Способ создания интрогрессивных линий мягкой пшеницы, устойчивых к болезням

 

Способ может быть использован в селекции растений. При создании интрогрессивных линий мягкой пшеницы получают гибриды F₁ между культурными сортами мягкой пшеницы и дикорастущим видом Triticum timopheevii. Гибриды F₁ однократно беккроссируют соответствующим исходным сортом. Гибриды F₁B₁ самоопыляют до четвертого поколения, проводят параллельно анализ мейоза и отбор растений со стабильным мейозом. В потомстве F₅B₁ - F₇B₁ отбирают цитологически стабильные и устойчивые к болезням формы растений, тестируют на содержание в их геноме генетического материала вида - донора. Тестирование растений осуществляют методом белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального окрашивания хромосом. Полученные интрогрессивные линий мягкой пшеницы характеризуются устойчивостью к болезням и повышенным содержанием белка в зерне. Они являются ценным исходным материалом для селекции. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии и может быть использовано в селекции и генетики сельскохозяйственных растений.

В связи с необходимостью разработки "экологичных" технологий с.-х. производства, ограничивающих распространение вредителей и болезней без применения химических средств защиты растений, стоит задача создания и пополнения банка генов устойчивости в сортах, создаваемых в селекционном процессе.

В настоящее время актуальным направлением исследований является разработки способов получения новых форм растений на основе использования генетического потенциала диких видов.

Новые формы растений, созданные путем реконструкции геномов при отдаленной гибридизации, представляют интерес в качестве исходного материала для селекции и как уникальные модели для изучения взаимодействия геномов и их преобразования.

Полученные интрогрессивные линии мягкой пшеницы сочетают в своем генотипе гены вида-донора, обеспечивающие устойчивость к болезням, и гены сорта-реципиента, высокопродуктивного и хорошо адаптированного к условиям возделывания в регионе.

Одно из главных требований к таким линиям, предлагаемым в качестве доноров для использования в селекции, их цитологическая стабильность. Она подразумевает не только число хромосом (2n-42), характерное для сортов мягкой пшеницы, но и бивалентную конъюгацию хромосом.

Известен способ получения линий мягкой пшеницы, устойчивых к болезням, включающий скрещивание исходных родительских форм, причем в качестве вида-донора используют дикорастущий вид Triticum timopheevii (Phytopathology, 1954,v. 44, n.5, p. 266-274).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность из-за случайного отбора устойчивых к болезням форм растений, цитологическая стабильность которых не изучалась. Известный способ не обеспечивает возможности создания коллекции устойчивых к болезням линий на основе определенных коммерческих сортов.

Наиболее ближайшим к заявляемому способу - прототипом является способ создания интрогрессивных линий мягкой пшеницы, включающий скрещивание культурных сортов мягкой пшеницы Тулун и Диамант с Т. timopheevii (Труды по прикл. бот., генет. и селекции, 1958, т. 33. вып. 1, с. 133-140).

Недостатком прототипа является его низкая эффективность, так как способ ограничивается только получением гибридов первого поколения и последующего отбора устойчивых форм без гарантированной цитологической стабильности растений.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа за счет целенаправленного создания генетически детерминированного признака устойчивости к болезням у линий, созданных на основе определенных коммерческих сортов.

Поставленная задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующих последовательных стадиях: - Коммерческие сорта мягкой пшеницы (Саратовская 29, Новосибирская 67, Пиротрикс 28, Целинная 20, Иртышанка 10, Скала), адаптированные к условиям возделывания, опыляют пыльцой тетраплоидного эндемичного вида Triticum timopheevii Zhuk (2n-28), характеризующегося комплексной устойчивостью к болезням и высоким содержанием белка в зерне.

- Гибриды первого поколения (F₁) однократно беккроссируют соответствующим исходным сортом и получают фертильные гибриды F₁B₁.

- Гибриды F₁B₁ и последующих поколений самоопыляют до четвертого поколения, у полученных гибридов F₂B₁ - F₄B₁ анализируют мейоз с целью выделения растений с 2n-42 и стабильным мейозом, а выделенные цитологически стабильные растения используют в качестве родоначальников линий, у которых постоянно ведется анализ мейоза.

- В потомстве F₅B₁ - F₇B₁ отбирают устойчивые к болезням цитологически стабильные формы растений. Отобранные устойчивые формы мягкой пшеницы (2n= 42) тестируют с помощью метода белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального скрашивания хромосом для подтверждения содержания в их геноме генетического материала вида-донора - T.timopheevii, что повышает надежность отбора и дает заключение о конкретной хромосоме (или ее плече) Т. timopheevii, перенесенной в геном определенного сорта, используемого в качестве реципиента.

В результате получают новые интрогрессивные линии мягкой пшеницы, отличающиеся цитологической стабильностью (2n-42) и характеризующиеся устойчивостью к болезням и повышенным содержанием белка в зерне.

Установлено, что внесенные в геном мягкой пшеницы гены устойчивости к бурой ржавчине не аллельны эффективным известным Lr-генам мировой коллекции. Поскольку эти гены интенсивно используются в селекции, то созданная заявляемым способом коллекция интрогрессивных устойчивых линий существенно пополняет генофонд мягкой пшеницы и уже используется в ряде селекционных программ.

Основными определяющими отличиями предлагаемого способа от прототипа являются: - гибриды первого поколения (F₁) однократно беккроссируют соответствующим исходным сортом, что позволяет получить фертильные гибриды F₁B₁ и сохранить в геноме мягкой пшеницы максимально возможное количество перенесенного генетического материала вида-донора; - полученные гибриды F₁B самоопыляют до четвертого поколения с последующим отбором устойчивых форм среди цитологически стабильных растений, что позволяет снизить трудоемкость и длительность способа; - в потомстве F₅B₁ - F₇Bi отбирают цитологически стабильные формы, устойчивые к болезням, а для подтверждения содержания в их геноме генетического материала вида-донора, проводят тестирование растений методом белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального окрашивания хромосом, что позволяет повысить эффективность способа и надежность отбора.

Пример конкретного выполнения.

Адаптированный к условиям возделывания коммерческий сорт мягкой яровой пшеницы Саратовская 29 (2n=42) опыляли пыльцой дикорастущего эндемичного тетраплоидного вида Т. timopheevii. Из полученных гибридных зерновок выращены полностью стерильные гибридные растения F₁ (2n=35). Полученные гибриды F₁ однократно беккроссировали сортом Саратовская 29 и получали потомство F₁B₁ растения которого характеризовались числом хромосом 28-45. После самоопыления (при строгой изоляции) каждого из таких растений возникают разнообразные формы с разным числом хромосом. В F₂B₁ - F₄B₁ отбирались только те формы, которые содержали 42 хромосомы и характеризовались относительно стабильным мейозом. Одновременно велась сценка их устойчивости к болезням. В F₅B₁ - F₇B₁ отбирали цитологически стабильные формы, устойчивые к бурой ржавчине и пыльной головне, и параллельно проводили тестирование растений на наличие в их геноме генетического материала вида-донора. Тестирование проводили с помощью метода белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального окрашивания хромосом. На основе этого делали заключение с содержании у них генетического материала определенных хромосом Т. timopheevii.

В таблице 1 приведены данные, характеризующие хозяйственно-ценные признаки линий F₇B₁, созданных на основе сорта Саратовская 29.

Из таблицы 1 видно, что полученные линии характеризуются повышенным содержанием белка в зерне (16,8-19,7%) по сравнению с исходным материалом.

В таблице 2 приведены данные, характеризующие устойчивость линий F₇B₁ к бурой ржавчине и пыльной головне.

Устойчивость к бурой ржавчине оценивали в баллах согласно шкале Стэкмана, при этом баллы 0,1,2 характеризуют устойчивость растения к болезни, а баллы 3,4-восприимчивость.

Устойчивость растений к пыльной головне оценивали в %, при этом поражение головней в пределах 0-5% характеризует растения как устойчивые к болезни, до 25%-как слабо восприимчивые, до 50%-как средне устойчивые и более 50%- как неустойчивые к пыльной головне.

Из таблицы 2 видно, что полученные линии устойчивы к наиболее распространенным болезням пшеницы: бурой ржавчине и пыльной головне.

Полученные интрогрессивные линии мягкой пшеницы являются ценным исходным материалом для селекции, так как имеют генетически обусловленный признак устойчивости к болезням и высокое содержание белка в зерне. Они же могут служить моделью для молекулярно-генетических исследований при изучении экспрессии признака, перенесенного от одного вида в геном другого.

Формула изобретения

1. Способ создания интрогрессивных линий мягкой пшеницы, устойчивых к болезням, включающий скрещивание культурных сортов мягкой пшеницы с дикорастущим видом Triticum timopheevii, отличающийся тем, что полученные гибриды F1 однократно беккроссируют соответствующим исходным сортом, F1B1 самопыляют до четвертого поколения с параллельным анализом мейоза и отбором растений со стабильным мейозом, а в потомстве F5B1-F7B1 отбирают цитологически стабильные и устойчивые к болезням формы растений и тестируют на содержание в их геноме генетического материала вида-донора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тестирование растений осуществляют методом белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального окрашивания хромосом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3