Влияние типов цитоплазматической мужской стерильности на содержание хлорофилла в листьях гибридов зернового сорго

Эффективное использование новых типов цитоплазматической мужской стерильности в селекции гетерозисных гибридов сорго невозможно без знания их влияния на основные биологические и хозяйственно ценные признаки растений. Воздействие стерильных цитоплазм типов А3, А4, 9Е и М35-1А на содержание хлорофиллов a и b в разные фазы развития растений сорго исследовали у гибридов F1, полученных в результате скрещивания двух наборов изоядерных ЦМС-линий (с геномами Пищевого 614 и Желтозерного 10) с двумя опылителями (Пищевое 35 и Меркурий). Обнаружено, что разные типы ЦМС-индуцирующих цитоплазм различаются между собой по содержанию хлорофил- лов, при этом генотипы ЦМС-линии и опылителя влияют на проявление цитоплазматических различий. У гибридов, полу­ченных с использованием ЦМС-линий с геномом Пищевого 614, обнаружено, что стерильная цитоплазма М35-1А повышала содержание хлорофилла a, по сравнению с цитоплазмой 9Е. У гибридов, полученных с использованием ЦМС-линий с геномом Желто­зерного 10 и опылителя Пищевого 35, стерильная цитоплазма А4 повышала сумму хлорофиллов a и b, по сравнению с цито­плазмами А3 и 9Е, тогда как у гибридов, полученных при использовании опылителя Меркурий, различия между цитоплазмами не наблюдались. Выявлен эффект гетерозиса по содержанию хлорофиллов a и b в фазу кущения у гибридов F1 на основе ЦМС-линий с геномом Пищевого 614 на стерильных цитоплазмах типов М35-1А и 9Е. У гибридов на основе цитоплазмы М35-1А наблюдалось сверхдоминирование общего содержания хлорофиллов: истинный гетерозис превышал аналогичные показатели у гибридов на цитоплазме 9Е на 19,0 %, гипотетический – на 20,6 %. Данные показывают, что привлечение новых типов ЦМС-индуцирующих цитоплазм позволяет создавать гибриды с эффектом гетерозиса по содержа­нию хлорофилла и может быть использовано для повышения их продуктивности.

сорго, гибриды F1, цитоплазматическая мужская стерильность, изоядерные линии, хлорофилл, гетерозис

1. Адрианова Ю.Е., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. М., 2000.

2. Гужов Ю.Л., Фукс А., Валичек П. Селекция и семеноводство культивируемых растений. М., 1999.

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М., 2011.

4. Ермаков А.И. Методы биохимических исследований растений. Л., 1987.

5. Кибальник О.П., Эльконин Л.А. Влияние типов стерильных цитоплазм на содержание пигментов в листьях гибридов F1 зернового сорго. Докл. РАСХН. 2009;1:18-21.

6. Шимкевич А.М., Макаров В.Н., Голоенко И.М., Давыденко О.Г. Функциональное состояние фотосинтетического аппарата у аллоплазматических линий ячменя. Экол. генетика. 2006;4(2): 37-42.

7. Эльконин Л.А., Кожемякин В.В., Ишин А.Г. Использование новых ЦМС-индуцирующих цитоплазм для создания скороспелых линий сорго с мужской стерильностью. Докл. РАСХН. 1997;2:7-9.

8. Юрина Н.П., Одинцова М.С. Сигнальные системы растений. Пластидные сигналы и их роль в экспрессии ядерных генов. Физиол. растений. 2007;54(4):485-498.

9. Amiri Behzadi A., Satyavathi C., Singh S., Bharadwaj C., Singh M. Estimation of heterosis in diverse cytoplasmic male sterile sources of Pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. Ann. Agric. Res. 2012;33(4):220-227.

10. Aruna C., Shrotria P.K., Pahuja S.K., Umakanth A.V., Bhat B.V., Devender A.V., Patil J.V. Fodder yield and quality in forage sorghum: scope for improvement though diverse male sterile cytoplasms. Crop Pasture Sci. 2013;63(12):1114-1123. DOI: 10.1071/cp12215

11. Blanco N.E., Guinea-Díaz M., Whelan J., Strand А. Interaction between plastid and mitochondrial retrograde signalling pathways during changes to plastid redox status. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2014;369:1640. DOI: 10.1098/rstb.2013.0231

12. Bollivar D.W. Recent advances in chlorophyll biosynthesis. Photosynth. Res. 2006;89(3):1-22. DOI: 10.1007/s11120-006-9076-6

13. Chamola R., Balyan H., Bhat S. Effect of alien cytoplasm and fertility restorer genes on agronomic and physiological traits of Brassica juncea L. Czern. Plant Breeding. 2013;132(6):681-687. DOI: 10.1111/pbr.12080

14. Chi W., Sun X., Zhang L. Intracellular signaling from plastid to nucleus. Annu. Rev. Plant Biology. 2013;64:559-582. DOI: 10.1146/annurev-arplant-050312-120147

15. Delorme V., Keen C.L., Rai K.N., Leaver C.J. Cytoplasmic-nuclear male sterility in pearl millet: comparative RFLP and transcript analyses of isonuclear male-sterile lines. Theor. Appl. Genet. 1997;95(5):961-968. DOI: 10.1007/s001220050648

16. Eckhardt U., Grimm B., Hörtensteiner S. Recent advances in chlorophyll biosynthesis and breakdown in higher plants. Plant Mol. Biol. 2004;56(1):1-14. DOI: 10.1007/s11103-004-2331-3

17. Elkonin L.A., Kozhemyakin V.V., Ishin A.G. Nuclear-cytoplasmic interactions in fertility restoration in sorghum: alternative CMS-inducing cytoplasms. Int. Sorghum Millet Newslett. 1995;36:75-76.

18. Elkonin L.A., Kozhemyakin V.V., Ishin A.G. Comparative analysis of restoration of male-sterile (CMS)-inducing cytoplasms A3 and M35-1. Int. Sorghum Millet Newslett. 1997;38:29-30.

19. Frankel R., Scowcroft W.R., Whitfeld P.R. Chloroplast DNA variation in isonuclear male-sterile lines of Nicotiana. Mol. Gen. Genet. 1979;169:129-135.

20. Fujii S., Komatsu S., Toriyama K. Retrograde regulation of nuclear gene expression in CW-CMS of rice. Plant Mol. Biol. 2007;63:405-417. DOI: 10.1007/s11103-006-9097-8

21. Heng S., Wei C., Jing B., Wan Z., Wen J., Yi B., Ma C., Tu J., Fu T., Shen J. Comparative analysis of mitochondrial genomes between the hau cytoplasmic male sterility (CMS) line and its iso-nuclear maintainer line in Brassica juncea to reveal the origin of the CMSassociated gene orf288. BMC Genomics. 2014;15:322-334. DOI: 10.1186/1471-2164-15-322

22. Lopez-Juez E., Pyke K.A. Plastids unleashed: their development and their integration in plant development. Int. J. Dev. Biol. 2005;49(5/6): 557-577. DOI: 10.1387/ijdb.051997el

23. Masuda T., Fujita Y. Regulation and evolution of chlorophyll metabolism. Photochem. Photobiol. Sci. 2008;7(10):131-1149. DOI: 10.1039/b807210h

24. Moran J.L., Rooney W.L. Effect of cytoplasm on the agronomic performance of grain Sorghum hybrids. Crop Sci. 2003;43:777-781. DOI: 10.2135/cropsci2003.0777

25. Pogson B.J., Albrecht V. Genetic dissection of chloroplast biogenesis and development: an overview. Plant Physiol. 2011;155:1545-1551. DOI: 10.1104/pp.110.170365

26. Pring D.R., Tang H.V., Schertz K.F. Cytoplasmic male sterility and organelle DNAs of sorghum. Eds C.S. Levings, I.K. Vasil. The Molecular Biology of Plant Mitochondria. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1995.

27. Reddy B.V.S., Ramesh S., Ortiz R. Genetic and cytoplasmic-nuclear male sterility in Sorghum. Plant Breeding Reviews. Ed. J. Janik. Hoboken, New Jersy: Willey & Sons, Inc. 2005;25:139-169. DOI: 10.1002/9780470650301.ch6

28. Satyavathi C., Begum S., Singh B., Unnikrishnan K., Bharadwaj C. Analysis of diversity among cytoplasmic male sterile sources and their utilization in developing F1 hybrids in Pearl millet [Pennisetum glaucum (R.) Br]. Indian J. Genet. Plant Breed. 2009;69(4): 352-360.

29. Tanaka Y., Tsuda M., Yasumoto K., Yamagishi H., Terachi T. A complete of Ogura-Type male-starile cytoplasm andits comparative analysis with that of normal cytoplasm in radish (Raphanus sativus L.). BMC Genomics. 2012;13:352-363. DOI: 10.1186/1471-2164-13-352

30. Tang S., Sun Y., Zang H., Gu Y., Lu J., Tian S., Yu B., Gu M. Comparison on the characteristics of the isonuclear alloplasmic CMS lines in japonica Rice. Chines J. Rice Sci. 2005;19(6):521-526.