Цитогенетические факторы снижения фертильности пыльцы и початка при засорении посевов тетраплоидной кукурузы триплоидными зерновками (Zea mays L.)

Актуальность. Засорение посевов тетраплоидной кукурузы триплоидными зерновками приводит к снижению урожая зерна и разрушению стабильности ее генома. Поиск причин разложения тетраплоидного генома, как и решение проблемы снижения семенной продуктивности в свободноопыляющихся посевах тетраплоидной кукурузы, актуально.
Материалы и методы. Объектом исследований служили сорта тетраплоидной зубовидной (к-23427) и сахарной (к-23426) кукурузы из коллекции ВИР, гибриды зубовидной (к-24735) и сахарной кукурузы (к-23425). Опыты заложены в предгорной зоне Кабардино-Балкарии. Инцухт и гибридизацию проводили под пергаментными изоляторами. Окрашивание метафазных пластинок корешков кукурузы проводили реактивом Шиффа по Фельгену, а пыльцевых зерен – раствором Люголя.
Результаты. Триплоидные зерновки наравне с диплоидными способны прорастать и проявляют слабую фертильность. В результате слияния между мужскими гаметами триплоидных и женскими тетраплоидных растений происходит разбалансирование стабильности тетраплоидного генома, которое приводит к нарастающей деградации продуктивности сорта с каждой репродукцией семян. Цитологический анализ и результаты тест-кроссов ♀2n × ♂3n, ♀4n × ♂3n показали, что у самоопыленных триплоидных растений частота формирования диплоидных зерновок составляет 7,44%, триплоидных + анеуплоидных – 41,78%, тетраплоидных – 50,74%, а в тест-кроссах частота диплоидных – 18,22%, триплоидных + анеуплоидных – 63,83%, тетраплоидных – 36,15%. Анализ классов расщепления с определением критерия χ2 Пирсона показал, что вместо ожидаемого расщепления 1(2n) : 7(3n) + (Xn±1x): 1(4n) на самоопыленных триплоидных растениях формируются диплоидные, триплоидные + анеуплоидные и тетраплоидные зерновки в соотношении 2 : 13 : 16 соответственно, а в тест-кроссах на 2n- и 4n-генотипы происходит расщепление на диплоидные, триплоидные + анеуплоидные и тетраплоидные зерновки в соотношении 7 : 18 : 14 соответственно.

1. Хатефов Э.Б. Изменчивость плоидности зерновок при гетероплоидных скрещиваниях между диплоидной и тетраплоидной кукурузой. Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2012;3(47):86-90.

2. Хатефов Э.Б., Щербак В.С. Роль полиплоидии в селекции сельскохозяйственных культур. Владимирский земледелец. 2011;(2):15-16.

3. Henry I.M., Dilkes B.P., Miller E.S., Burkart-Waco D., Comai L. Phenotypic consequences of aneuploidy in Arabidopsis thaliana. Genetics. 2010;186(4):1231-1245. DOI: 10.1534/genetics.110.121079

4. Henry I.M., Dilkes B.P., Young K., Watson B., Wu H., Comai L. Aneuploidy and genetic variation in the Arabidopsis thaliana triploid response. Genetics. 2005;170(4):1979-1988. DOI: 10.1534/genetics.104.037788

5. Хатефов Э.Б., Керв Ю.А., Бойко В.Н., Головина М.А., Аппаев С.П. Расширение генетического полиморфизма исходного селекционного материала кукурузы методом редиплоидизации тетраплоидных популяций. Таврический вестник аграрной науки. 2018;4(16):192-203. DOI: 10.25637/TVAN.2018.04.18

6. Хатефов Э.Б., Малухов З.М. Сохранение семенной плодовитости тетраплоидной кукурузы. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013;(5):31-33.

7. Хатефов Э.Б., Матвеева Г.В. Получение редиплоидных линий кукурузы. Методические указания. Санкт-Петербург: ВИР; 2018.

8. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. 4-е изд. Москва: Агропромиздат; 1988.

9. Rhoades M.M. Note on the origin of triploidy in maize. Journal of Genetics. 1936;33:355-357.

10. Romeis B. Mikroskopische Technik (neubearbeitete und er weiterte Auflage, herausgegeben von P. BÖCK). München; Wien; Baltimore: Urban und Schwarzenberg; 1989. [in German]

11. Шмараев Г.Е., Матвеева Г.В. Изучение и поддержание образцов коллекции кукурузы. Методические указания. Ленинград: ВИР; 1985.

12. Wang X., Cheng Z.M., Zhi S., Xu F. Breeding triploid plants: a review. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2016;52(2):41-54. DOI: 10.17221/151/2015-CJGPB