специальная селекция

більшою тоді, коли в гібридизацію вступають виключно гомозиготні лінії, а гібрид F1, гетерозиготний за всіма локусами, проявить максимальний ефект HF1, пов’язаний із алельною взаємодією. Переваги міжлінійної селекції у цукрових буряків були помічені ще у 1970 р. А.Л. Мазлумовим, який розумів, що сприятливі поєднання генів можна краще відтворити у кожному новому схрещуванні на рівні ліній, а не гетерозиготних за своєю суттю сортів. Це підтверджено й іншими авторами – і вітчизняними, і зарубіжними.

На сьогодні селекція цукрових буряків на гетерозис з використанням цитоплазматичної чоловічої стерильності є основним інструментом під час створення високопродуктивних гібридів.

Загальна схема створення гібридів на ЧС основі. Для створення гібридів цукрових буряків передбачається наявність двох компонентів – материнського і батьківського. Материнський компонент має бути пилкостерильним, однонасінним. Для його розмноження і постійного відновлення потрібно мати закріплювач стерильності, який також повинен бути однонасінним. Батьківським компонентом можуть слугувати багатонасінні лінії, звужені популяції, продукти багаторазових індивідуально-родинних доборів, а також синтетики, одержані в результаті рекурентних (періодичних) доборів.

Етапами технології селекційної процесу створення гібридів цукрових буряків на основі ЦЧС є:

-підбір стерильних за пилком рослин;

-аналізуючі схрещування для виділення однонасінних закріплювачів стерильності (О типи);

-насичувальні схрещування (бекроси) для створення однонасінних ЧС –аналогів ліній О типу;

-створення багатонасінного запилювача до ЧС форм диплоїдного чи тетраплоїдного рівнів;

-розмноження у чистоті перспективних ліній з одночасним вивченням за комплексом господарсько цінних ознак;

-підбір тестерів та оцінювання за загальною і специфічною комбінаційною здатністю з урахуванням асоційованих ознак;

-формування гібридів на основі підбору батьківських пар та відновлення компонентів.

Селекція компонентів, як і насінництво, ведеться окремо, формування гібридів здійснюється на останньому етапі. Гібридне насіння від схрещування однонасінної материнської і багатонасінної батьківської форм є фенотипічно роздільноплідним, що забезпечує можливість механізованого вирощування цукрових буряків із сівбою на кінцеву густоту рослин, а генотипно є гетерозитою, проте у виробництві використовується лише перше гібридне покоління на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності.

Загальна схема створення гібридів цукрових буряків подана на рисунку 23.

290

Рис. 23. Загальна схема створення гібридів цукрових буряків на ЧС основі

14.4. Створення материнського компонента гібридів

Фенотипічний прояв стерильності цукрових буряків. Стериль-

ність як ознака цікава для селекціонерів з точки зору одержання 100 % гібридного насіння, що можна досягти лише за умови повної стерильності однонасінного компонента. Залежно від стану ядерних генів, що контролюють прояв ЦЧС у потомстві, зустрічаються повністю стерильні і напівстерильні рослини першого та другого типів (класифікація Оуена, 1942). Кожному генотипу стерильних рослин відповідає певний фенотип.

291

До повністю стерильних рослин відносять насінники з білими, або зеленувато-білими, прозорими пиляками, що не розтріскуються під час цвітіння. Пиляки містять дрібні, деформовані, без пор, нежиттєздатні пилкові зерна, які незначно забарвлюються барвниками. Після розкриття квіток пиляки повністю стерильних форм, як правило, чорніють і опадають. До напівстерильних рослин першого типу належать насінники з коричневими, або жовто-коричневими пиляками, які не повністю розкриваються під час масового цвітіння. Пиляки містять округлі, з добре вираженими порами, пилкові зерна, які є також нежиттєздатними. Напівстерильні рослини другого типу характеризуються жовтими пиляками, які містять у різних співвідношеннях суміш пилку напівстерильних рослин першого типу і звичайного життєздатного фертильного пилку.

Для формування гібридів необхідно брати повністю стерильні рослини, напівстерильні рослини першого і другого типів перед цвітінням вибраковують. Джерелами цитоплазматичної чоловічої стерильності свого часу слугували як самозапилені лінії і близькородинні селекційні матеріали, так і сорти-популяції. Загалом близькородинні схрещування призводять до формування ознаки ЦЧС. Так, в Інституті цукрових буряків І.А. Баб’яж, аналізуючи третє покоління 16 інцухт-ліній, виявив багато рослин із стерильним пилком (повністю і частково стерильні першого типу). Стерильність пилку фенотипічно і генотипно відповідала цитоплазматичній формі і успадковувалася як за вільного перезапилення, так і за схрещування під ізоляторами з окремими рослинами однонасінних буряків. Нині у селекційних закладах існує велика колекція стерильних за пилком матеріалів з різним поєднанням інших господарсько цінних ознак (підвищена цукристість, добрі технологічні якості, стійкість до хвороб, шкідників та несприятливих факторів довкілля).

Генотипна зумовленість ознаки стерильності-фертильності пилку. Цитоплазматична чоловіча стерильність належить до явищ, пов’язаних з нехромосомною спадковістю, що включає типи успадкування, які не пояснюються з позицій законів Менделя. Найбільш характерною ознакою нехромосомного успадкування є відмінність між результатами реципрокних схрещувань, наслідком яких є передача ознак за материнським типом, а також невідповідність кількісних співвідношень генотипів та фенотипів фактичних і теоретично очікуваних (неменделівське успадкування).

Цитоплазматична чоловіча стерильність виявлена у більше 100 видів квіткових рослин, що належать 20 родинам, у тому числі вона є і в сільськогосподарських культур (цукровий буряк, озиме жито, кукурудза, соняшник і т.п.). Джерелами цитоплазматичної чоловічої стерильності є продукти близькородинних схрещувань як всередині виду, так і міжвидові та міжродові гібриди. Іншим джерелом ЦЧС є спонтанні й індуковані мутації, які характерні, зазвичай, для

292

перехреснозапильних культур. Остаточної теорії появи форм з ЦЧС не сформовано, проте очевидними є як шляхи мутаційних змін у цитоплазмі, так і переміщення геному певного виду в геном іншого, яке можливе в процесі еволюційного формоутворення виду. Остання теорія є більше ймовірною, оскільки родоначальником культурної форми буряків є сілезький буряк, який генеалогічно має гібридне походження.

На сьогодні механізм успадкування ЦЧС у буряків у загальних рисах відомий і слугує практичній селекції. Генетичну зумовленість цієї ознаки у сорокових роках минулого століття пояснив Ф.Оуен. Доведеними вважаються такі положення: для форм з ЦЧС значення має поєднання як певного стану цитоплазми, так і ядерних генів, стерильність цитоплазми проявляється лише за наявності спеціальних генів у ядрі, їх кількості і стану (переважно рецесивного), що є специфічним для кожної культури і, нарешті, наявність генівмодифікаторів, що впливають на фенотипічне вираження ознаки.

За теорією Ф.Оуена, який вперше пояснив природу цитоплазматичної чоловічої стерильності у буряків (1942), існує два типи цитоплазми. Ядерний контроль здійснюється також двома генами. Рослини з цитоплазмою N (нормальна) формують двостатеві квітки з нормально розвинутими пиляками і пилковими зернами у них. Рослини із стерильною цитоплазмою (S-плазма) можуть бути повністю стерильними за пилком, з нежиттєздатними, або частково життєздатними, пилковими зернами (залежно від стану генів х і z). Комплементарний ефект цих генів і їх фенотип виявляється таким чином :

-S xxzz – повна чоловіча стерильність (пиляки білого, або зеле- нувато-білого кольору);

-S Xxzz, S xxZz, S XXzz, S xxZZ – частково стерильні, або на-

півстерильні першого типу (жовті пиляки, що містять дрібні нежиттєздатні пилкові зерна);

-S XxZz, S XXZz, S XxZZ, S XXZZ – рослини формують більш-

менш нормальні пилкові зерна, життєздатність яких неповна і великою мірою залежить від зовнішніх умов.

Ф. Оуеном описані й випадки, за яких успадкування стерильності не пояснюється запропонованою ним схемою. Він допускав наявність генів-модифікаторів, а також мутаційну мінливість цитоплазми

умежах однієї рослини, які можуть змінювати характер успадкування. Знання про типи цитоплазми у цукрових буряків поглиблюються. Відомі й інші її типи, застосування яких у майбутньому дозволить розширити генотипну мінливість селекційних матеріалів.

Різноманітність біотипів цукрових буряків, що формуються на різних співвідношеннях стану цитоплазми і ядерних генів, а також особливості їх фенотипу за стерильністю-фертильністю пилку, наведено

утабл. 11.

293

Таблиця 11 – Біотипи цукрових буряків за поєднанням ядерних генів і стану

		цитоплазми
	№	Генотип	Фенотип рослин з цитоплазмою
	п/п	рослини	S	N
	1	xxzz	Повністю стерильні - ЧС.	Фертильні
	2	Xxzz	З нежиттєздатним пилком –напівстерильні	Те ж
			першого типу
	3	XxZz	Те ж	-“-
	4	XXzz	-“-	-“-
	5	XxZZ	-“-	-“-
	6	XxZz	Мають пилок, суміш фертильних і стерильних	-“-
			пилкових зерен, напівстерильні другого типу
	7	XXZz	Мають пилок, фертильні	-“-
	8	XxZZ	Те ж	-“-
	9	XXZZ	-“-	-“-

Особливістю цих біотипів є те, що запилення іншими рослинами, а також самозапилення, можливе для всіх генотипів з плазмою N і для чотирьох останніх генотипів з плазмою S (6-9). За самозапилення генотипів рослин S Xxzz, S xxZz, S XXzz, S xxZZ на основі стерильної плазми у першому поколінні можна очікувати вищеплення рослин з нежиттєздатним пилком – повністю або частково стерильні форми. Повністю стерильні рослини з генотипом S xxzz можуть розмножуватися лише за наявності закріплювачів стерильності з таким же генотипом за ядерними генами, але з цитоплазмою N.

Звідси випливає, що за мутації цитоплазми N в S фертильність пилку зникає, натомість з’являється його стерильність. Такі ж перетворення можливі у генотипів Xxzz, xxZz, XXzz, xxZZ на основі цитоплазми N.

Із всіх можливих поєднань генів, що контролюють стерильністьфертильність пилку за ядерними генами х і z на основі двох типів цитоплазми (S і N) за умови вільного вибору рослин для парного схрещування, можна отримати 81 гібридне потомство. Залежно від генотипу батьківських пар можливо розрахувати розщеплення гібридів за фенотипом ЧС : ½ ЧС1 : ½ ЧС2 (табл. 12).

Таблиця 12 – Теоретично можливі розщеплення гібридів за співвідношенням фенотипів ЧС : ½ ЧС1 : ½ ЧС2 та їх частота

Співвідношення фенотипів	Кількість теоретично	Частота,
ЧС : ½ ЧС1 : ½ ЧС2	можливих варіантів, шт	%
100 : 0 : 0	1	1,2
50 : 50 : 0	4	4,9
25 : 75 : 0	2	2,5
25 : 50 : 25	4	4,.9
13 : 50 : 37	4	4,.9
6 : 37 : 57	1	1,2
0 : 100 : 0	10	12,3
0 : 50 : 50	20	24,.6
0 : 0 : 100	25	30,9

294

Проводячи гібридологічний аналіз ЧС гібридного потомства, коли за материнський компонент взято пилкостерильну форму з генотипом S xxzz, за співвідношенням стерильних і фертильних рослин під час розщеплення, або за відсутності його, можна встановити генотип запилювача, при цьому використовується критерій χ- квадрат. Проте спостерігаються випадки неузгодженості між теоретично очікуваним і фактичним розщепленням за фенотипом, що можна пояснити як модифікаційною мінливістю ознаки стерильностіфертильності андроцея, що завжди присутнє, так і нерепрезентативною вибіркою експериментальних даних. Крім того, це може свідчити і про більш складний генетичний контроль цієї ознаки (нерівнозначність ефектів алелів x і z, плейотропна дія ядерних генів, наявність додаткових генів-модифікаторів, можливий полігенний контроль ознаки), що в цілому не заперечує, а уточнює Оуенівську модель генетичної детермінації ознаки стерильності-фертильності.

Створення закріплювачів стерильності (ЗС). Аналізуючі схре-

щування. Для створення гібридів на основі ЦЧС потрібно мати стерильні за пилком форми. На початкових етапах розвитку селекції на гетерозис селекціонерами проводився пошук стерильних форм. Джерелами ЦЧС, за теорією гомологічних рядів спадкової мінливості М.І.Вавилова, можуть слугувати будь-які селекційні матеріали і сорти цукрових буряків, однак, зважаючи на те, що стерильні форми мають бути роздільноплідними, то пошук таких пилкостерильних форм здійснювався серед диплоїдних однонасінних рослин. Найбільша їх частота виявилася у матеріалів з підвищеною цукристістю. У практичній селекції джерелами ЦЧС були, перш за все, інбредні лінії, продукти багаторазових індивідуально-родинних доборів (станційна еліта). На сучасному етапі селекції пошук нових стерильних рослин не здійснюється, оскільки існує велика їх кількість у кожному селекційному закладі, за винятком того, що в експерименті вчені намагаються ідентифікувати нові типи стерильних плазм з метою розширення генетичної мінливості (рис. 24). Це означає, що і теоретично, і на практиці, генотип стерильної рослини цукрового буряку можна замістити впродовж 5-6 бекросних поколінь з закріплювачами стерильності майже повністю (близько 100 %). Саме тому основна увага зосереджена на пошуці нових і покращенні існуючих ЗС (т.зв. О типів).

Виділення ЗС проводиться серед кращих однонасінних матеріалів (сортів, продуктів доборів, ліній, синтетиків), хоча раніше, вважали, що багатонасінний буряк краще відселекційований за різними цінними ознаками, їх добір проводився на основі інцухтування гібридних зразків від схрещування роздільно- і зрісноплідних форм. Частота ЗС залежить від генотипної структури цих популяцій за алелями x і z, спричиненої генетичними факторами, що зміщують її (добори, вихідний ступінь гомо-гетерозиготності і т.п.). Вона може коливатися від сотих чи десятих відсотка до 20-30 % і більше.

295

Рис. 24. Способи розширення генотипної мінливості

296

Спочатку виділення ЗС проводили на популяційному рівні, що виявилося неефективним через великі обсяги роботи і втрату закріплювальної здатності внаслідок можливої гетерозиготності генотипів. Проте з позицій сучасного розуміння природи стерильностіфертильності очевидним є те, що ЗС повинен бути лінійним (гомозиготним за рецесивними алелями x і z і не давати розщеплення за ознакою у потомстві). Щоб отримати такі константні лінії ЗС, необхідно проводити їх пошук серед самофертильних однонасінних матеріалів з тим, щоб впродовж послідовних інбредних поколінь отримувати насіння. Генотип такого О типу – NxxzzmmSfSfSfSf.

Ознака самофертильності, яку повинні мати однонасінні ЗС, утруднює процес пошуку таких генотипів, проте полегшує розмноження, стабілізацію і підтримання гомозиготних ліній у чистоті. Вивчення успадкування самофертильності у потомстві F1, F2, BC1 за співвідношенням фенотипічних класів, яке проводилося в Інституті цукрових буряків, показало, що ця ознака визначається чотирма алелями серії S. Якщо у генотипі заміщено хоча б один алель S на Sf, то тоді самонесумісність пригнічується, що і забезпечує високу зав’язуваність насіння за примусового самозапилення. Послідовне збільшення кількості алелів від одного до чотирьох не приводить до підвищення зав’язуваності насіння, однак знижує (частково або повністю) вищеплення у потомстві самостерильних біотипів. Тому найбільш цінними є самофертильні однонасінні закріплювачі стерильності.

Рослини ЗС за фенотипом не відрізняються від звичайних двостатевих рослин. Тому встановити генотип запилювача (кандидата в ЗС) можна лише аналізуючими схрещуваннями з використанням гібридологічного аналізу одержаного ЧС гібридного потомства. Мета аналізуючих схрещувань – встановити генотип фертильної рослини ЗС і відібрати форми з генотипом Nxxzz.

Для встановлення генотипу ЗС і його виділення використовують або парні схрещування (рослину з генотипом Sxxzz запилюють пилком фертильної рослини – кандидата в ЗС) в індивідуальних ізоляторах, або так звану «конвертну» схему розміщення компонентів, яка передбачає посадку чотирьох маточних коренеплодів стерильних рослин з відомим генотипом Sxxzz у вершинах квадрата ізольованої ділянки з площею живлення 70 х 70 см. У центрі висаджують одну чи дві фертильні рослини. Перед цвітінням ще раз перевіряють повну стерильність чотирьох рослин. Окремі пагони фертильної і одну стерильну рослину розміщують у пергаментний або полотняний ізолятор для парного схрещування й інцухтування фертильної форми. Із насіння, зібраного із стерильної рослини, вирощують наступне покоління. У період цвітіння враховують співвідношення стерильних, напівстерильних та фертильних форм, на підставі чого проводять гібридологічний аналіз. Для прискорення генетичного аналізу свіжозібране ЧС гібридне насіння висівають того ж року, вирощуючи штек-

297

лінги (корінці масою 50-100 г), які наступного року висаджують для аналізу. За наявності теплиць ЧС гібридне насіння висівають за циклом “від насіння до цвітіння”.

Закріплювачі стерильності О типу розмножують з використанням ізоляції або вільного перезапилення в межах групи. Генотип таких ЗС – Nxxzz.

Якщо у генофонді селекційного закладу є колекція однонасінних інбредних ліній (бажано не нижче 3-4 покоління, коли наступає стабілізація за багатьма ознаками), то їх також можна перевірити на закріплювальну здатність Для цього використовують групові ізолятори. Потомства від схрещування повністю стерильних рослин з лінією

– кандидатом в ЗС аналізують за кількісним співвідношенням стерильних та фертильних за пилком рослин. Якщо потомство у своєму складі містить більше 90 % повністю стерильних форм, а решту – напівстерильних першого типу, то така лінія залучається до подальшого селекційного опрацювання. У разі закріплювальної здатності на рівні 75-90 % можна вважати, що лінія – кандидат в ЗС гетерозиготна за одним геном (x або z) і в своєму складі містить рослини з генотипами NXxzz та NxxZz. Таку лінію доцільно покращувати через вилучення гетерозиготних рослин.

Отже, відомі такі способи одержання ЗС:

-пошук генотипів, що закріплюють стерильність, в однонасінних самофертильних популяціях, однак частота таких рослин є надзвичайно низькою;

-виділення ЗС із самонесумісних однонасінних матеріалів із застосуванням сибсових (сестринських) схрещувань та вилучення гетерозиготних за геном x і z рослин. Такий спосіб є поширеним, але він довготривалий;

-використання глибокоінбредних однонасінних ліній, які через аналізуючі схрещування вивчають за закріплювальною здатністю;

-застосування маркерних генів, зчеплених з ознакою стерильно- сті-фертильності андроцея. Такий спосіб стримується наявністю і широким застосуванням маркерних генів;

-попереднє схрещування вихідних однонасінних матеріалів з існуючими кращими ЗС, що характеризуються, крім високої закріплювальної здатності, самофертильністю, комбінаційною здатністю, стійкістю до хвороб з метою їх насичення генами, що контролюють ці ознаки. У таких гібридних форм через аналізуючі схрещування ідентифікують нові рекомбінантні генотипи ЗС з комплексом селекційно привабливих ознак. Такий спосіб можна вважати на сьогодні найбільш раціональним.

Поліпшення закріплювачів стерильності. Як уже зазначалося,

використання як самозапилення, так і близькородинного схрещування призводить до інцухт-депресії. Щоб зберегти певний рівень ознак урожайності, цукристості, насіннєвої продуктивності й урізноманіт-

298

нити генофонд, ЗС схрещують між собою, або ж до гібридизації залучають виділені ЗС інших генплазм. У таких гібридних потомств не відбувається розщеплення за ознакою закріплювальної здатності, проте зберігається певний ступінь гетерозиготності за іншими ознаками. Крім того, з використанням інцухту можна скористатися перевагами комбінативної мінливості.

Іноді ЗС схрещують із донорами оригінальних ознак, відбираючи генотипи з поєднанням корисних властивостей (наприклад, детермінантний тип росту пагонів, або ж трансгени, що контролюють стійкість до дії гербіцидів).

Універсальність і специфічність закріплювачів стерильності.

У цукрових буряків, зазвичай, зустрічаються універсальні ЗС, тобто такі, які забезпечують стерильність гібридного потомства від схрещування зі стерильними формами будь-якого походження. Проте відомі і специфічні запилювачі, які викликають стерильність лише у деяких потомствах. Це – ЗС рамонського типу, потомства яких складаються із стерильних і напівстерильних першого типу рослин, а також Rfpar-типу, що забезпечують стерильність від першого закріплювального схрещування у стерильних форм різного походження, однак не передбачають створення їх ЧС аналогів. Слід зазначити, що такі специфічні ЗС не мають перспективного селекційного використання і здебільшого слугують об’єктами для генетичного вивчення природи ознаки стерильності-фертильності пилку в цілому.

Створення ЧС аналогів ліній О типу. Насичувальні схрещування.

Для створення пилкостерильних ліній – ЧС аналогів О типу застосовують насичувальні схрещування, які є різновидом зворотних схрещувань (бекросів), суть яких полягає у послідовній гібридизації в ряді поколінь ЧС гібридного потомства із батьківською формою – запилювачем ЗС із генотипом Nxxzz у суворо контрольованих умовах.

Селекційна цінність ЧС ліній визначається цінністю ЗС, оскільки після низки зворотних, а за своєю суттю – насичувальних схрещувань стерильна за пилком лінія перетворюється в аналог фертильного закріплювача стерильності. Заміщення генотипу проходить за етапами, наведеними у табл. 13.

Таблиця 13 – Етапи створення ЧС аналогів однонасінних ліній- закріплювачів стерильності

	Схрещування	Генерація,	Тип схрещування	Заміщення генотипу
		покоління		ЧС форми, %
	Sxxzz х Nxxzz	F1, перше	Аналізуюче	50,0
	те ж	F1BC1,друге	Насичувальне	75,0
	-“-	F1BC2,третє	те ж	87,5
	-“-	F1BC3,четверте	-“-	93,.8
	-“.	F1BC4, п’яте	-“-	96,9
	-“-	F1BC5, шосте	-“-	98,5

299