booltБюллетень Государственного Никитского ботанического садаBulletin of the State Nikitsky Botanical Gardens0513-1634Federal State Funded Institution of Science “The Labour Red Banner Order Nikitsky Botanical Gardens – National scientific Center of the RAS”boolt-900Research ArticleФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙPLANT PHYSIOLOGYФеномен цитоплазматической мужской стерильности у подсолнечника и возможные причины пониженной завязываемости семян в F2 гибридовPhenomenon of cytoplasmic male sterility in sunflower and possible causes of reduced seed setting in F2 hybridsВороноваО. Н.VoronovaO. N.

Ольга Николаевна Воронова 

197376 Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова 2 

o_voronova@binran.ruКарабицинаЮ. И.KarabitsynaYu. I.

Юлия Игоревна Карабицина 

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская 42, 44 

АлпатьеваН. В.AlpatievaN. V.

Наталья Владимировна Алпатьева 

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская 42, 44

ГавриловаВ. А.GavrilovaV. A.

Вера Алексеевна Гаврилова 

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская 42, 44

АнисимоваИ. Н.AnisimovaI. N.

Ирина Николаевна Анисимова 

190000 Санкт-Петербург, ул. Б. Морская 42, 44

Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наукRussian FederationВсероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаRussian Federation202424012025115397106Copyright © Воронова О.Н., Карабицина Ю.И., Алпатьева Н.В., Гаврилова В.А., Анисимова И.Н., 20252025Воронова О.Н., Карабицина Ю.И., Алпатьева Н.В., Гаврилова В.А., Анисимова И.Н.Voronova O.N., Karabitsyna Y.I., Alpatieva N.V., Gavrilova V.A., Anisimova I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://boolt.elpub.ru/jour/article/view/900

Феномен ЦМС широко используют в селекции на гетерозис для контролируемого опыления при получении гибридных семян. У культурного подсолнечника Helianthus annuus L. для этих целей используют стерильные линии на основе ЦМС РЕТ1 и восстановители фертильности, несущие доминантный аллель гена Rf1. У растений F2 и F3 гибридов от скрещиваний линии ВИР 116А (ЦМС РЕТ1) с восстановителем фертильности ВИР 195 изучили характер изменчивости показателей фертильности пыльцы. Степень дефектности пыльцы (СДП) вычисляли как отношение дефектных пыльцевых зерен к общему числу посчитанных (в %) и оценивали изменчивость этого показателя в расщепляющихся популяциях. Установлено, что растения, относящиеся к фенотипическому классу «фертильные», могут иметь разные показатели СДП. Выявлены значительная гетерогенность популяции F2 по признаку качества пыльцы и тенденции к выравниванию показателей в F3. Отмечено снижение качества пыльцы у сегрегантов F2, обладающих материнским вариантом STS-маркера аллелей генов в локусе Pl5/Pl8. СДП растений, скорей всего, определяется генотипом растения (спорофита), а не аллельным составом генов пыльцы (мужского гаметофита).

The phenomenon of CMS is widely used in breeding for heterosis for controlled pollination in the production of hybrid seeds. For this purpose, Helianthus annuus L. sterile lines based on the CMS PET1 genotype and fertility restorers carrying the dominant Rf1 allele are used. The nature of variability in pollen fertility in plants of F2 and F3 hybrids obtained from crosses between the VIR 116A line (CMS PET1) and the fertility restorer, VIR 195 was studied. The degree of pollen deficiency (DPD), calculated as the ratio of defective pollen grains to the total number of counted ones (in %), was also estimated, as well as the variability of this indicator within splitting populations. The degree of pollen defectiveness (DPD) was calculated as the ratio of defective pollen grains to the total number of counted ones (in %) and the variability of this indicator in splitting populations was estimated. It was found that plants belonging to phenotypic classes "fertile" can have different DPD indicators. Significant heterogeneity in the F2 population based on pollen quality with a tendency to equalize indicators in F3 was revealed. A decrease in pollen quality was noted in F2 segregants possessing the maternal variant of the STS marker of gene alleles at the Pl5/Pl8 locus. The DPD of plants is most likely determined by the genotype of the plant (sporophyte), and not by the allelic composition of pollen genes (male gametophyte).

Rf генычастичная фертильностьстепень дефектности пыльцыRf1 genespartial fertilitydegree of pollen defectivenessГибридологические и молекулярно-генетические исследования выполнены в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № FGEM- 2022-0005 «Растительные ресурсы масличных и прядильных культур ВИР как основа теоретических исследований и их практического использования». Цитологические исследования осуществлялись на оборудовании Центра коллективного пользования Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (Санкт-Петербург) «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов», в рамках государственного задания «Поливариантность морфогенетических программ развития репродуктивных структур растений, регуляция морфопроцессов in vivo и in vitro» (2024-2028), № 24013100862-0.ReferencesАнащенко А.В., Дука М.В. Фенотипическое проявление генов Rf у подсолнечника и некоторые данные о природе растений с частично восстановленной фертильностью // Науч. техн. бюлл. ВИР. – 1985. – Вып. 154. – С. 3-7.Анащенко А.В., Дука М.В. Фенотипическое проявление генов Rf у подсолнечника и некоторые данные о природе растений с частично восстановленной фертильностью // Науч. техн. бюлл. ВИР. – 1985. – Вып. 154. – С. 3-7.Воронова О.Н., Толстая Т.Т., Рожкова В.Т., Гаврилова В.А. Определение фертильности пыльцы у ряда диких многолетних видов и образцов подсолнечника из коллекции, произрастающей на Кубанской станции ВИР // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011. – Т. 167. – С. 145-158.Воронова О.Н., Толстая Т.Т., Рожкова В.Т., Гаврилова В.А. Определение фертильности пыльцы у ряда диких многолетних видов и образцов подсолнечника из коллекции, произрастающей на Кубанской станции ВИР // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011. – Т. 167. – С. 145-158.Воронова О.Н., Гаврилова В.А. Количественный и качественный анализ пыльцы подсолнечника (Helianthus L.) и его использование в селекционной работе // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019. – Т. 180. – № 1. – С. 95-104. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-95-104Воронова О.Н., Гаврилова В.А. Количественный и качественный анализ пыльцы подсолнечника (Helianthus L.) и его использование в селекционной работе // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019. – Т. 180. – № 1. – С. 95-104. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-95-104Хохлов C.C., Зайцева М.И., Куприянов П.Г. Выявление апомиктичных форм во Флоре апомиктичных растений СССР. Программа, методика, результаты. – Изд-во Саратовского университета. – 1978. – 224 c.Хохлов C.C., Зайцева М.И., Куприянов П.Г. Выявление апомиктичных форм во Флоре апомиктичных растений СССР. Программа, методика, результаты. – Изд-во Саратовского университета. – 1978. – 224 c.Anisimova I.N., Alpatieva N.V., Voronova O.N., Gavrilova V.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B., Radchenko E.E. A recombination suppressed region of sunflower (Helianthus annuus L.) linkage group 13 covers restoration of fertility (Rf1) and downy mildew resistance (Pl) gene clusters // Russian Journal of Genetics. – 2023. − Vol. 59. − No 5. − P. 453-465. DOI: 10.1134/S1022795423050022Anisimova I.N., Alpatieva N.V., Voronova O.N., Gavrilova V.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B., Radchenko E.E. A recombination suppressed region of sunflower (Helianthus annuus L.) linkage group 13 covers restoration of fertility (Rf1) and downy mildew resistance (Pl) gene clusters // Russian Journal of Genetics. – 2023. − Vol. 59. − No 5. − P. 453-465. DOI: 10.1134/S1022795423050022Dimitrijevic A., Horn R. Sunflower hybrid breeding: from markers to genomic selection // Frontiers in Plant Science. – 2018. − Vol. 17. − № 8. DOI: 10.3389/fpls.2017.02238Dimitrijevic A., Horn R. Sunflower hybrid breeding: from markers to genomic selection // Frontiers in Plant Science. – 2018. − Vol. 17. − № 8. DOI: 10.3389/fpls.2017.02238Gautam R., Shukla P., Kirti P.B. Male sterility in plants: an overview of advancements from natural CMS to genetically manipulated systems for hybrid seed production // Theoretical and Applied Genetics. – 2023. − Vol. 136. − No 9. DOI: 10.1007/s00122-023-04444-5. PMID: 37606708Gautam R., Shukla P., Kirti P.B. Male sterility in plants: an overview of advancements from natural CMS to genetically manipulated systems for hybrid seed production // Theoretical and Applied Genetics. – 2023. − Vol. 136. − No 9. DOI: 10.1007/s00122-023-04444-5. PMID: 37606708Karabitsina Y.I., Gavrilova V.A., Alpatieva N.V., Kuznetsova T.B., Anisimova I.N. Peculiarities of inheritance of pollen fertility restoration trait in sunflower with cytoplasmic male sterility // Russian Journal of Genetics. – 2019. − Vol. 55. − No 11. − P. 1375-382. DOI: 10.1134/S1022795419110073Karabitsina Y.I., Gavrilova V.A., Alpatieva N.V., Kuznetsova T.B., Anisimova I.N. Peculiarities of inheritance of pollen fertility restoration trait in sunflower with cytoplasmic male sterility // Russian Journal of Genetics. – 2019. − Vol. 55. − No 11. − P. 1375-382. DOI: 10.1134/S1022795419110073Kaul M.L.H. Genic male sterility. In: Male sterility in higher plants. Monographs on Theoretical Applied Genetics. − Springer, Berlin, Heidelberg Berlin, 1988. − Vol. 10. DOI: 10.1007/978-3-642-83139-3Kaul M.L.H. Genic male sterility. In: Male sterility in higher plants. Monographs on Theoretical Applied Genetics. − Springer, Berlin, Heidelberg Berlin, 1988. − Vol. 10. DOI: 10.1007/978-3-642-83139-3Kinman M.L. New developments in the USDA and state experiment station sunflower breeding programs. In: Proceedings of the 4th International Sunflower Conference, Memphis, TN, USA. – 1970. − Р. 181-183.Kinman M.L. New developments in the USDA and state experiment station sunflower breeding programs. In: Proceedings of the 4th International Sunflower Conference, Memphis, TN, USA. – 1970. − Р. 181-183.Leclerq P. Une sterilite cytoplasmique chez le tournesol // Annales de l'Amélioration des Plantes. 1969. – Vol. 19. – № 2. – P. 99-106.Leclerq P. Une sterilite cytoplasmique chez le tournesol // Annales de l'Amélioration des Plantes. 1969. – Vol. 19. – № 2. – P. 99-106.Kováčik A., Sýkorová O. Comparison of the germinability of sunflower pollen in vivo and the results of tests for pollen viability // Sbornik UVTIZ, Genetika a Slechteni. – 1979. – Vol. 14. – No 2. – P. 81-86Kováčik A., Sýkorová O. Comparison of the germinability of sunflower pollen in vivo and the results of tests for pollen viability // Sbornik UVTIZ, Genetika a Slechteni. – 1979. – Vol. 14. – No 2. – P. 81-86Radwan O., Bouzidi M.F., Nicolas P. Mouzeyar S. Development of PCR markers for the Pl5/Pl8 locus for resistance to Plasmopara halstedii in sunflower, Helianthus annuus L. from complete CC-NBS-LRR sequences // Theoretical and Applied Genetics. – 2004. – Vol. 109. – P. 176-185. DOI: 10.1007/s00122-004-1613-0Radwan O., Bouzidi M.F., Nicolas P. Mouzeyar S. Development of PCR markers for the Pl5/Pl8 locus for resistance to Plasmopara halstedii in sunflower, Helianthus annuus L. from complete CC-NBS-LRR sequences // Theoretical and Applied Genetics. – 2004. – Vol. 109. – P. 176-185. DOI: 10.1007/s00122-004-1613-0Rieseberg L.H., Blackman B.K. Speciation genes in plants // Annals of Botany. – 2010. – Vol. 106. – No 3. – P. 439-455.Rieseberg L.H., Blackman B.K. Speciation genes in plants // Annals of Botany. – 2010. – Vol. 106. – No 3. – P. 439-455.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.