X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Кукуруза - один из самых основных объектов базовых исследований в области генетики и селекции растений. Это растение из семейства Graminaceae является однодомным и раздельнополым. Диплоидный хромосомный набор кукурузы состоит из 20 хромосом, которые чётко отличаются между собой:

1) различная относительная длина;

2) особенности хромомер;

3) на хромосомах в определенных местах имеются специфические гетерохроматические районы;

4) расположение центромеры, которое позволяет получать определенные соотношения между плечами;

5) хроматиды, соединённые центромерой, имеют различную степень сближения.

Также у этого растения имеется высокий коэффициент размножения: за один день осуществляется около 100 скрещиваний, пыльцой одного мужского соцветия опыляется более 100 женских, что даёт при этом до 50 тыс. семян. Это и является причиной широкого использования кукурузы в генетических исследованиях, так как на ее соцветиях женского типа очень удобно проводить анализ расщеплений по признакам семян.

В настоящее время у этого растения выявлены генные, хромосомные, геномные и цитоплазматические наследственные изменения, наиболее подробно изучены генные мутации. В настоящее время у кукурузы изучено более 500 генов и около 170 из них имеют своё чёткое место на хромосомных картах. Изучены и описаны гены, контролирующие действия хромосом в митозе и мейозе, системы ферментов, образование пигментов, в том числе и хлорофилла; структуры и функции вегетативных органов; структура и цвет эндосперма; системы регуляции, ответственные за изменчивость и экспрессию других генов, за развитие элементов репродуктивной функции, определяющих мужскую и женскую стерильность, избирательность оплодотворения и т. д. У кукурузы найдены спонтанные и получены индуцированные различные хромосомные перестройки: транслокации, дупликации, инверсии. В последнее время кукуруза стала объектом широкого использования на ней транслокаций для определения групп сцепления. Большинство из полученных полиплоидных форм кукурузы были хорошо изучены.

В настоящее время известно взаимодействие генов, которые отвечают за цвет всего растения. Кукуруза имеет гены, которые определяют структуру соцветий, стебля и листьев. Это поспособствовало использованию данного растения в такой отрасли как - фитодизайн. По тому как у этой культуры встречаются формы с разнообразной окраской – фиолетовой, красной, светло-бурый, салатовой. Кукуруза также вызывает интерес тем, что многие признаки, по которым определяется декоративная значимость, определяются моногенно и также имеется характерная коллекция мутантов. Это открывает возможности для целенаправленного проектирования растений с нужными качествами или их совокупностью. С помощью гибридизации и селекции были получены формы, содержащие все гены в гомозиготном состоянии. У растений с комбинацией генов: A1 расположенного в 3-ей хромосоме, A2 расположенного в 5-ой хромосоме, B расположенного во 2-ой хромосоме, Pl расположенного в 6 хромосоме, R1 расположенного в 10-ой хромосоме, C1 в 9-ой хромосоме, наблюдается фиолетовая окраска стебля, листьев и метёлки. Высота некоторых линий относительно стабильна и лежит в диапазоне 135-150 см. Также была создана популяция, в которой при самоопылении появляются более низкие растения до 40-60 см. Эта популяция, вероятно будет способствовать созданию новых фиолетовых линий разной высоты, перспективных в создании многоярусных композиций.

Если эта комбинация генов в линии вместо доминантного аллеля А1 будет присутствовать рецессив а1, то растения будут иметь светло-бурый цвет, который также выглядит приемлемым для декора.

Кроме генов фиолетового и бурого цвета стебля, листьев, мужских и женских соцветий, также были использованы другие гены:

bm2 (1) (brownmidrid – бурая средняя жилка листа)

g1 (10) (golden- золотистая окраска стебля и листа)

j1 (8) (japonica - белая полосатость листа)

Также были выведены линии, совмещающие все три рецессивных гена, а также ген j1 в совокупности с другими доминирующими аллелями, то есть без бурой жилки и с рецессивным геном с обычной зелёной окраской. Все они имеют бесхлорофилльные продольные полосы, достигающие в ширину 5 мм. в количестве от 1 до 6 на один лист. Листовые обёртки у початков также могут быть «полосатыми». При наличии гена g1 растения имеют красивый золотистый оттенок. При его наличии доминирующего аллеля растение ярко-зелёное и в купе с белыми полосами также выглядит достаточно привлекательно. Дополнительную декоративность придает бурая окраска центральной жилки листа.

Дальнейшее морфологическое изменение растений, возможно, коррелирует с эксплуатацией гена lg1 (ligulelessleaf– безлигульность, хромосома 2), присутствие которого приводит к вертикальному расположению листьев (эректоидности). Так как бурая жилка наиболее ярко выражена на нижней части листа, его эректоидность делает её более выделяющейся. Одновременно также более ярко выражены белые полосы. Сочетание белых, бурых и зелёных частей листьев делает из обыденного растения нечто необычное.

Использовался ген lg 1, однако, возможно использование других аллелей - lg2 и lg3 (хромосома 3), также определяющих эректоидность листьев.

После гибридизации растений с белыми полосами с фиолетовыми формами, при самоопылении в будущем появляются растения с нетривиальной окраской. В белых, бесхлорофилльных полосах, возможно, синтез антоциана не прекращается. Поэтому взамен белых полос проявляются светло-розовые, прозрачные при нахождении на свету.

У ряда линий и гибридов кукурузы после образования початка его обёртки и стебель начинают усыхать. Вместе с тем обнаруживаются и такие формы, у которых сочность стебля и зелёный окрас сохраняются продолжительное время до наступления первых морозов.

Работа с кукурузой интересна не только в плане непосредственного её использования для прикладных целей. Она является одним из лучших модельных объектов для работ в биотехнологической сфере, поэтому не исключено, что её можно рассматривать в качестве донора множества генов, которые будут выделены, клонированы и послужат для создания трансгенных растений, а также других организмов.

Список используемой литературы:

Мику В.Е. Генетические исследования кукурузы. Кишинёв: Штиница, 1981.

Coe E.H., Neuffer M.G., Hoisington D.A. the Genetics of Corn // Corn and Corn Improvement. Madison; Wisconsin, 1988.

Neuffer N.G., Coe E.H., Wessler S.R. Mutants of Maise. Kold Spring Harbor Laboratory Press, 1977.

Код для цитирования: Скопировать