Анотація до роботи:

Назаренко М.М. Роль мікро- і макромутацій в генетичному поліпшенні сортів озимої пшениці .- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15. – Генетика. – Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2009.

В дисертації викладено результати дослідження індукції мікро- та макромутацій при дії фізичних (гамма-промені) та хімічних мутагенів (НЕС, НМС) в залежності від доз та концентрацій на прикладі сучасних українських сортів озимої пшениці.

На основі аналізу поколінь М₁- М₃ встановлена пошкоджувальна дія мутагенів, вплив на елементи структури урожаю, проаналізована частота та спектр хромосомних аберацій, виникаючих під дією мутагенних факторів, визначена загальна частота мутацій в М₁-М₃ при дії мутагенів у різних концентраціях та дозах і частота практично цінних мутацій, визначені та проаналізовані спектри мутацій.

Проведено прикладне та генетичне вивчення перспективних мутантних ліній старших поколінь М₄ – М₅ за продуктивністю, вмістом білку, білковим спектрам. Класифікували отриманий мутантний матеріал на макро- та мікромутанти. Провели вивчення частот макро- та мікромутацій в залежності від дози та концентрації мутагену.

Створено генетично – та селекційно-цінні мутантні лінії перспективні як вихідний матеріал як для використання в якості компонентів селекційних схрещувань, так і для прямого використання в випробуваннях в якості перспективних кандидатів.

1. Показано, що чутливими та інформативними показниками токсичної дії мутагенів при визначенні впливу доз та концентрацій на рослини М₁ є схожість, виживання та висота рослин, вага зерна з колосу та інші показники структури врожайності. Спостерігається зворотній зв’язок: чим більша доза чи концентрація мутагенного фактора, тим нижчі показники розвитку вищезазначених ознак. Градація мутагенів за зниженням схожості, виживання і висоти рослин та ваги зерна з колосу наступна: НЕС НМС гамма-промені.

2. Частота хромосомних аберацій, індукована мутагенними факторами, залежить від доз та концентрацій мутагенів з дуже високим ступенем прямої кореляції (0,94). Встановлена суттєва кореляція (на рівні 0,7 – 0,8) між частотою видимих мутацій, частотою хромосомних аберацій та виживанням рослин в М₁.

3. На клітинному рівні встановлена чітка специфічна дія мутагенних факторів. Гамма-промені індукують переважно мости, а хімічні мутагени – фрагменти. Зазначена специфічна дія мутагенних факторів може використовуватись для ідентифікації мутагенного фактора як в індукованому, так і в спонтанному мутагенезі, а також в разі забруднення навколишнього середовища.

4. Мутагенні фактори індукували в поколіннях М₂ – М₃ наступну частоту видимих мутацій: для сорту Панна – 1,2-14,8 %, для сорту Смуглянка – 1,1-12,5 %. Зі збільшенням дози мутагенного фактору частота мутацій поступово зростає до максимальної дози з подальшою стабілізацією або невеликим спадом при найвищих дозах мутагенів. Ефективність мутагенів по збільшенню частоти в індукції мутацій наступна: НМС НЕС гамма-промені у сорту Панна та гамма-промені НЕС НМС у сорту Смуглянка. Генетична активність НЕС, як мутагена, найменш залежить від генотипу вихідного сорту.

5. При аналізі рівня індукованої мутаційної мінливості, як інтегративного показника частоти та спектру мутацій, встановлено, що для гамма-променів характерна класична пряма залежності частоти та різноманітності мутацій від дози мутагену, в той час як у хімічних мутагенів високі концентрації звужують формотворчий процес.

6. Аналіз спектру індукованих видимих мутацій засвідчив специфічну дію окремих мутагенів в індукуванні певних типів мутацій. Гамма-промені більш ефективні в індукції структурних мутацій стебла, кущистих форм, інтенсивності воскової поволоки; НЕС ефективна в індукції високостеблових форм, карликів, ранньостиглих, білоколосих форм; НМС ефективна в змінах структури колосу, індукції пізньостиглості, продуктивних форм.

7. Найбільшу частоту практично-цінних мутацій індукували гамма-промені в діапазоні помірно високих доз (100 –– 200 Гр), тоді як хімічні мутагени були більш активними в діапазоні помірно низьких доз. Вагомість цього висновку засвідчує аналіз походження створених мутантних сортів всього світу.

8. Саму високу активність в індукуванні практично цінних макро- та мікромутантів старших поколінь (М₄ – М₅) на різних генотипах мали: НМС (0,005 – 0,0125 %), гамма-промені (100 Гр), НЕС (0,005 – 0,01 %).

9. Встановлено суттєву залежність виходу корисних мікро- та макромутацій від генотипу вихідної форми, тому підбір належних генотипів є обов’язковою умовою успіху мутаційної селекції.

10. В залежності від цілей селекції виникає потреба в індукуванні конкретного типу мутацій. За частотою видимих мутацій нами установлені оптимальні дози мутагенних факторів для індукції мікро- чи макромутацій.

Для індукції мікромутацій варто використовувати низькі дози мутагенів. При цих дозах мутагенів виживання рослин в М₁ складає 70 – 80 %, спостерігається стимуляція або невелика депресія за показниками структури врожайності рослин М₁, частота хромосомних аберацій не вища 15 %.

З метою індукції макромутацій необхідно використовувати високі та помірно високі дози мутагенів. При цих дозах виживання рослин в М₁ складає 40 – 70 %, спостерігається значна депресія за показниками структури врожайності рослин М₁, частота хромосомних аберацій складає 18 – 30 %.

Використання високих доз мутагенних факторів (ЛД₅₀) є ефективним засобом індукування макромутантів як джерела нових цінних для комбінативної селекції ознак.

11. Виділені практично-цінні за комплексом господарсько-цінних ознак мутантні лінії озимої пшениці будуть використовуватися в подальшій селекційній роботі.

12. Таким чином, отримані нами дані стосовно частоти та спектру індукованих макро- та мікромутацій, залежності їх виходу від мутагенного фактору і його дози, а також генотипу сорту, будуть сприяти підвищенню ефективності мутаційної селекції озимої пшениці.

Публікації автора:

1. Назаренко М.М. Виживаність і структура врожайності як показники мутагенної депресії у першому поколінні мутантів сортів озимої пшениці / М.М. Назаренко // Физиол. и биохим. культ. раст. – 2007. – №5, 39 – С. 438–446

2. Назаренко Н.Н. Частота и спектр хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы проростков пшеницы под действием мутагенов / Н.Н. Назаренко // Вісник ХНАУ Сер.: Біол. – 2007. – №3 – С. 82–89

3. Назаренко Н.Н. Классификационный анализ мутантного материала / Н.Н. Назаренко // Физиол. и биохим. культ. раст. – 2008. – №1, 40 – С. 33–42

4. Назаренко Н.Н. Результаты отбора селекционно-ценных мутантних линий в М₄ озимой пшеницы. Сучасний стан і пріоритети розвитку фізіології рослин, генетики і біотехнології.-Зб. матеріалів Х конф. молод. дослідників.- К.:Інститут фізіології рослин і генетики НАН У, 2007.- С.122-123

5. Nazarenko N.N. Estimation of winter wheat mutagenic depression by morphometric parameters and surviving Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution. – in: Proceedings of the III Internetional Young scientists conference “Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution.” (Odesa, 15 – 18 May, 2007). – Odesa: Pechatnyi dom, 2007.- P. 211

6. Назаренко Н.Н. Анализ мутагенного воздействия на хромосомный аппарат клетки Актуальні проблеми ботаніки та екології. Матеріали міжнародної конференції молодих учених-ботаніків. – К.: Фітосоціоцентр, 2007. – С. 219 – 220

7. Назаренко Н.Н. Изучение константных генетически и селекционно-ценных мутантов озимой пшеницы. Тези доповідей молодій вчених. Матеріали 2-ї міжнародної конференції молодих вчених “Біологія: від молекули до біосфери” (19 – 21 листопада 2007 року). –Х.: Планета-Принт, 2007 –– с. 142 –– 143.

8. Назаренко Н.Н. Использование экспериментального мутагенеза для индукции новых ценных форм у современных украинских сортов озимой мягкой пшеницы. Тези доповідей молодій вчених. Матеріали 3-ї міжнародної конференції молодих вчених “Біологія: від молекули до біосфери” (19 – 21 листопада 2008 року). –Х.: Планета-Принт, 2008 –– с. 142 –– 143.

9. Nazarenko N.N. Role of Macro- and Micromutants in Common Winter Wheat genetic improvement. Book of Abstracts FAO/IAEA International Symposium on Induced Mutations in Plants, 12 –– 15 August 2008, Vienna, Austria. – Vienna, 2008 – p. 155.