3.3. Пенетрантность и экспрессивность фасциированных линий арабидопсиса при различных условиях вегетации

Пенетрантность Фасциированных линий арабидопсиса при различных

условиях вегетации

Теоретически можно предположить, что фасциированных растений, если они гетерозигота, по гену хлорофилльной недостаточности, должно быть 66,66% по отношению к зеленым булавовидным растениям.

Таблица 14

выращивания.

Количество фасциированных растений в зависимости от условий

Одной из задач нашего исследования было выведение и изучение линий фасциированных растений.

Для удобства работы с фасциированными растениями были введены рабочие шифры, а фасциированные растения, у которых были взяты семена, пронумерованы. В этом случае, чтобы избежать путаницы и громоздких названий, например, такого рода: фасциированное растение, полученное от скрещивания 90x12.6.15, взятое от первого растения, мы ввели термин «линия». В третьем и четвертом поколениях линии, полученные от фасциированных растений одной комбинации скрещивания имели очень большие различия между собой. Так, от потомков 90x12.6.15 произошли линии А1, А2, АЗ, А4, а от потомков 90xV-76 - линии Б1, Б2, БЗ, далее, от потомков 90x58/15- линии BI, В2, ВЗ, В4, от потомков 90x130- линии Г1, Г2, от потомков 90x568/5 - линии Д1, Д2, ДЗ. Сбор семян во втором поколении производился у растений с ярко выраженной экспрессией признака фасциации.

Весной 2000 г. было посеяно третье поколение для проверки гипотезы о гетерозиготносте фасциированных растений. Учет пенетрантности в F3 представлен в таблице 15. Из нее видно, что признак фасциации обладает большой вариабельностью. Теоретически, в случае фасциированных гетерозигот, по гену хлорофилльной недостаточности, мы должны ожидать следующее расщепление: 1 часть булавовидных зеленых гомозигот, 2 части булавовидных зеленых гетерозигот, 1 часть желтых булавовидных гомозигот. В случае 100% выживаемости представителей всех классов, фасциированных растений должно быть около 50%. Этому требованию отвечают линии Б1, Б2, ДЗ.

В случае гибели желтых булавовидных растений, процент фасциированных ожидается около 66,66%. Этому требованию соответствуют линии АЗ, В2, В4. Однако есть линии с высокой и даже 100% пенетрантностью признака фасциации. Существование линий со 100% фасциацией может быть объяснено присутствием в геноме этих растений малых генов (модификаторов), которые усиливают действие главных генов [1].

Мутант 90 произошел от расы Бланус. Хлорофилльные мутанты от рас Колумбия и Энхайм. Высокая пенетрантность фасциации у мутанта 90 в потомстве от скрещивания с аллельными хлорофилльными мутантами, 58/15, 12.6.15, V-76 полученными на основе расы Энхайм может быть связана с наличием в геноме этой расы гена-модификатора, усиливающего проявление мутации clavata.

Низкий процент фасциации у линий БЗ и Д1 можно объяснить неполным проявлением признака фасциации. По отношению к линиям Г1 и Г2 такое объяснение не подходит. У линии Г1 фасциированных растений очень мало, у линии Г2 они отсутствуют. Вероятнее всего, особенности генома (генотипа) хлорофилльного мутанта 130 не способствуют проявлению признака фасциации как гены других хлорофилльных мутантов. Фасциированной линии Г1 присуща слабо выраженная фасциация.

Из таблицы 15 следует, что признак фасциации проявляется по- разному. Линии А...,В...Д... имеют высокий процент фасциированных растений, а линии Б... средний, линии Г - низкий. Пенетрантность линии А1, АЗ превышает пенетрантность родителей. Линия А2 схожа с исходной формой, а линия А4 не дала ни одного фасциированного растения. Линия А4 была взята от не фасциированного растения для проверки возможности получения фасциированного растения от не фасциированного путем индукции фасциации /увеличение светового дня и температуры воздуха/. Пенетрантность линий Б1 и Б2 схожа со вторым поколением, линия БЗ имела меньший процент фасциированных растений, чем во втором поколении. В линиях Б1 и Б2 изменение условий не повлияло на процент фасциированных растений. Линия БЗ имела меньшее количество фасциированных растений, чем во втором поколении. Также как и во втором поколении, снижение пенетрантности происходит весной. У линии А1 и АЗ показывают более высокую пенетрантность весной. Линии В отличаются крестообразной формой стебля. Линии В в третьем поколении имели высокий до 100% фасциированных растений. Как в третьем, так и во втором поколении пенетрантность фасциация была выше весной.

Таблица 15

Пенетрантность в F₃ фасциированных растений (в %), г. Душанбе весна 2000 г.

Осенью 2000 года были посеяны семена, взятые от сильно фасциированных растений, у растений со средней степенью фасциации и слабо выраженной фасциацией. Зимой 2000-2001 года были получены семена F4 поколения. Был произведен учет пенетрантности в F₄ поколении, (табл. 16). Анализируя данные табл. 16, можно сказать, что от растений с ярко выраженной экспрессией фасциации были получены линии А1Г5, А1Е1, АЗЖ2, В1ГЗ, В1Ж1. Количество фасциированных растений здесь составляло около 60%, что соответствовало ожидаемому количеству. Мы также получили линии со 100% фасциацией - это линии Б2Б1 и В1ГЗ, В1Ж1. Объяснение данного явления аналогично объяснению, относящемуся к третьему поколению - возможно, сказывается влияние генов-модификаторов.

Однако от линии со 100% фасциацией ВЗ нам не удалось получить линии со 100% пенетрантностью признака фасциации. В потомстве линии Д были слабо фасциированные растения. Растения линии В1ГЗ были посеяны в двух вариантах, но показали разную степень фасциации, что указывает на влияние внешних факторов на степень проявления фасциации.

В F4 отбор шел на линии с сильно выраженной фасциацией / А1Г5, А1Е1, В1Ж1, Б2Б1, АЗЖ2/, линии со средне выраженной фасциацией/А1В4, А1Г2, АЗДЗ, В1АЗ, В1ДЗ, В2ЕЗ/ и линии /Г и Д/ со слабо выраженной фасциацией.

На основании анализа данных таблицы 16 можно сделать следующие выводы. Среди линии А1 были отобраны растения с ярко выраженной фасциацией А1Г5 и А1Е1, со средне выраженной фасциацией А1Г2, со слабо выраженной фасциацией А1В4.

Таблица 16

Пенетрантность в F4 фасциированных растений, (в %)

Посев Осень 2000 года - зима 2001 года. г. Душанбе.

Примечание:*индекс обозначает номер растения во втором поколении, от которого произошла линия; **вторая буква и цифра обозначают место растения в культивационном ящике при выращивании третьего поколения; Культивационный ящик делили на сектора, наподобие шахматной доски по длине ящика - буквенное обозначение, по ширине - цифровое. Каждый сектор соответствует лунке, в которую было посеяно растение.

У растений линий Л1Г5 и А1Е1 фасциация наблюдалась меньше чем, в третьем поколении, что характерно для потомков 90x12.6.15.

В четвертом поколении были высеяны семена, собранные с растений линий Д1Е4, Д1 ДЗ - средняя степень фасциации, линии Д2АЗ и Д2В1 -

слабо выраженная фасциация, линия Д2В1 - средне выраженная фасциация, линия Д2Г5 - ярко выраженная фасциация, линия ДЗВЗ не фасциированное растение, линии ДЗАЗ, ДЗГ5 - слабо выраженная степень фасциации, линия ДЗЖ5 - ярко выраженная фасциация.От линий Д... не удалось получить потомков со 100% фасциацией, в то же время необходимо отметить, что у линии Д2 в третьем поколении наблюдался высокий процент фасциации. В последующих поколениях можно наблюдать фактически постоянную пенетрантность признака фасциации. (Приложение табл.23-24) У линий Д пенетрантность была низка, у остальных находилась в пределах 50-60%, исключением была - линия В1Ж1 100% фасциированных растений.

Согласно данным таблицы 16 и табл. 23-24 см. приложение пенетрантность фасциации затухает у потомков от скрещивания 90x130 в четвертом поколении, пенетрантность фасциации у остальных линий остается приблизительно на одинаковом уровне. Экспрессивность передается потомкам и от силы экспрессии зависит количество фасциированных потомков.

Экспрессивность______ фасциированных______ линий______ арабидопсиса.

Для изучения экспрессивности фасциированных линий нами были составлены гистограммы (1-5), а также вычислены коэффициенты экспрессивности по методике, предложенной С.М. Гершензоном (1983). [16] В качестве контроля было взято 100 растений мутанта 90. На гистограмме 1 представлены данные для 100 растений фасциированной линии Б2Б1 (90xV- 76). Исходя из данных гистограммы, был вычислен коэффициент экспрессивности, он составил 3,5 балла. На гистограмме 2 представлены данные для 95 растений линии А1Г5. Коэффициент фасциации равен 3,19 баллов. На гистограмме 3 представлены данные для 65 растений фасциированной линии В1Ж1. Коэффициент фасциации составил 4,65 баллов. На гистограмме 4 представлены данные для 85 растений фасциированной линии Д1ДЗ. Коэффициент фасциации составил 3 балла.

На гистограмме 5 представлены данные для 113 растений фасциированной линии Г1Г4. Коэффициент фасциации составил 1 балл.

Гистограмма 1 Частота встречаемости фасциированых растений среди линии Б2Б1

мм мм мм 12 15 18

мм мм мм

ширина стебля

и Фасциированая линия Б2Б1

1-3 4-е 7-9 10-11 13-15 15-18 19- мм мм мм мм мм мм 21мм

и Фасциированная линия А1Г5

? мутант 90

1-3 4-6 7-9 10- 13- 16-

мм мм мм 12 15 18

мм мм мм

19-

21

мм

Я Фасциированная линия В1Ж1

1-3 4-6 7-9 10- 13- 16- мм мм мм 12 15 18

пг Фасциированная линия Д1ДЗ

мм

я Фасциированная линия Г1Г4

Типы фасциации, наблюдаемые в эксперименте.

1. Плоская лентовидная

фасциация. Стебель на высоте 1-2 см расплющивается и превращается в ленту шириной 3-6 мм, высота растения 20-35 см, диаметр розетки 4 см (фото 9). В случае ярко выраженной экспрессии стебель расширяется у основания и достигает в ширину 1,5 см. Данный тип фасциации характерен для потомков V-76 растения линии Б2Г1. Растения хорошо развиты: имеют много листьев и стручков, толстый

неполегающий стебель. Среди растений линии Б2Г1 встречаются растения с зонтикообразными соцветиями и короткими стручками. Такой же тип фасциации наблюдается у потомков 90x130, но со слабо выраженной экспрессией. У линии Д... потомков 90x568/5 так же наблюдается лентовидная фасциация, верхушки стеблей и соцветий светло-зеленые. Частным случаем фасциации такого типа является "винт", то есть стебель растения поворачивается вокруг своей вертикальной оси на 180 градусов.

2. Спирально-лентовидная фасциация. При данном типе фасциации стебель растения на высоте 5-6 см закручивается в кольца, от одного до трех оборотов, ширина стебля 5-7 мм, высота растения 15-20 см, диаметр розетки 4 см. Данный тип фасциации характерен для потомков 90х

12.6.15 линий А1В4, А1Е1, АЗЖ2. Линия АЗЖ2 отличается высокой пенетрантностью и ярко выраженной экспрессивностью. Растения

представляют собой пространственно закрученную спираль, состоящую из плотно прижатых друг к другу колец.

В некоторых случаях у

фасциированного растения от стебля отходят нормальные ветки (10,11).

3. Крестообразная фасциация. При

данном типе фасциации высота растения достигает 15-20 см, диаметр розетки 3-4 см, ширина стебля 5-7 мм, стебель очень толстый, ребристый, неполегающий. У линий В1ГЗ В1Ж21 стебель образует четыре довольно широких ребра, на продольном срезе стебель имеет форму креста. Он состоит как бы из двух

перпендикулярно перекрещивающихся стеблей. В случае слабо выраженной фасциации на стебле образуется три ребра. Признак хорошо держится и индивидуален, специфичен для линий В1ГЗ иВ1Ж1(фото 12).

4. Карликовая фасциация. Растения с очень широким стеблем до 2 см, изогнутые крючком, но имеющие небольшую длину - до 5 см. Стебель таких растений в нескольких местах может быть разорван и от фасциированого стебля отходят нормальные ветви, диаметр розетки - 3

см. Подобный тип фасциации встречается в третьем поколении растения БЗЕЗ и у его потомков в четвертом поколении (фото 13,14).

Соцветия всех фасциированных растений - плотная корзинка (фото 15). У

линии В2ЕЗ соцветие приобретает вид дуги или гребня. Цветы у фасциированных растений 5-ти лепестковые или 6-ти лепестковые, стручки булавовидные, число перегородок в стручке 4-5, в противоположность стручкам мутанта 90 с тремя перегородками.

В ходе эксперимента нами наблюдалось необычное явление. У потомков от скрещивания 90x58/15 из полураскрытого стручка выходила ветка с недоразвитыми бутонами.

Интересно отметить факт, что ген flavi 1 в трех аллейных состояниях дает различные типы фасциаций: flavi 1-5 (V-76) при скрещивании с мутантом 90 дает лентовидную фасциацию, flavi 1-2 (12.6.15) при скрещивании с мутантом 90 дает спиральную фасциацию. У потомков от скрещивания мутанта 90 с flavi 1-1 (58/15) наблюдается крестообразная фасциация. Качественные признаки фасциации передаются по наследству, стабильны и узко специфичны в отличие от пенетрантности. По ним можно отличать

крестообразная фасциация. У фасциированных растений других линий она не наблюдалась.

фасциации стебля и стручка имеет высокую

степень корреляции с

пенетрантностью этого признака. Сильные

ярко

с высоким процентом пенетрантности. Верно и обратное - среди линий со слабой фасциацией, например, линии Г... не наблюдалось растений с ярко выраженной фасциацией. Можно четко проследить, что растения с ярко выраженной фасциацией дают потомство с высокой пенетрантностью. Соответственно, чем менее выражен признак фасциации, тем меньше фасциированных растений будет в потомстве. Безусловно, необходимо учитывать определенное влияние условий произрастания растений/ долгота дня, температура воздуха/.

В заключение данного раздела, можно сказать, что фасциация наблюдалась во всех комбинациях скрещивания. Фасциированные растения были замечены только среди класса зеленых булавовидных растений. Однако пенетрантность фасциации была разная. Так у потомков от скрещивания 90x130 пенетрантность фасциации низкая уже в третьем поколении. Весенние условия усиливают проявление фасциации у потомков 90x130 и 90x58/15. Осенние условия усиливают проявление фасциации у потомков 90xV-76, 90x568/5. У потомков 90x12.6.15 пенетрантность фасциации не зависит от условий. В летних условиях пенетрантность фасциации была низкой. Ген flavi 1 в трех аллельных состояниях дает различные типы фасциаций: flavi 1-5 (V-76) при скрещивании с мутантом

наблюдается крестообразная фасциация. На проявлении фасциации, возможно, действуют гены-модификаторы [1].