УДК 575.633.11.

 

ХРОМОСОМНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ  ГЕНОВ КОНТРОЛИРУЮЩИХ  РЕАКЦИЮ МОНОСОМНЫХ РАСТЕНИЙ  НА ДЕЙСТВИЕ ХЛОРИСТОГО КАДМИЯ

2007г. Шулембаева К.К.,  Чунетова  Ж.Ж., Омирбекова Н.Ж.

 

Казахский   национальный университет  им. аль-Фараби,,  Алматы 050038; факс: (3272) 47-26-76;

 e-mail: Kulzia@kazsu.kz

 

Проведен моносомный анализ реакции сорта Казахстанская 126 на действие CdCl2 по фазам развития и по ряду количественных признаков.  Выявлено различие между эффектом моносомного состояния растений и реакцией этого состояния на действие CdCl2 у сорта Казахстанская 126. Под действием CdCl2 установлено, что в хромосомах 5А и 3А   локализованы гены, контролирующие  раннее появление всходов, в хромосомах 2А, 6А – ускорение кущения, а в хромосомах 3А и 6D локализованы гены, определяющие замедление кущения. За ускорение стадий трубкования, колошения и восковой спелости отвечают  хромосомы 2А, 5А, 6А и 3В.

 

       Моносомные линии  позволяют выявить критические хромосомы и провести локализацию генов, определяющих  хозяйственно-ценные признаки  пшеницы [1-4]. При помощи новой  серии моносомных линий сорта Казахстанская 126  нами были локализованы гены,  контролирующие ряд качественных и количественных признаков пшеницы: элементы продуктивности,  тип развития, окраска зерна, устойчивость к болезням (бурая и желтая ржавчина, твердая головня) и др. В данной работе представлены результаты локализации генов, определяющих реакцию  21 моносомной  линий  на действие соли тяжелого металла - CdCl2.

      Известно, что использование солей тяжелых металлов, в частности хлористого кадмия расширяет спектр изменчивости  качественных и количественных признаков растений [5-7]. Проведенное нами исследование в этом направлении показало, что CdCl2 оказывает морфологическое изменение в растениях пшеницы. В дальнейших исследованиях отобраны измененные формы с положительными признаками, которые стойко наследовались М1 -  М5 [8,9].

     В связи с этим представлялось интересным  провести хромосомную локализацию генов, контролирующих реакцию изменения признаков моносомных линий  сорта Казахстанская 126  на действие  хлористого кадмия,  так как сведения  по исследованию хромосомной локализации генов  при влиянии  тяжелых металлов  в литературе практически не встречаются.

 

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

 

    Материалом исследований послужили контрольные и опытные варианты серии моносомных  ли­ний сорта Казахстанская 126, обработанные 0,01% водным раствором хлористого кадмия.  Полевые эксперименты проводили  на полях Республиканского научно-производственного Центра “Земледелие и растениеводство”.

    Моносомные растения идентифицировали по подсчету хромосом в метафазе 1 мейоза и на­личию унивалента, а также на основании нарушений хромосом в анафазе 1 и наличию микроядер в тетраде.

    Математическую обработку данных проводили путем нахождения средней арифметической и ее ошибки по анализируемым количественным признакам и определению достоверности разности.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

 

Сравнительный анализ опытных и контрольных вариантов 21 моносомной линий сорта Казахстанская 126  показал  различие между мо­носомными растениями по всхожести, кущению,  колошению и восковой спелости, высоте растений, длине главного колоса.

        Всходы. Изучение реакции моносомных линий сорта Казахстанская 126 на действие CdCl2   показало, что за раннее появление всходов ответственны гены, локализованные в хромосомах 2А, 3D (ускоряет на 5 дней), 5А и 3А (на 7 дней), 4А и 4 D (на 3дня). 

       Кущение. Гены хромосом  - 2А и 6А ускоряют стадии кущения на 5дней, а хромосомы 3А и 6D замедляют эту фазу развития на 5-6 дней  по сравнению с контролем.  Хромосома 3В ускоряет фазу трубкования и колошения на 3 дня, а хромосомы 2А, 5А, 6А и 3В -  колошение и восковую спелость на 7 дней.

       В таблице 1 представлен сравнительный анализ элементов продуктивности растений контрольных и опытных вариантов моносомных линий сорта Казахстанская 126, обработанных CdCl2.     Анализ по количественным признакам проводили по высоте растений, длине колоса, продуктивной кустистости, числу зерен и массе зерна с главного колоса. 

Высота растений.  В опытном варианте уменьшение высоты растения наблюдали по хромосомам  3В на 23,5 см, 7В на 8,9см, 4В на  4см,  по 2А  на 41,5 см. 

Увеличение высоты растения - по хромосомам  1А  на 19,5 см, 2В на  13,0 см, 7 D на  13,0 см,  6А на  15,5 см и 4D на  15,5 см  по сравнению с контролем. Значительное снижение высоты растения по хромосоме 2А, а увеличение высоты по хромосоме 1А вероятно связаны с тем, что именно в этих хромосомах локализованы гены,  контролирующие реакцию моносомных линий на действие CdCl2.  Известно, что моносомное состояние растений имеет либо положительный,  либо отрицательный эффект. Из результатов наших исследований видно, что моносомные растения реагируют на действие хлористого кадмия  независимо от эффекта моносомии.  

Длина колоса.  Действие CdCl2 достоверно удлиняет колос  моносомных линий  по хромосоме  1А на 4,1 см по сравнению с контролем,  а  достоверно укорачивают колос  гены хромосом 2А на 2,1см,  4В на 2 см и 3D на 1,2 см.

Продуктивная кустистость. Под действием CdCl2  продуктивная кустистость сорта Казахстанская 126 достоверно увеличивается у моносомных линий по хромосомам 1А,  6А, 7А, 3В и  7В на 12,9; 13,5; 13; 8; 8,5 стеблей соответственно. Уменьшение этого признака контролируются генами хромосом 2А на 17,5 стеблей, 3А на 6,5 стеблей, 2D на 2 стеблей по сравнению с контрольными моносомными  линиями и исходным сортом.

Число зерен с одного растения. Сравнительный статистический анализ среднего числа зерен с одного растения показал, что почти все хромосомы, кроме 4А, 1В, 2В, 2D (таблица 2), достоверно уменьшают число зерен. Однако масса зерна с одного растения показала обратные результаты. У всех моносомных линий по массе зерна достоверного отличия между опытными и контрольными вариантами не наблюдалось. Отсюда видно, что под влиянием CdCl2 увеличение числа зерен не приводило к увеличению массы зерна. Возможно, это связано с тем, что CdCl2 подавляет  полноценное формирование зерна.  Положительная реакция  растений на действие CdCl2 по хромосомам  1А, 3В,  4D, 6D и   7D и отрицательная реакция растений по хромосомам 2А и 4А  позволяют локализовать гены, контролирующие массу  зерна с одного растения в этих хромосомах.

Таким образом, проведенный моносомный анализ реакции сорта Казахстанская 126 на действие CdCl2 показал: в хромосомах 5А и 3А   локализованы гены, контролирующие  раннее появление всходов, в хромосомах 2А, 6А – ускорение кущения, а в хромосомах 3А и 6D локализованы гены, определяющие замедление кущения растения. За ускорение стадий трубкования, колошения и восковой спелости отвечают  хромосомы 2А, 5А, 6А и 3В.

     Работа поддержана грантом фонда науки Министерства образования и науки Республики Казахстан: «Использование экспериментального мутагенеза и хромосомной инженерии для создания высокопродуктивных форм пшеницы», № Госрегистрации 0103РК00416.

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Sears E.R. The aneuploids of comnon wheat // Univ. Mis. Agric. Exp. Stat. Res. Bull., 1954.- Vol. 572,- Р.1-59.

2. Майстренко О.И. Создание серии моносомных линий у мягкой пшеницы Triticum aestivum и их использование в генетических исследованиях // в кн.: Цитогенетика пшеницы и ее гибридов.- М.:- Наука. 1971.- С.104-110.

3. Майстренко О.И., Лайкова Л.И., Арбузова В.С., Ефремова Т.Т.,  Попова О.М., Мельник В.М. Хромосомная локализация генов S1, S2 и S3 сферококкоидных мутаций мягкой пшеницы // Проблемы эволюционной, селекции и интродукции. Материалы научных чтений, посвященных 100-летию профессора В.П.Чехова. Томск, 1997 - С.37-39.

4. Гончаров Н.П.  Локализация  генов  у  мягкой  пшеницы.- Новосибирск: 1992. -150с.

5. Ваулина Э.Н., АникееваИ.Д., Коган И.Г. Влияние ионов кадмия на деление клеток корневой меристемы Сrepis capillaris (L)Waller // Цитология и генетика.1978.12.  № 6.  C. 497-5003.

6. Рыскаль Г.В. Цитогенетическое действие химических мутагенов на пшеницу и анализ некоторых макромутантов // Цитогенетика зерновых культур. Таллин 1990. С.113-118.

7. Мельничук A.П. Влияние ионов кадмия на клеточное деление и рост  растений.  Киев: Наука. Думка, 1990. C.148.

8. Чунетова Ж.Ж., Нысанбаева К.Н., Аскарова Н.А., Омирбекова Н.Ж .Влияние солей тяжелых металлов на активность деления клеток в первичных корешках пшеницы сорта Казахстанская 126 // Межд конф. «Генетика в XXI веке; современное состояние и перспективы развития». (Москва, 6-12 июня 2004г): Тез.докл. Москва ,2004. C. 325

9. Сhunetoba Ch, Ch., Schulembaeba K.K. «Ukrainian-U.K workshop on plant biotechnology, biotech approaches to engineering plant growth 14-16 march 2004 alta» //  EWAC NEWsletters. Ukraine 2004  P. 11.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.     Реакция роста и развития моносомных растений на действие CdCl2

Хромосома

 

 

 

Сроки посева

Дата появления

Всходов

Кущение

Трубкование

Колошение

Восковая спелость

1

2

3

4

5

6

7

1А контроль

14.10.03

28.10.03

5.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

5.04.04

13.05.04

3.07.04

27.04.04

2А контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

23.10.03

10.04.04

10.05.04

27.06.04

20.07.04

3А контроль

14.10.03

1.11.03

10.04.04

10.05.04

30.06.04

20.07.04

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

25.07.04

4А контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04.

10.05.04

30.06.04

22.07.04

CdCl2

 

25.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

5А контроль

14.10.03

1.11.03

15.04.04.

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

25.10.03

15.04.04

10.05.04

27.06.04

20.07.04

6А контроль

14.10.03

26.01.03

15.04.04

13.05.04

6.07.04

30.07.04

CdCl2

 

26.10.03

10.04.04

10.05.04

30.06.04

23.07.04

7А контроль

14.10.03

28.10.03

5.04.04

10.05.04

5.07.04

30.07.04

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

1В контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.04

5.07.04

30.07.04

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

2В контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04.

10.05.04

30.06.04

22.07.04

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

3В контроль

14.10.03

1.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.03

27.07.04

                                 

                                    

    Продолжение таблицы 15

1

2

3

4

5

6

7

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

10.05.04

27.06.06

20.07.04

4В контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.04

5.07.04

30.07.04

CdCl2

 

1.10.03

15.04.04

13.05.04

5.07.04

30.07.04

5В контроль

14.10.03

28.10.03

10.04.04

10.05.06

1.07.04

24.07.04

CdCl2

 

26.10.03

15.04.04

10.05.04

27.06.06

20.07.04

6В контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

10.05.04

2.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

10.05.06

5.07.04

30.07.04

7В контроль

 

28.10.03

10.04.04

10.05.06

1.07.04

24.07.04

CdCl2

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.06

3.07.04

27.07.04

1D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

2D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

10.05.04

2.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

3D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04.

10.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

23.10.03

18.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

4D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

25.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

5D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04.

13.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

13.05.04

3.07.04

27.07.04

6D контроль

14.10.03

28.10.03

9.04.04

10.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

10.05.04

3.07.04

27.07.04

7D контроль

14.10.03

28.10.03

15.04.04.

15.05.04

3.07.04

27.07.04

CdCl2

 

28.10.03

15.04.04

15.05.04

3.07.04

27.07.04

Таблица 2.   Сравнительный  анализ элементов продуктивности растений контрольных и опытных вариантов моносомных линий, обработанных  CdCl2

 

№ п/п

Моносомные линии сорта Казахстанская 126

Высота растений  (см)

Длина колоса  (см)

Кустистость (шт)

 Среднее  число зерен с одного растения (шт)

Масса зерна с одного растения (гр)

Х ± m

Х ± m

Х ± m

Х ± m

Х ± m

1

2

3

4

5

6

7

1

1А Контр

1А CdCl2

108,4 ± 1,7

127,9*** ± 3,0

10,0 ± 0,9

14,1*** ± 0,6

6,9 ± 0,7

19,8***±1,8

125,0 ± 0,8                      

229,6*** ± 2,0

0,06 ± 0,8

0,26 ± 1,0

2

2А Контр

2А CdCl2

126,0 ± 0,5

84,5*** ± 1,5

11,5 ± 0,5

9,4* ± 0,3

23,0 ± 0,8

5,5*** ± 0,5

177,0 ± 0,6

43,0*** ± 2,3

0,28 ± 0,4

0,05 ± 0,8

3

3А Контр

3А CdCl2

105,5 ± 0,8

111,5 ± 6,7

12,7 ± 0,5

13,1 ± 0.9

13,5 ± 1,2

7,0** ± 2,2

64,0 ± 0,6

68,0*** ± 0,9

0,07 ± 0,5

0,13 ± 0,3

4

4А Контр

4А CdCl2

114,4 ± 0,5

114,0 ± 0,6

12,3 ± 0,7

13,0 ± 1,8

18,0 ± 1,2

7,0*** ± 0,8

259,0 ± 0,7

256,6 ± 3,0

0,39 ± 0,2

0,27 ± 0,1

5

5А Контр

5А  CdCl2

125,0 ± 0,8

124,5 ± 0,4

11,6 ± 0,4

12,0 ± 0,4

24,5 ± 1,2

24,0 ± 1,2

345,0±0,8

375,4*** ±1,3

0,49 ± 0,4

0,49 ± 1,0

6

6А Контр

6А  CdCl2

84,0 ± 0,1

99,5*** ± 0,5

11,0 ± 0,1

11,0 ± 1,0

6,0 ± 0,1

19,5*** ± 0,5

279,0 ± 0,6

285,0*** ± 1,2

0,39 ± 0,3

0,34 ± 1,0

7

7А Контр

7 А CdCl2

110,0 ± 0,7

103,6 ± 4,2

12,7 ± 0,3

12,3 ± 0,1

17,5 ± 1,0

30,5*** ± 2,5

282,0 ± 0,5

369,5*** ± 2,3

0,28 ± 0,4

0,48 ± 2,0

8

1В Контр

1В  CdCl2

110,0 ± 0,1

110,0 ± 0,6

12,8 ± 0,5

14,0 ± 1,2

16,0 ± 1,5

14,0 ± 0,9

259,0 ± 0,7

256,6 ± 3,0

0,50 ± 0,6

0,49 ± 0,1

9

2В Контр

2В  CdCl2

103,0 ± 0,4

116,0*** ± 3,0

12,5 ± 0,5

13,0 ± 0,1

11,5 ± 0,8

16,5 ± 3,4

261,3 ± 0,7

256,6 ± 3

0,47 ± 0,2

0,50 ± 0,6

10

3В Контр

3В  CdCl2

122,0 ±0 ,7

98,5*** ± 0,5

12,7 ± 0,7

12,0 ± 1,0

12,0 ± 0,2

20,0*** ± 2,2

158,0 ± 0,8

259,0*** ± 0,7

0,50 ± 0,1

1,55*** ± 0,3

11

4В Контр

4В  CdCl2

120,0 ± 0,5

116,0*** ± 1,0

13,0 ± 0,6

11,0* ± 0,7

22,0 ± 1,8

27,0 ± 3,6

271,0 ±0 ,5

283,0*** ± 0,5

0,82 ± 0,1

0,43*** ± 0,1

 

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

6

7

12

5В Контр

5В  CdCl2

110,0 ± 0,7

103,6 ± 4,2

12,7 ± 0,3

12,3 ± 0,1

17,5 ± 1

30,5 *** ± 1,7

187,0 ± 0,6

204,0*** ± 3,0

0,390 ± 0,3

0,470 ± 2,8

13

6В Контр

6В  CdCl2

113,0 ± 0,9

115,5 ± 1,7

11,9 ± 0,7

11,8 ± 0,5

29,0 ± 0,9

25,5 ± 3,2

385,0 ± 0,5

359,0*** ± 2,0

0,500 ± 0,6

0,490 ± 0,1

14

7В Контр

7В   CdCl2

120,0 ± 0,8

111,1*** ± 0,5

11,8 ± 0,2

12,2 ± 0,7

11,0 ± 0,1

19,5*** ± 0,5

279,0 ± 0,6

194,6*** ± 1,0

0,390 ± 0,3

0,810 ± 1,2

15

1D Контр

1D CdCl2

120,0 ± 0,2

111,7 ± 3,2

13,5 ± 0,9

12,8 ± 0,5

18,0 ± 0,6

15,2 ± 2,8

283,0 ± 0,5

261,3*** ± 2,0

0,430 ± 0,2

0,470 ± 0,3

16

2D Контр

2D CdCl2

116,0 ± 0,1

114,0*** ± 0,2

12,0 ± 0,5

13,0 ± 0,6

23,0 ± 0,6

21,0 **± 0,2

258,0 ± 0,7

257,0 ± 3,0

0,470 ± 0,2

0,500 ± 0,6

17

3D Контр

3D CdCl2

121,0 ±1,0

115,1± 3

12,7 ± 0,2

11,5* ± 0,6

16,3 ± 3

14,5 ± 1,9

235,0 ± 0,8

179,0*** ± 0,6

0,362 ± 0,4

0,235 ± 0,3

18

4D Контр

4D CdCl2

84,0 ± 0,1

99,5*** ± 0,5

11,0 ± 0,1

11,0 ± 1,0

6,0 ± 0,1

19,5*** ± 0,5

83,3 ± 0,9

187,0*** ± 3,0

0,110 ± 0,7

0,250 ± 2

19

5D Контр

5D CdCl2

125 ± 0,8

124,5 ± 0,4

11,6±0,4

12 ± 0,4

24,5 ± 1,2

24 ± 1,2

271 ± 0,5

273** ± 0,5

0,38 ± 0,2

0,28 ± 0,4

20

6D Контр 

6D CdCl2

110 ± 0,6

110 ± 0,6

12,8 ± 0,5

14 ± 1, 2

16 ± 0,5

14 ± 1,2

277,3 ± 0,4

359*** ± 2

0,293 ± 0,1

0,590** ± 0,1

21

7D Контр

7D CdCl2

103 ± 0,4

116*** ± 3

12,5 ± 0,5

13 ± 0,1

11,5 ± 0,8

16,5 ± 3,4

173,3 ± 0,7

221*** ± 3

0,223 ± 0,7

0,261 ± 3,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛОКАЛИЗАЦИЯ  ГЕНОВ ДЕТЕРМИНИРУЮЩИХ РЕАКЦИЮ МОНОСОМНЫХ РАСТЕНИЙ  НА ДЕЙСТВИЕ CdCl2

2005г. Шулембаева К.К.,  Чунетова Ж.Ж., Омирбекова Н.Ж., Нысанбаева К.Н.

 

Казахский   национальный университет  им. аль-Фараби,,  Алматы 050038; факс: (3272) 47-26-76;

 e-mail: Kulzia@kazsu.kz

 

 

Проведенный моносомный анализ реакции сорта Казахстанская 126 на действие CdCl2 показал: в хромосомах 5А и 3А   локализованы гены, контролирующие  раннее появление всходов, в хромосомах 2А, 6А – ускорение кущения, а в хромосомах 3А и 6D локализованы гены, определяющие замедление кущения. За ускорение стадий трубкования, колошения и восковой спелости ответственны хромосомы 2А, 5А, 6А и 3В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сведения об авторах

 

1. Шулембаева Кулзия Конуспаевна – д.б.н., профессор  кафедры генетики и молекулярной биологии Казахского национального университета им. аль-Фараби,  тел. раб (-3272)- 47-25-87,      e-mail: kulzia@kaszu.kz

2. Чунетова Жанар Жумабековна:     научный сотрудник НИИ 
     проблем биологии и биотехнологии  КазНУ им.Аль-Фараби.

3. Омирбекова Наргуль Жаппаровна – доцент кафедры генетики и мол.биологии КазНУ им.аль-Фараби,e-mail: omirbekova@kaszu.kz