Особенности формирования мужского гаметофита у новой полиплоидной формы яблони


УДК 576.356.5:576.354.4:634.11 2007
Авторы: Седышева Г. А., Горбачева Н. Г.
Селекция яблони на полиплоидном уровне является перспективным направлением, позволяющим при использовании ее наряду с другими, традиционными методами значительно расширить возможности получения новых сортов с высокой адаптационной способностью и большим биологическим потенциалом, пригодных для возделывания в садах интенсивного типа.
Пополнение коллекции исходных форм-доноров диплоидных гамет, необходимых для массового получения триплоидов, является важным этапом селекционной программы по яблоне с использованием полиплоидии.
В процессе селекционной работы от интервалентных скрещиваний были получены тетраплоидные формы яблони. Чтобы определить их селекционную ценность необходимо изучить состояние генеративной сферы. Это даст возможность определить необходимый объем скрещиваний и, в определенной мере, прогнозировать предполагаемые результаты.
Место проведения, объекты, методика
Работа выполнена в лаборатории цитоэмбриологии ВНИИСПК.
Объектом для изучения послужила тетраплоидная форма яблони 25-37-33, полученная от скрещивания тетраплоидной формы Уэлси с диплоидным сортом Антоновка обыкновенная.
Ход мейоза изучали на временных давленых препаратах, приготовленных ацетогематоксилиновым методом (Топильская, Лучникова, Чувашина, 1975).
Результаты исследований
Состояние генеративной сферы исходных форм необходимо знать для определения их селекционной ценности. Особенно важно в этом отношении цитоэмбриологическое изучение полиплоидных исходных форм, так как благодаря высокому числу хромосом, процесс мейоза у них может проходить с отклонениями от нормы. Поэтому от особенностей формирования гамет зависит качество последних и, в конечном счете, результаты гибридизации и плоидность гибридного потомства.
Тетраплоид 25-37-33 получен от опыления тетраплоидной формы Уэлси пыльцой диплоидного сорта Антоновка обыкновенная. Для селекции представляет интерес как форма с высокой полевой устойчивостью к парше и как донор диплоидных гамет.
Детальное изучение последовательных стадий мейоза при микроспорогенезе у формы 25-37-33 позволяет констатировать тот факт, что нарушения нормальных мейотических картин наблюдаются на всех стадиях (табл. 1).
1.Характеристика мейоза при микроспорогенезе у тетраплоидной формы 25-37-33 (Уэлси тетр. х Антоновка об.)


Стадии мейоза
Всего изучено клеток,
шт.
в том числе:
± m
нормальных
с нарушением
шт.
%
шт.
%
Метафаза – I
291
208
71,5
83
28,5
± 7,0
Анафаза – I
272
189
69,5
83
30,5
± 7,8
Телофаза – I
734
657
89,5
77
10,5
± 1,3
Метафаза – II
344
237
68,9
107
31,1
± 6,2
Анафаза – II
610
409
67,1
201
32,9
± 3,6
Телофаза – II
485
279
57,5
206
42,5
± 5,0
Тетрады
657
367
55,9
290
44,1
± 3,8
 
Причем количество нарушений несколько меньше на стадиях первого, гетеротипического деления и увеличивается во время второго, гомеотипического деления. В первом случае оно составляет от 10,5 до 30,5 %, во втором – от 31,1 – до 44,1 %.
Спектр нарушений довольно широк (табл. 2) и отличается определенной последовательностью и закономерностью. Так, если на начальных стадиях мейотического деления в метафазе – I,метафазе – II, анафазе – I и анафазе – II наблюдаются выбросы отдельных хромосом или групп хромосом за пределы ахроматинового веретена в цитоплазму микроспороцита или сверхчисленные веретена, то на завершающих стадиях мейоза в телофазе – I, телофазе – II, на стадии тетрад будут в обязательном порядке присутствовать микроядра и сверхчисленные ядра, а на стадии тетрад – сверхчисленные микроспоры-полиады.
 
2. Типы нарушений на последовательных стадиях мейоза
у тетраплоидной формы 25-37-33 (Уэлси тетр. х Антоновка об.)


 

 

Стадия
мейоза
Общее число наруш.
Типы нарушений
Число наруш.,
шт.
% от общего числа наруш.
Метафаза-I
83
забегания 1-3 хромосом
62
74,7
выброс 1-5 хромосом
5
6,0
диффузное распределение хромосом
3
3,6
расщепление веретена
2
2,4
комбинация из 2 и более типов
11
13,3
Анафаза-I
83
отставание 1-3 хромосом
65
78,4
выбросы 1-2 хромосом
8
9,6
мост
3
3,6
забегания
1
1,3
комбинация из 2-х типов
6
7,2
Телофаза-I
78
микроядра (1-6), сверхчисленные ядра
63
80,8
неравные по величине ядра
12
15,3
безъядерный микроспороцит
1
1,3
одноядерный микроспороцит
2
2,6
Метафаза-II
107
сверхчисленные веретена (3-5)
22
20,6
забегания    
43
40,2
 
выбросы
29
27,1
отставания
6
5,6
асинхронное деление
1
0,9
комбинация из 2-х и более типов
6
5,6
   
Анафаза-II
201
сверхчисленные веретена (3-5)
81
40,3
отставания    
75
37,3
 
выбросы
31
15,4
мост
2
1,0
безъядерный микроспороцит
1
0,5
комбинация из 2-х и более типов
11
5,5
   
Телофаза-II
206
микроядра (1-2)
54
26,2
сверхчисленные ядра (5-8)
150
72,8
мост
1
0,5
триада
1
0,5
Тетрады
290
полиады (5-8)
221
76,2
микроядра (1-3)
46
15,9
неравные микроспоры в тетраде
21
7,2
триада
2
0,7
 
Что касается количественного выражения отдельных типов нарушений, следует отметить следующее. На стадии метафазы как в первом, так и во втором делении мейоза преобладает тип нарушений – забегание отдельных хромосом или групп хромосом к одному или обоим полюсам веретена деления. Этот тип нарушения составляет 74,7 % в метафазе – I и 40,2 % - в метафазе – II. Далее, значительный процент от общего числа нарушений составляют выбросы 1-5 хромосом за пределы ахроматинового веретена. Причем на стадии метафаза – I они составляют 6 %, а на стадии метафаза – II – значительно больше, а именно, - 27,1 %. Следует также отметить, что если такое нарушение, как преждевременное забегание отдельных хромосом к полюсам веретена деления частично будет нивелироваться за счет объединения этих хромосом с основными группами в процессе анафазного движения, то выброшенные в метафазе – I и метафазе – II в цитоплазму микроспороцита хромосомы сформируют дополнительное веретено деления, а впоследствии, в обязательном порядке, сверхчисленные ядра и микроядра. Таким образом, в основном в результате наличия выбросов групп хромосом в метафазе – I, на стадии метафаза – II значительное количество от общего числа нарушений составляют сверхчисленные веретена. Число их может варьировать в одном микроспороците от 3 до 5. Дополнительные веретена могут быть различной величиныв зависимости от того, какое количество хромосом участвовало в их формировании. Число микроспороцитов со сверхчисленными веретенами составляет 20,6 % от общего числа нарушений. В отдельных случаях в метафазе первого деления наблюдали расщепление веретена, на стадии метафаза – II – асинхронное деление в разных веретенах. В последнем случае в микроспороците в одной фигуре деления хромосомы находятся на стадии метафазы, то есть расположены в экваториальной плоскости веретена деления, а во второй – хромосомы уже находятся в анафазном движении, приближаются к полюсам веретена. Отмечены также случаи наличия одновременно двух или более типов нарушений в одном микроспороците. Например, в одном и том же микроспороците одновременно можно наблюдать забегания и выбросы хромосом или забегания, выбросы и сверхчисленные веретена. Такое явление отмечено в 13,3 % случаев на стадии метафаза – I, и в 5,6 % случаев на стадии метафаза – II.
Во время анафазы и в первом и во втором мейотическом делении наиболее многочисленную группу составляют отставания 1-3 хромосом в центре веретена деления. В анафазе – I этот тип нарушений составляет 78,4 %, в анафазе – II – 37,3 %. Кроме того, на стадии анафаза – II примерно в таком же количестве (40,3 %) отмечены сверхчисленные веретена. Число их может достигать 3-5 на один микроспороцит. Наблюдается также довольно часто выброс отдельных хромосом или групп хромосом в цитоплазму микроспороцита. Количество нарушений этого типа составляет 9,6 % в анафазе – I и 15,4 % в анафазе – II. В отдельных микроспороцитах на стадии анафазы наблюдаются мосты и комбинации из двух или более типов нарушений в одном микроспороците.
Телофаза, как в первом, так и во втором мейотическом делении, характеризуется наличием таких аномалий, как микроядра и сверхчисленные ядра. В телофазе – I количество таких нарушений составляет 80,8 %, в телофазе – II – 99 % от общего числа нарушений. Соответственно на последующей стадии, завершающий мейоз, на стадии тетрад самым распространенным типом нарушений является наличие полиад-спорад число микроспор в которых превышает нормальное и составляет от 5 до 8. Кроме того, на этой стадии мейоза отмечено значительное количество микроспор с микроядрами. Число полиад составляет 76,2 %, а микроспор с микроядрами – 15,9 % от общего числа нарушений. Далее отмечено наличие тетрад, в которых микроспоры не равны по величине. Такие тетрады составляют 7,2 %. Наблюдаются также одиночные случаи (0,7 %) образования триад вместо нормальных тетрад. Все эти отклонения свидетельствуюто неправильном распределении хромосом во время мейотического деления, а следовательно, об образовании гамет, несбалансированных по числу хромосом.
Однако, следует обратить внимание на тот факт, что число микроспороцитов с нарушениями на разных стадиях составляет от 10,5 до 44,1 %. То есть более 50 % микроспороцитов даже на завершающей стадии мейоза имеют правильные картины деления. То есть распределение хромосом в этих микроспороцитах будет также правильным, а следовательно, значительная часть гамет будут вполне нормальными, со сбалансированным числом хромосом. Это подтверждается и анализом состояния микроспор на стадии распавшихся тетрад: нормальные по внешнему виду и размеру микроспоры составляют 72,4 %. На долю неполноценных: мелких, деформированных и аномально крупных микроспор приходится 27,6 %, это лишь четвертая часть от общего числа микроспор.
Заключение
Таким образом, детальное изучение хода мейоза при микроспорогенезе у новой тетраплоидной формы яблони 25-37-33 (Уэлси тетраплоидный х Антоновка обыкновенная) свидетельствует о том, что несмотря на обилие разного рода нарушений на всех последовательных стадиях формирования мужских гамет, более чем в половине микроспороцитов мейоз протекает правильно и завершается формированием достаточного количества нормальной, полноценной диплоидной пыльцы. Следовательно, данная формавполне пригодна для использования ее в селекционной работе в качестве донора диплоидных гамет.