Наследование в F₁ дефектности пыльцевых зерен и ее влияние на автофертильность растений подсолнечника

Актуальность. Для генотипов подсолнечника с низким уровнем качества пыльцы отмечено снижение завязываемости семянок при самоопылении корзинок, что в свою очередь негативно сказывается на урожайности. Поэтому изучение качества пыльцевых зерен, в частности морфологической дефектности, является важной задачей в селекции гибридов подсолнечника.

Материалы и методы. Исследование проводили в 2022–2024 гг. на 2-ом отделении Центральной экспериментальной базы Всероссийского НИИ масличных культур имени В.С. Пустовойта (х. Октябрьский). В работе изучены линии ВК195, ВК305, КГ49 и RIL200, 10 гибридов F₁ и 23 растения M₀ линии ВК101. Проведена оценка качества пыльцы по форме и диаметру пыльцевых зерен. Определена автофертильность растений, которую рассчитывали как отношение числа выполненных семянок к количеству трубчатых цветков в корзинке.

Результаты. Скрещивание линий с контрастным проявлением дефектности пыльцы показало в F₁ в 8 случаях из 10 разные типы доминирования нормальной пыльцы. В двух скрещиваниях линии КГ49 с дефектностью пыльцы в качестве материнской формы с нормальными линиями ВК195 и ВК305 обнаружено промежуточное наследование признака. Значительная разница в величинах реципрокных скрещиваний указывает на материнский эффект в наследовании признака дефектности пыльцы у линии КГ49. Для линии ВК101 с нормальной пыльцой после экологического стресса по технологии TE-genesis наблюдали широкую изменчивость как дефектности пыльцы, так и автофертильности с отрицательной корреляцией между ними.

Заключение. Связь морфологической дефектности пыльцы с автофертильностью изучена в трех существенно различных вариантах: гомозиготности константных линий с контрастными значениями признаков, гетерозиготности межлинейных гибридов и средовой модификации эпигенетического стресса у нормальной линии. Во всех случаях установлена одинаковая закономерность снижения величины автофертильности при увеличении степени дефектности пыльцы.

1. Astiz V., Hernández L.F. Pollen production in sunflower (Helianthus annuus L.) is affected by air temperature and relative humidity during early reproductive growth. Phyton – International Journal of Experimental Botany. 2013;82:297-302. DOI: 10.32604/phyton.2013.82.297

2. Astiz V., Iriarte L.A., Flemmer A., Hernández L.F. Self-compatibility in modern hybrids of sunflower (Helianthus annuus L.). Fruit set in open and self-pollinated (bag isolated) plants grown in two different locations. Helia. 2011;34(54):129-138. DOI: 10.2298/HEL1154129A

3. Бочковой А.Д., Камардин В.А., Назаров Д.А. О перспективах отбора самофертильных биотипов в звеньях первичного семеноводства сортов подсолнечника. Масличные культуры. 2020;1(181):3-11. DOI: 10.25230/2412-608Х-2020-1-181-3-11

4. Бочковой А.Д., Хатнянский В.И., Камардин В.А., Назаров Д.А. Роль избирательности оплодотворения и самофертильности в селекции и семеноводстве подсолнечника (обзор). Масличные культуры. 2018;1(173):94-104. DOI: 10.25230/2412-608Х-2018-1-173-94-104

5. Демурин Я.Н., Рубанова О.А. Пыльцевой анализ растений различных генотипов подсолнечника. Масличные культуры. 2021;2(186):10-17. DOI: 10.25230/2412-608Х-2021-2-186-10-17

6. Gandhi S.D., Heesacker A.F., Freeman C.A., Argyris J., Bradford K., Knapp S.J. The self-incompatibility locus (S) and quantitative trait loci for self-pollination and seed dormancy in sunflower. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(4):619-629. DOI: 10.1007/s00122-005-1934-7

7. Гриднев А.К. Возможности улучшения линий подсолнечника отбором биотипов с высокой выраженностью количественных признаков при инбридинге. Масличные культуры. 2013;1(153-154):31-35.

8. Karabitsina Yu.I., Gavrilova V.A., Alpatieva N.V., Kuznetsova E.B., Anisimova I.N. Peculiarities of inheritance of pollen fertility restoration trait in sunflower with cytoplasmic male sterility. Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1375-1382. DOI: 10.1134/S1022795419110073

9. Kaur D., Singhal V.K. Meiotic abnormalities affect genetic constitution and pollen viability in dicots from Indian cold deserts. BMC Plant Biology. 2019;19(1):10. DOI: 10.1186/s12870-018-1596-7

10. Mather K., Jinks J.L. Components of means: additive and dominance effects. In: K. Mather, J.L. Jinks (eds). Biometrical Genetics. 3rd ed. Boston, MA: Springer; 1982. p.65-81. DOI: 10.1007/978-1-4899-3406-2

11. Miller J.F., Fick G.N. Genetic of sunflower. In: A.A. Schneiter (ed.). Agronomy Monographs. Vol. 35. Sunflower Technology and Production. Madison, WI: American Society of Agronomy; 1997. p.441-495.

12. Prasifka J.R., Portlas Z.M., Hulke B.S. Pollen quantity, but not grain size, is correlated with floret size in cultivated sunflower, Helianthus annuus L. Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2023;21(3):269-273. DOI: 10.1017/S1479262123000709

13. Sun Y., Godwin I.D., Arief V.N., Delacy I.H., Lambrides C.J. Factors controlling self-fertility in sunflower: the role of GCA/SCA effects, S alleles, and floret characteristics. Crop Science. 2012;52(1):128-135. DOI: 10.2135/cropsci2011.04.0188

14. Thieme M., Lanciano S., Balzergue S., Daccord N., Mirouze M., Bucher E. Inhibition of RNA polymerase II allows controlled mobilization of retrotransposons for plant breeding. Genome Biology. 2017;18(1):134. DOI: 10.1186/s13059-017-1265-4

15. Воронова О.Н., Гаврилова В.А. Количественный и качественный анализ пыльцы подсолнечника (Helianthus L.) и его использование в селекционной работе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(1):95-104. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-95-104

16. Воронова О.Н., Карабицина Ю.И., Алпатьева Н.В., Гаврилова В.А., Анисимова И.Н. Феномен цитоплазматической мужской стерильности у подсолнечника и возможные причины пониженной завязываемости семян в F2 гибридов. Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2024;(153):97-106.