Способ изменения типа развития у злаковых культур

(5)5 А Изменение яровЫх наоборот широко испо практике селекционной , применение и сейчас, В ев используется измен в озимые и сь ранее в и находинстве случа овых В ози зла ко ьзова рабо больш ние я л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт молекулярной биологии и генетики АН УССР(56) Ремесло В.Н, Селекция; семеноводство и сортовая агротехника пшеницы, - М,: Колос, 1977, с. 14-.25.Калиев А.ХНургасенов Т.Н. К вопросу изменения яровой твердой пшеницы в озимую. - Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана, 1978, М 8, с, 40-42,Писарева А.А., Новикова М,В., Барашкова Э.А, Озимые формы яровой пшеницы сорта Ленинградка, индуцированные этиленимином, НТ бюллетень ВИР. 1984, М 142. с. 54-57,Стельмах А.Ф. Генетика скорости и типа развития мягких пшениц, Труды Ч сьезда ВОГИС: Тезисы докл, - М., 1987, т. 4, с, 93.Суриков И,М Романова Н,П, Некото- рые данные о наследовайии признака яровость - озимость у ржи, Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1980, т. 67, пВ 3, с. 46-49,Гершензон С,М., Алексэндров Ю.Н., Малюта С,С, Мутагенное действйе ДНК и Изобретение относится к генетике и сеекции и может быть использовано для поления яровых злаков с хозяйственно енными признаками. вирусов у дрозофилы. - Киев; Наукова думка, 1975,Картель Н,А, Эффекты экзогенной ДНКу высших растений. -Минск: Наука и техника, 1981,Моргун В.ВЛарченко Е.А., ТкаченкоА,В. и др. Роль экзогенной ДНК в формообразовательном процессе. Экологическая генетика растеий и животных. - Кишинев;Штиинца, 1984, с, 131,Картель Н.А., Забенькова К,И, Генети ,еские изменения и возможный механизм ихвозникновения под действием экзогеннойДНК у растений. - Весц АкадэмИ НавукБССР, сер, бял. навук, 1984, М 6, с. 42-46.Глущенко И,Е. Трансформация озимо- Ясти в яровость, как метод создания высокопродуктивных сортов яровой пшеницы, -Доклады ВАСХНИЛ, 1979, М 2. с, 3-6.(54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ТИПА РАЗВИТИЯ У ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР(57) Использование: сельское хозяйство, селекционно-генетические исследования, биотехнология, Перед посевом семена озимых фкультур обрабатывают экзогенной нативнойи модифицированной ДНК в концентрации (Я100-400 мкг/мл после чего их высевают и Яполучают яровые формы. 4 табл.ОО1мые. В основном этот прием применяютдля получения генетического и селекционного разнообразия форм на пшенице, ржи, тритикале.Йаряду с посевом в обычные сроки используют скрещивэние яровых иозймых с последующим отбором, предпосевное облучение семян, мутагены, Последние два метода дают. особейно большую всп"ы)шку формообразования, в том числе появляются 10 растения с хозяйственно цЕйнымйпризнакамиПримером получения озимой йшеницыиэ яровой является нижеописанный эксперимент. Использовали предпосевное обл)- 15 чение семян и растений яровой твердой1 пшеницы ИКСС, после чего осенний посевдавал формы с устойчиво сохраняющимися признаками оэимости, Новые формы часто относились к другим разновидностям","отли чались по морфологии, рядухозяйственноценных признаков, таких как зимостоикость, продуктивность, жизнеспособность. При облучении чэстота появленйя новых формувеличилась, .- .::-"-: :. 25Примером и"спользованиямутагенов является известная рабогэ по индукции озимых форм пшенйцы из "ярЪвогосорта Ленинградка. По использовании 0,015%- ного раствора этиленимина среди 2614 рас тений М 2 яровой пшеницы получено пять озимых растений из разных семей, Три семьи при пересадке в теплицу осенью дали весной растения озимого типа, Мутантная форма 1 - "озимая ленинградка" оказалась 35 высокоустойчивой к полеганию, слабовосп риимчивой к мучнистой росе, морозоетойкой в условиях Поволжья, Онэ имеет ценные морфологические особенности (укороченную соломину, крупное зерно), 40Известно, что яровость - доминантный признак, обусловленный тремя парами генов у пшеницы и одной парой генов у ржи,Таким образом, при получении яровь х 45 форм из озимых у ржи рецессивный генозимости (цгп) должен смениться доминэнтным (Чгп). Не вникая детально в обьяснения механизма перестройки работы генетического аппарата в вышеуказанном 50 процессе, можно отметить. что создание стрессовых ситуаций, резкое изменение би-охимиэма при "переделках" озимых злаков в яровые само по себе создает хорошие условия для появления наследственных из менений. Усиливается этот" процесс йри нзличии различных обработок (мутагены, радиация), не говоря о скрещиваниях яровых и озимых, когда просто отбираются растения нужного типа рззвитг я. Известно. что действие экзоген ной ДНК (э-ДНК) вызывает многочисленные наследственные изменения в организме эукариот, которые относят как к мутациям, так и к трансформациям. Эти изменения отличаютсяот классических мутаций высокой частотойвозникновения. Стресс и одновременное наличие при "переделках" определенного количествэ доступной к использованию э-ДНКсоздает возможность появления большого количества мутаций, в том числе и доминантной мутации яровости (мгп Чгп),Наиболее близким к изобретению является метод получения яровой пшеницы изозимой воздействием экстремальных условий среды. Предварительно яровизированные семена.сортов озимой пшеницы Безостая 1, Безостая 4, Мироновская 60,Одесская 51 и других высевались весной. Срок яровизации варьировал от несколькихот 25 до 50 дней (однократно), В год посеванаблюдалось выколашивание от 3-5% до 1020% растений в зависимости от генотипасорта пшеницы. В первых поколениях выколашивание зависит от погодных условий ипри жарком сухом лете для большинстварастений может вообще не наступить,Влажное и холодное лето способствует выколашиванию в поздние сроки сравнительно с обычными (иногда до 100%),Процент выколосившихся растений изсорта Безостзя 1 нз 30 сентября в М составил 12,1% при 84,9% растений на стадиикручения, В М 4 выколосившихся растенийбыло 79,8% при 21,2% в стадии трубкования, В последующих поколениях на 30 сентября наблюдается полное выколашивание.У позднеспелой линии в М 5 лишь 11,9%растений выколашиваются к 30 сентября ипо-видимому, этот процесс не заканчивается и к М 10. В различных вариантах для единичных растений начало колошения можетварьировать. Наиболее раннее колошениенаблюдается у Безостой 2 с яровизацией 25дней (в контроле наиболее раннее колошение 20,7, а у Безостой 1 27,6).Проведение экспериментов с использованием мутагенов и облучения Со не привело к усилению выхода яровых формсравнительно с контролем, В опытах использованы диметилсульфат, этиленимин(0,006-0,01%) и другие мутагены в более высокой концентрации. Со в дозах 500015000 ч, Наблюдается гибель растений привышеуказанных обработках и отсутствиеположительных результатов при весеннемпосеве,Таким образом, для получения яровыхформ пшениц из озимых применяется экспериментальное воздействие в виде весен1752283него посева и дополнительная яровизация трации э-ДНК и составляет для ДНКтимуса в холодильных камерах перед первым посе- теленка в среднем 14,37+2,25%, что достовом весной Мо, В результате чего получают; верно превосходит контроль. При воздейстпозднее колошение в течение ряда поколе- вии ДНК человека результаты аналогичные ний с выколашиванием в августе - сентябре 5 (табл.1), Часть яровыхрастений в Мо приоби созреванием вплоть до октября; реверсию ретает устойчивость к полеганию благодаря части растений к озимому типу развития; болеежесткомуитолстОмустеблю, С растеэакрепление ярового типа развития к М 5- ний Мо собирают семена для посева в слеМ 11. Однако, в связи со сроками созрева- дующем годувесной(М 1), Анализ некоторых ния, о полной стабилизации ярового типа 10 вариантов М 1 показал, что приобработке развития в указанных экспериментах гово- ДНК тимуса 200 мкг/мл достоверно умень- рить еще не приходится, Высказана мысль шается высота стебля (до 100,7+ 3,43 см о том, что блоки хозяйственно ценных при- сравнительно с 108,9 см у исходного озимознаковизозимыхпередаютсявяровыефор- го сорта Житомирская (контроль), а также мы, В целом же автор не ставил перед собой 15 увеличивается количество продуктивных целью получение и отбор новых ценных стеблей(табл,2),ВМ 1 обнаруженырастения признаков, с ветвистыми колосьями, с рассеченной наЦельк изобретения является увеличе- узкие доли листовой йластинкой. Последние выхода яровых форм. ний признак независимо появился в другойСущность изобретения заключается в 20 семье Мр.том, что семена озимых форм обрабатывают П р и м е р 2, Обработка модифицироэкзогенными нуклеиновыми кислотами раз- ванными ДНК животного происхождения (эличного происхождения как нативными, так ДНК). Методика проведения эксперимента и модифицированными тиофосфамидом (э- . аналогична описаннол в примере 1, ДНТ), а затем ранней весной высевали в 25 Для замачивания семян используют грунт без предварительной яровизации. концентрации 100 и 200 мкг/мл ДНТтйм сат муса Опыты проведены с з-ДНК(э-ДНТ) животно- теленка и человека, Количество яровых расго и растительного происхождения, Отборы тений в Мо,цля ДНТ человека не отлйчается потомств обрабо 1 анных семян проведены от обработок ДНК животного происхож оМ.,. и,хожд 30 ния (12,514,09 ), а обработка ДНТ тимусаР езультативность воздействия прове- теленка дает несколько меньший процент рялась сохранением признака яровости, яровых растений (табл.1). Морфологических проявившегося с Мо до М 4, а также сокра- изменений в Мо не наблюдается за исклющением вегетационного периода до сроков. чением утолщения стеблей, как и в примере характерных для яровых, посеянных вес 1. В М 1 наблюдается появление потомств с ной, с одновременным проявлением хозяй- увеличенной кустистостью и широкой лисственно ценных признаков у полученных товой пластинкой, с утолщенными стебляяровцхформ. Для обработок использованы ми, с сильно укороченным стеблем и готовые промышленные препараты (ДНК одновременно с безостцми колосьями, тимуса теленка. ДНК крупного рогатого ско П р и м е р 3. Обработка семян озимой та), ржи нативными ДНК растительного происП р и м е р 1. Обработка семян озимой хождения. Используют нативные ДНК гороржи нативными ДНК животного происхож-, ха, пырея, картофеля,дурнишника, щирицы,топинамбура, полученные из однойменнцхИспользуют э-ДНК тимуса теленка и че растений,ловека в концентрациях 100, 200. 300 и 400 Методика обработки аналогична примемкг/мл, Семена в количестве 100 шт, на ру 1. Действие ДНК растительного проис- вариант в четырех повторностях замачива- хождения приводит к меньшему количеству ютвчашках Петри в воде в течение суток, а яровых растений в Мо: от 10,8 до 7,87 ь в затем переносят на 42 ч в растворы соответ различных вариантах (табл. 1). Отмечено поствующих концентраций э-ДНК (по 50 явление некоторых хозяйственно ценных мкг/мл на вариант). После обработки семе- признаков, Так, при действии ДНК гороха в на промывают в проточной воде и высевают Мо на одном из обработанных растений по- в почву в первой декаде мая, На протяжении явился ветвистыйколос. Его потомство (М 1, вегетационного периода отмечают появле табл,2) отличается комплексом особенно ниерастенийсизмененнымтипомразвития ценных в хозяйственном отношении при(яровые), которые выколашиваются от сере- знаков. прочным коротким стеблем, длин- дины июля до середины сентября и дают ным колосом, увеличенным количеством семена, Количество появившихся яровых стеблей, В М 1 одно из потомств после абра- растений практически не зависит от концен- боток ДНК пырея отличается повышеннымстеблеобразованием (до 40 стеблей на куст)и очень длинными листьями, Длина вегета-,ционного периода в Мо - М 1 существенйо неотличается по ваоиантам,П р и м е р 4. Обработка семян озимой 5ржи модифицированными ДНК раститель-ного происхождения. Полученными э-ДНТпри модификации тиофосФамидом всех э-,ДНК, указанных в примере 3, проводят об-работку семян аналогично примеру 1, 10Количество полученных яровых растений ввариантах обработки ДНТ растительногопроисхождения в большинстве случаев не,отличается от контроля (табл,1). ДействиеДНТ на хозяйственно ценные признаки заключается в том, что в М 0 с такой же частотой, как в примере 3. появляются растенияс коротким прочным стеблем, с удлиненнымколосом, Последнее чаще, чем в предыду-,щем варианте, 20П р и м е р 5. Обработка семян озимой,пшеницы Ассоциативная 1 нативной ДНКтимуса теленка.Обработка проводится аналогично при- -меру 1, табл. 4, Концентрация 100-400 25мкг/мл Ййэывает достоверное увелйчениеколичества яровых растений сравнительнос контролем (17,92+4,35).: . -.П р и м е р 6, Обработка семян озимойпшеницы Ассоциативная 1 алкилированной 30ДНК (ДНТ) тимуса теленка,Обработка проводится аналогично при-,меру 1. Укаэанная ДНТ также вызывает до;стоверное увеличение количества яровыхрастений сравнительно с контролем 35(12,73+3,22 ), табл, 4,П р и м е р 7, Обработка семян озимойпшеницы Ассоциэтивная:1 нативной ДНКпйрея.Обработка проводится аналогично примеру 1. Концентрация 100-200 мкг/мл такжевйзывает достоверное увеличение частотыяровых растений сравнительно с контролем(12,15+3,2 ), табл, 4.П р и м е р 8, Обработка семян озимой 45пшеницы Ассоциативная 1 ДНТ пырея,Обработка проводится аналогично примеру 1, табл. 4. Использованная концентрация 100-200 мкг/мл не вызываетдостоверного увеличения количества яровых растений сравнительно с контролем(6,35+3,08 0/О).Стабильное сохранение признака в примерах 5-8 наблюдается до М 4, Получены короткостебельные формы пшеницы свысокой продуктивностью и высоким содержанием белка, а.также формы, отличающиеся способностью произрастать наобедненных азотом почвах,Сравнение результатов с известным дает возможность выявить следующие преимущества предлагаемого способа:впервые для этих целей использовали действие э-ДНК. и э-ДНТ на фоне весеннего .посева озимой ржи и ишеницы, а известныйспособ применял весенний посев и яровизацию; получено большое разнообразие растений, обладающих селекционно ценнымипризнаками, отсутствовавшими в исходнойформе, и могущими служить ценным селекционным материалом, Известный способ неупоминает о наличии таких форм; в экспериментах на ржи в Мз и на пшенице в М 1 уже.не было выщепления озимых форм, а вопытах известного способа этот процесс продолжается до девятого поколения, что видноиз табл. 2 в работе 979 г, в Мо кущениенаблюдалось в 96% случаев, что даже больше, чем в контроле. Аналогичная картинабыла и в М 8,Формула изобретенияСпособ изменения типа развития у злаковых культур, включающий весенний посев, семян озимых и получение яровых форм,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода яровых форм, семена перед посевом обрабатывают экзоген ными нативными или алкилированными тиофосфамидом ДНК в концентрации 100-400 мкг/мл.1752283 10 Таблица 1 Лрцмео Вариан обработки яровых растений,Вариант обработки тСреднее для варианта М.н Среднее дляварианта МЭи Мн- :в "се ДНК тимусателенка а ЛНТ тинуса те"ленка 8,26 т 2,50 12,96 1 4,5711,664,1217,244,9515,654,5813,844,286,664,801 Ь,585,0814,00 .4,9011,29 2,859,84 - 4,04,83 г 2,727,0 2 4,939,52 т 36910,5214,06Ь,54 т 2,5610,634,498,62 + 3,68В,ЭЭ - 3,568,03,83. 7,143442 Ог(16 00 200 300 ЬОО В,ЗЗ.Э,56 8,193,51 14,37 2,25 12,50 ь 4,41 12,50 Ь,О 912504,41 ДНК человека 100 200 300 400ДНТ целоаека 14,7722,37 ДНТ гороха 5,872 2,89 5,9722,89 10,562 2,77"10,80 е 2,83" 00 200 3 ДНК гороха 3,441,4 6, 8923 3206,03,3500Ь 00 2 324,472,3264563119,00 в 3,69Э,572,47 4 ДНК пырея 100 200 ДНТ пырея 8,192,01 РКТ лурнишнииа 5 ДИК дурниш ника 200 300 6 Днк щиоицы 1 ОО 2002,0 1,45 9,622,87 "л 4,281 ДНТ щирицы ДНТ топинамбура 7,82 -208 ДНК топинаибура 100 200 300 634 + 1,83 2,0 21,16ее идостоверна при р0,001р0,01;р ц 0,5. Контроль г втен Тв блиц2 тг г г ег гв г в веги Вегав еав фиаеевеегтгг е ееггг Семи Варна работо на колоса, смНтн 1 Процент Мм Процент цент 41,300 е 2,0316.4559 5 а4 18,1 34 13,8 17 21,6 1515,0 20 ДНК гороха, 1 ОДНТ гороха, 10ДНК пырея, 200ДНК картофеля,300 мкг/млДНТ картофеля,300 нкг/мл 43,85,123,625,6 6,б 14,942 9,4140 12,06 мкг/мл мкг/мл,78 гтл425 17 1046,0 1 15+3,9 37 (б) 47(г) 48(в) кг 5041,264 20 5 54,6 17,9 3744 б 9,001045811,0910,947,9010,1547,6 О. О, 189 19 14,9 1212,3 7 бь 2 9 130, Э 1,5 100,7 ТЗЬ 110,42,8 мкг/мл нкг/мл ДНК тинусв, 100 ДНК тинуса, 200 ДНК человеке 300 нкг/мл 9,8 73 22,3 43 18,8 52 3,41,7 8 5 2 4,75 ь 1,09 108,91,7 онтроль (бези) абот 7,630,3 15 Ь,И 0,64 17,1 1 73,0 2лП р и м е ц а н и е, Знак - разница достоверна при р0,01 ттт рО, 001 ТаблиВа ая фориа Лениградская местнаявысокобелковая, контрол ленентыродуктивностн М 18,3 з 3,1 19,12,9 Высота стебля, с Длина главного колоса, см1752283 12. Таблица Вебармант обработки Вариант обреботки Яровые растения, Фююю Концентравция, мкг/ил Среднее дляварианта Нт и 10,8;3,31 ЛНТ тммуса теленка 12 г 73 ЯЗ.е 22 133+31522, 122,83 х 5,3 фЗю 21 6,35 ф 3,08 7,42,95 ЯНТ сырея 100 200 ДНК нырея Необработанныйионтролью вве в ее нН р и н е ч а н и е. Знакюа- разница доСтоверна мри Р е 0,001;иР е 0,05,Составитель .Редактор Г,Гербер . Техред МюМоргентал Корректор И,Муска Заказ 2709 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 еДНК тимуса теменка 200300400 14,334117,14,34 17,9214,3521 вС 552,19,2 т 4,140 е 9 т 2 в 90. 13 в 15 -Э в 2015,43,51 "2,5 1,64 Яровых растений, Фв ее е евееюю вюНям Среднее дляварианта Н т ме ю ю еюювев ев вв вв