіння, виділення пилкостерильних ліній в апозиготичному потомстві багатонасінних гібридних рослин. За встановленим терміном першої апозиготичної репродукції виділяють гомозиготні роздільноплідні лінії від багатонасінних гібридних рослин із ЦЧС, диференціацією гаметофітного ембріогенезу за експресією рецесивних алелей ядерних генів роздільноплідності m і стерильності х, z, вдосконалення доборів за плоїдністю з використанням цитофотометричних методик. UA 102476 U (12) UA 102476 U UA 102476 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сільського господарства і може бути використана в селекції та насінництві буряків, для розширення генофонду роздільноплідних материнських компонентів вітчизняних гібридів з цитоплазматичною чоловічою стерильністю (ЦЧС) та новим апозиготичним способом репродукції насіння. Найбільш важливим компонентом сучасних гетерозисних гібридів є пилкостерильні форми. У світовій і вітчизняній селекційній практиці для розмноження пилкостерильних ліній чс-0 типу за Оуеном (1945), використовують закріплювачі стерильності (лінії 0-типу). Використання явища ЦЧС в основі гібридів дозволяє отримати практично 100 % гібридного насіння за рахунок неспроможності формувати життєздатний пилок. У багатьох рослин статеве розмноження замінюється різними формами безстатевого (Жужжалова Т.П. 2013 p., Малецька Е.І. 2005, Корнієнко А.В. 1994 p.). Суміщення ЦЧС і апозиготії передбачає зміни в статевому способі розмноження насінням, відкриваючи нові можливості в селекційному процесі цукрових буряків, як для скорочення схеми схрещування в селекції (без використання закріплювачів стерильності), так і одержання гаплоїдних і дигаплоїдних ліній в умовах in vivo (Малецкий С.І. 2010 p.). Вперше гаплоїдні проростки у буряків були виділені Лєваном (1945). Кількість виходу гаплоїдів в умовах in vivo не вдалось досягти більше 0,1 % і використання цього способу виявилось безперспективним (Доброцева 1965). Значне збільшення виходу гаплоїдів та дигаплоїдних проростків в апоміктичних популяціях стерильних рослин обумовлюється феноменом міксоплоїдності клітинних популяцій в зародкових мішках цукрових буряків (Малецька Е.І. 2013, Юданова С.С. 2004). Отримані апозиготичним способом рослини цукрових буряків від багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС, шляхом соматичного та гаметофітного ембріогенезу одночасно, докорінним чином відрізняється можливістю формування багатонасінного константного потомства або отриманням нових гомозиготних ліній із гаплоїдних та дигаплоїдних клітин зародкового мішка (Малецький СІ., Малецька К.І., 2012 p.). Відомий спосіб одержання ЧС форм, при якому стерильні за пилком материнські рослини схрещують із закріплювачами стерильності О-типу (Балков И.Я. Селекция сахарной свеклы на гетерозис // М.: Россельмаш, 1978. - С. 178.). Спільними суттєвими ознаками способу і корисної моделі є: - використання явища цитоплазматичної чоловічої стерильності для одержання пилкостерильних ліній цукрових буряків; - використання класифікації Оуена (1945) для добору пилкостерильних ліній чс-0 та чс-1 типу; - забезпечення 100 % роздільноплідності в насіннєвому потомстві нових пилкостерильних ліній. Проте за відомого способу для одержання роздільноплідних стерильних аналогів ліній Отипу в селекції цукрових буряків потрібно 5-6 циклів насичуючих схрещувань. У дворічної культури цей процес є досить трудомісткий. Заявлена корисна модель відрізняється від відомого способу тим, що не потребує використання ліній О-типу для відтворення пилкостерильних ліній в потомстві. Відомий спосіб одержання пилкостерильних ліній з апозиготією методом запилення диплоїдних ЧС ліній цукрових буряків пилком тетраплоїдної форми дикого виду Beta corolliflora L., опроміненого  променями. Богомолов М.А. Особенности использования апомиксиса у сахарной свеклы при создании нового исходного материала/ Сахарная свекла, 2008. - № 5. - С. 18-20. Спільними суттєвими ознаками відомого способу і корисної моделі є: - виділення пилкостерильних ліній для спрощення процесу селекції та насінництва цукрових буряків методом апозиготії; - - добір апозиготичних потомств за ознаками роздільноплідності (m m ), багатоплідності + + + (М М ; М m ); - контролювання апозиготичних потомств за фенотиповими ознаками ядерних генів ЦЧС за Оуеном (1945). Проте відомий спосіб відрізняється від корисної моделі тим, що для індукції апозиготичних зародків застосовують опромінений гамма променями пилок дикого виду Beta corolliflora L., а донорами апозиготичних пилкостерильних ліній є материнські компоненти гібридів цукрових буряків на ЦЧС основі. Найбільш близьким до корисної моделі за сукупністю ознак є спосіб одержання пилкостерильних ліній від багатонасінних гібридних рослин на основі ЦЧС. Малецький С.И. Автосегрегация по РЦ-СЦ признаку в гибридных потомствах, репродуцируемых 1 UA 102476 U 5 10 15 20 25 30 апозиготически// Энциклопедия рода Beta. Биология, генетика и селекция свеклы, ИЦиГ СО РАН, Росия; Институт сахарной свеклы, Украина. - Новосибирск: "Сова", 2010. - С. 597-601. Спільні суттєві ознаки близького способу та корисної моделі: - використання багатонасінних гібридних рослин чс-0 і чс-1 типу за класифікацією Оуена (1945) як донорів апозиготичних пилкостерильних ліній; - безпилковий метод репродукції насіння; - виділення пилкостерильних роздільноплідних ліній в апозиготичному потомстві багатонасінних гібридних рослин. Проте за близького способу не встановлений термін апозиготичної репродукції, а тому не можливо ідентифікувати гомозиготність роздільноплідних пилкостерильних ліній. Для одержання гомозиготних ліній запропоновано додаткове пророщення апозиготичного насіння, виділення гаплоїдів за довжиною корінця і переведення їх на дигаплоїдний рівень. Малецкая Е.И. Гаплоиды в апозиготических потомства сахарной свеклы / Е.И. Малецкая, С.И. Малецкий // Энциклопедия рода Beta. Биология, генетика и селекция свеклы, ИЦиГ СО РАН, Росия; Институт сахарной свеклы, Украина. - Новосибирск: "Сова", 2010. - С. 597-601. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення методів одержання селекційно цінних гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній в умовах in vivo при суміщенні апозиготії та ЦЧС, завдяки підвищенню їх ефективності, зменшенню тривалості та шкідливості експериментальних досліджень при переведенні гаплоїдів на дигаплоїдний рівень з використанням мутагенних поліплоїдизуючих речовин. Поставлена задача вирішується завдяки диференціації гаметофітного ембріогенезу у апозиготичних потомств багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС першої репродукції за експресією рецесивних ядерних генів роздільноплідності і стерильності та використання нових цитофотометричних методів для визначення плоїдності. Корисна модель відрізняється від близького способу: - за встановленим терміном апозиготичної репродукції, для виділення гомозиготних роздільноплідних ліній від багатонасінних гібридних рослин із ЦЧС; - диференціацією гаметофітного ембріогенезу за експресією рецесивних алелей ядерних генів роздільноплідності m і стерильності х, z, (Схема); - вдосконаленням доборів за плоїдністю з використанням цитофотометричних методик. Таблиця Характеристика цукрових буряків першої апозиготичної репродукції (А1), за плоїдністю, стерильністю та роздільноплідністю Походження селекційних номерів. A1 1 Lp/M 2 Vt/M 3 Вn/М 4 Fr/M 5 Sv/M 6 As/M 7 Kr/M 8 Ta/M Середній показник № п/п Плоїдність*, % X 2х х-2х-4х 2х-4х-8х Стерильні (чс-0 тип), однонасінні, % 5,00 12,50 0,00 25,00 2,34 3,33 0,00 0,00 6,02 23,75 31,25 20,00 30,00 50,00 53,33 57,14 10,00 34,43 60,00 54,17 50,00 45,00 42,19 43,33 42,86 90,00 53,44 11,25 2,08 30,00 0,00 5,47 0,00 0,00 0,00 6,10 9,03 7,72 6,50 3,97 3,97 10,17 5,82 11,58 7,35 *плоїдність визначалась за гістограмами ядерної ДНК на АП "Partec» 35 40 За даними таблиці серед апозиготичних потомств можемо виділити в умовах безпилкового режиму, від багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС пилкостерильні роздільноплідні біотипи (Beta vulgaris Sxxzz, mm) з гаплоїдним (х), диплоїдним (2х) і міксоплоїдним (х-2х-4х, 2х-4х-8х) станом клітинних популяцій. Вихід гаплоїдів змінюється від 2,34 % до 25,00 % залежно від походження селекційних номерів у порівнянні з відомим способом (Е.І. Малецка, С.І. Малецкий, 2010 г.) до 5 %. Спосіб створення гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній цукрових буряків на основі апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС здійснюється наступним чином: 2 UA 102476 U 5 10 15 20 25 30 - в умовах просторової ізоляції (у полі і теплиці) вирощуються багатонасінні рослини кращих за продуктивністю вітчизняних і іноземних диплоїдних і триплоїдних гібридів; - добір гібридних насінників чс-0 і чс-1 типу та браковка чс-2 типу; - вирощування буряків першої апоміктичної репродукції (А 1) та дослідження структури клітинних популяцій за плоїдністю з використанням цитофотометричних методик; - вирощування насінних рослин А1 вумовах безпилкового режиму; - добір гомозиготних роздільноплідних рослин чс-0 типу і одержання апозиготичного насіння А2. - На основі корисної моделі, роздільноплідні (m m ) пилкостерильні (xxzz) насінні рослини першої апоміктичної репродукції А1 від багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС, як рецесивні гомозиготи могли утворитись лише з генеративних клітин зародкового мішка і є гаплоїдними, дигаплоїдними або міксоплоїдними за геномним статусом. На схемі наведено Модель одержання гомозигоних роздільноплідних ліній від - багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС за рецесивними алелями m m однонасінності та стерильності xxzz у потомств першої апоміктичної репродукції. Модель диференціації апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС характеризується наступними ознаками: - гомозиготні роздільноплідні лінії; - соматичний ембріогенез; - гаметофітний ембріогенез; - міксоплоїдія клітинних популяцій; - гаплоїдія. Суть корисної моделі полягає у ідентифікації гаметофітного ембріогенезу за експресією рецесивних алелей роздільноплідності та стерильності та досягненні високої гомозиготності материнських компонентів для гетерозисної селекції цукрових буряків. Таким чином пропонований спосіб створення гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній цукрових буряків на основі апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з ЦЧС, застосовуючи безпилковий режим, одержання насіння, добір за фенотиповими ознаками ядерних генів роздільноплідності і стерильності, використання цитофотометричних методів для визначення плоїдності апозиготичних потомств А 1 забезпечує виділення нових гомозиготних роздільноплідних пилкостерильних селекційних матеріалів, як рецесивних гомозиготних ліній, без використання поліплоїдизуючих мутагенних речовин при виділенні дигаплоїдів. Є більш ефективним та забезпечує нову генетичну мінливість завдяки диференціації гаметофітного ембріогенезу при апозиготії. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Спосіб створення гомозиготних однонасінних пилкостерильних ліній цукрових буряків на основі апозиготичного потомства багатонасінних гібридних рослин з цитоплазматичною чоловічою стерильністю (ЦЧС), що включає використання багатонасінних гібридних рослин чс-0 і чс-1 типу за класифікацією Оуена (1945), безпилковий метод репродукції насіння, виділення пилкостерильних ліній в апозиготичному потомстві багатонасінних гібридних рослин, який відрізняється тим, що за встановленим терміном першої апозиготичної репродукції виділяють гомозиготні роздільноплідні лінії від багатонасінних гібридних рослин із ЦЧС, диференціацією гаметофітного ембріогенезу за експресією рецесивних алелей ядерних генів роздільноплідності m і стерильності х, z, вдосконалення доборів за плоїдністю з використанням цитофотометричних методик, що дозволяє підвищити ефективність та зменшити трудозатратність методів одержання гомозиготних дигаплоїдних ліній in vivo при апозиготії від гаплоїдних та міксоплоїдних проростків завдяки вилученню мутагенних поліплоїдизуючих речовин. 3 UA 102476 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4