Физиолого-генетические аспекты явления фасциации на примере модельного объекта Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Душанбе - 2006

03.00.12 - физиология и биохимия растений, 03.00.15 - гейетика
Актуальность работы. Феномен фасциации вегетативных и генеративных органов у высших растений представляет собой широко распространенное среди сосудистых растений явление, выражающееся в резком отклонении от нормальной формы и структуры осевых органов растений вследствие их мощного и неправильного разрастания. Фасциация обычно сопровождается нарушением в листорасположении и резким умножением числа гомологичных органов цветка (элементов околоцветника, андроцея и особенно гинецея), что приводит к образованию сложных фасциированных плодов, например, у культурных сортов томата. По мнению Н.М. Жуковского (1971) и ВЛ. Витковского (1984) в эволюции многих культурных растений важнейшим этапом морфогенеза стеблей, соцветий и плодов служила и продолжает служить фасциация -[23, 11]. Объем плода у фасциированных растений, как правило, больше, чем у не фасциированных. Следовательно, фасциация еще далеко не использованный резерв увеличения продуктивности растений путем создания крупноплодных растений. Вследствие этого изучение генетической природы и физиологических особенностей феномена фасциации имеет не только научное, но и практическое значение.
В 1978 г. в лаборатории физиологической генетики Института физиологии растений и генетики АН Республики Таджикистан П.Д. Усмановым и Г.А. Старцевым был замечен ярко выраженный феномен фасциации стебля и стручка у арабидопсиса. Это явление наблюдалось во втором поколении при скрещивании мутанта 90 с мутантом 1и’со[57, 99]. Генетическая природа и механизмы возникновения фасциации у выделенных фасциированных форм не были изучены. В связи с этим представлялось интересным продолжить эти исследования, и выполнить экспериментальную работу, в результате которой можно было бы получить данные,
характеризующие генетическую природу и механизмы возникновения фасциации.
Цель и задачи исследования: Целью данной работы явилось изучение генетических механизмов фасциации, исследование фасциации в зависимости от условий вегетации, получение данных, характеризующих физиологические особенности фасциированных растений арабидопсиса, анатомические особенностей строения стебля фасциированных растений.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-дать фенотипическую характеристику хлорофилльных мутантов, мутанта 90 и рас Бланус, Энхайм, Колумбия;
- получить гибриды второго поколения от скрещивания мутанта 90 с хлорофилльными мутантами и провеете генетический анализ их;
- выделить чистую линию фасциированных растений из гибридных линий;
- определить степень экспрессивности и пенетрантности признака фасциации стебля в зависимости от условий выращивания;
- произвести сравнительный морфо-анатомический анализ фасциированных и исходных форм;
- произвести сравнительный анализ продуктивности исходных форм и фасциированных растений.
Научная новизна и практическая значимость работы. Показано, что взаимодействие гена булавовидности стручка мутанта 90 с генами хлорофилльных мутантов ведет к возникновению новых форм с фасциированным стеблем. Выявлена положительная корреляция между степенью фасциации стебля и продуктивностью. Методом гибридологического анализа впервые выделены линии с ярко выраженной специфичностью типов наследуемой фасциации стебля, которые в зависимости от вариантов скрещивания мутанта! 90 с мутантами flavi-І имеют плоско-лентовидную, спирально-лентовидную и крестовидную формы стебля. Продуктивность полученных фасциированных растений намного превышала
исходные мутанты. Целенаправленный подбор мутантов для получения гибридов с фасциацией стеблей и плодов может служить основой для создания высокопродуктивных сортов культурных растений.
Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в материалах 6 научных международных и республиканских конференций: 36-й международной научной конференции «Студент и научно-технический прогресс», Новосибирск, 1998г.; республиканской конференции, посвященной 50-летию ТГНУ «Физиолого-биохимические основы продуктивности растений», Душанбе, 1998г.; на конференции молодых ученых Академии наук Республики Таджикистан, посвященной 50-летию Академии наук Республики Таджикистан, Душанбе, 2001г.; 2-й
международной конференции молодых ученых «Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений», Харьков, 2003г.; конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития физиологии растений», посвященной 40-летию Института физиологии растений и генетики Академии наук Республики Таджикистан и 80-летию города Душанбе, 2004г.; конференции «Современные проблемы генетики, радиобиологии, радиоэкологии и эволюции», посвященной Н.В. Тимофееву- Ресовскому, Ереван 2005 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 3-х глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложения.
Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 2 рисунка, 20 таблиц, 7 графиков, 5 гистограмм и 17 фотографий. Список цитируемой литературы включает 100 источников, в том числе 15 на иностранных языках.

Введение 3
Глава 1. Обзор литературы
1.1. История исследования явления фасциации 6
1.2. Типы фасциации 12
1.3. Причины возникновения фасциации 14
1.4. Использование арабидопсиса как объекта
генетических исследований . 16
Глава 2. Объект, методы и условия проведения исследований '
2.1. Характеристика объекта исследований 28
2.2. Методы исследований 32
2.3. Место и условия проведения экспериментов 34
Глава З.Эксперименталъная часть
3.1. Феногенетика фасциированных и исходных форм
арабидопсиса 36
3.2. Гибридологический анализ 47
3.3. Пенетрантность и экспрессивность фасциироваппых линий
арабидопсиса при различных условиях вегетации 52
3.4. Морфологический сравнительный анализ фасциированных
мутантов и мутанта 90 70
3.5. Сравнительный анатомический анализ фасциированных и
нефасциированных растений 76
Заключение 81
Выводы 83
Список использовапной литературы 85
Приложение 96