Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації
Досліджено перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації клітин калюсних культур сорту Зимоярка. Трансгенні форми характеризувались більшою частотою порушень мейозу порівняно з нетрансгенними рослинами. Відсоток клітин із порушенням...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физиология растений и генетика |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2015
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159558 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації / А.В. Бавол, І.І. Лялько, С.С. Воронова, О.М. Гончарук, О.В. Дубровна // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 6. — С. 536-544. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159558 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бавол, А.В. Лялько, І.І. Воронова, С.С. Гончарук, О.М. Дубровна, О.В. 2019-10-06T18:52:42Z 2019-10-06T18:52:42Z 2015 Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації / А.В. Бавол, І.І. Лялько, С.С. Воронова, О.М. Гончарук, О.В. Дубровна // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 6. — С. 536-544. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. 2308-7099 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159558 561.143.6 Досліджено перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації клітин калюсних культур сорту Зимоярка. Трансгенні форми характеризувались більшою частотою порушень мейозу порівняно з нетрансгенними рослинами. Відсоток клітин із порушеннями мейозу був найбільшим у трансгенних рослин ліній із низькою насіннєвою продуктивністю. Рівень цитологічної стабільності ліній, отриманих за використання штаму AGLO з векторною конструкцією рВі2Е, вищий порівняно з лініями, трансформованими штамом AGLO з векторною конструкцією рВі-ОАТ. Исследовано протекание мейоза у генетически модифицированных растений пшеницы, полученных при Agrobacterium-опосредованной трансформации клеток каллюсных культур сорта Зимоярка. Трансгенные формы характеризовались большей частотой нарушений мейоза по сравнению с нетрансгенными растениями. Процент клеток с нарушениями мейоза был наибольшим у трансгенных растений линий с низкой семенной продуктивностью. Уровень цитологической стабильности линий, полученных при использовании штамма AGLO с векторной конструкцией рВі2Е, выше по сравнению с линиями, трансформированными штаммом AGLO с векторной конструкцией рВі-ОАТ. The passing of meiosis in genetically modified wheat plants obtained by Agrobacterium-mediated transformation of cells of callus cultures Zimoyarka variety has been investigated. It is found that transgenic forms are characterized by a higher frequency of meiosis disturbances in comparison with non-transgenic plants. It is shown that the percentage of cells with impaired meiosis was highest in transgenic plants of lines that have low seed productivity. The level of cytological stability in the lines obtained by using strain AGLO with a vector construct pBi2E, higher than in lines transformed by strain AGLO with the vector construct pBi-OAT. uk Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України Физиология растений и генетика Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації Протекание мейоза у генетически модифицированных растений пшеницы, полученных при Agrobacterium-опосредованной трансформации The passing of meiosis in genetically modified wheat plants obtained by Agrobacterium-mediated transformation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| spellingShingle |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації Бавол, А.В. Лялько, І.І. Воронова, С.С. Гончарук, О.М. Дубровна, О.В. |
| title_short |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| title_full |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| title_fullStr |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| title_full_unstemmed |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| title_sort |
перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за agrobacterium-опосередкованої трансформації |
| author |
Бавол, А.В. Лялько, І.І. Воронова, С.С. Гончарук, О.М. Дубровна, О.В. |
| author_facet |
Бавол, А.В. Лялько, І.І. Воронова, С.С. Гончарук, О.М. Дубровна, О.В. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Физиология растений и генетика |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Протекание мейоза у генетически модифицированных растений пшеницы, полученных при Agrobacterium-опосредованной трансформации The passing of meiosis in genetically modified wheat plants obtained by Agrobacterium-mediated transformation |
| description |
Досліджено перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації клітин калюсних культур сорту Зимоярка. Трансгенні форми характеризувались більшою частотою порушень мейозу порівняно з нетрансгенними рослинами. Відсоток клітин із порушеннями мейозу був найбільшим у трансгенних рослин ліній із низькою насіннєвою продуктивністю. Рівень цитологічної стабільності ліній, отриманих за використання штаму AGLO з векторною конструкцією рВі2Е, вищий порівняно з лініями, трансформованими штамом AGLO з векторною конструкцією рВі-ОАТ.
Исследовано протекание мейоза у генетически модифицированных растений пшеницы, полученных при Agrobacterium-опосредованной трансформации клеток каллюсных культур сорта Зимоярка. Трансгенные формы характеризовались большей частотой нарушений мейоза по сравнению с нетрансгенными растениями. Процент клеток с нарушениями мейоза был наибольшим у трансгенных растений линий с низкой семенной продуктивностью. Уровень цитологической стабильности линий, полученных при использовании штамма AGLO с векторной конструкцией рВі2Е, выше по сравнению с линиями, трансформированными штаммом AGLO с векторной конструкцией рВі-ОАТ.
The passing of meiosis in genetically modified wheat plants obtained by Agrobacterium-mediated transformation of cells of callus cultures Zimoyarka variety has been investigated. It is found that transgenic forms are characterized by a higher frequency of meiosis disturbances in comparison with non-transgenic plants. It is shown that the percentage of cells with impaired meiosis was highest in transgenic plants of lines that have low seed productivity. The level of cytological stability in the lines obtained by using strain AGLO with a vector construct pBi2E, higher than in lines transformed by strain AGLO with the vector construct pBi-OAT.
|
| issn |
2308-7099 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159558 |
| citation_txt |
Перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отриманих за Agrobacterium-опосередкованої трансформації / А.В. Бавол, І.І. Лялько, С.С. Воронова, О.М. Гончарук, О.В. Дубровна // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 6. — С. 536-544. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT bavolav perebígmeiozuvgenetičnomodifíkovanihroslinpšenicíotrimanihzaagrobacteriumoposeredkovanoítransformacíí AT lâlʹkoíí perebígmeiozuvgenetičnomodifíkovanihroslinpšenicíotrimanihzaagrobacteriumoposeredkovanoítransformacíí AT voronovass perebígmeiozuvgenetičnomodifíkovanihroslinpšenicíotrimanihzaagrobacteriumoposeredkovanoítransformacíí AT gončarukom perebígmeiozuvgenetičnomodifíkovanihroslinpšenicíotrimanihzaagrobacteriumoposeredkovanoítransformacíí AT dubrovnaov perebígmeiozuvgenetičnomodifíkovanihroslinpšenicíotrimanihzaagrobacteriumoposeredkovanoítransformacíí AT bavolav protekaniemeiozaugenetičeskimodificirovannyhrasteniipšenicypolučennyhpriagrobacteriumoposredovannoitransformacii AT lâlʹkoíí protekaniemeiozaugenetičeskimodificirovannyhrasteniipšenicypolučennyhpriagrobacteriumoposredovannoitransformacii AT voronovass protekaniemeiozaugenetičeskimodificirovannyhrasteniipšenicypolučennyhpriagrobacteriumoposredovannoitransformacii AT gončarukom protekaniemeiozaugenetičeskimodificirovannyhrasteniipšenicypolučennyhpriagrobacteriumoposredovannoitransformacii AT dubrovnaov protekaniemeiozaugenetičeskimodificirovannyhrasteniipšenicypolučennyhpriagrobacteriumoposredovannoitransformacii AT bavolav thepassingofmeiosisingeneticallymodifiedwheatplantsobtainedbyagrobacteriummediatedtransformation AT lâlʹkoíí thepassingofmeiosisingeneticallymodifiedwheatplantsobtainedbyagrobacteriummediatedtransformation AT voronovass thepassingofmeiosisingeneticallymodifiedwheatplantsobtainedbyagrobacteriummediatedtransformation AT gončarukom thepassingofmeiosisingeneticallymodifiedwheatplantsobtainedbyagrobacteriummediatedtransformation AT dubrovnaov thepassingofmeiosisingeneticallymodifiedwheatplantsobtainedbyagrobacteriummediatedtransformation |
| first_indexed |
2025-11-25T19:11:24Z |
| last_indexed |
2025-11-25T19:11:24Z |
| _version_ |
1850519933892427776 |
| fulltext |
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2015. Т. 47. № 6
УДК 561.143.6
ПЕРЕБІГ МЕЙОЗУ В ГЕНЕТИЧНО МОДИФІКОВАНИХ РОСЛИН
ПШЕНИЦІ, ОТРИМАНИХ ЗА AGROBACTERIUM-
ОПОСЕРЕДКОВАНОЇ ТРАНСФОРМАЦІЇ
А.В. БАВОЛ, І.І. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, О.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНА
Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17
e-mail: dubrovny@ukr.net
Досліджено перебіг мейозу в генетично модифікованих рослин пшениці, отрима-
них за Agrobacterium-опосередкованої трансформації клітин калюсних культур сор-
ту Зимоярка. Трансгенні форми характеризувались більшою частотою порушень
мейозу порівняно з нетрансгенними рослинами. Відсоток клітин із порушеннями
мейозу був найбільшим у трансгенних рослин ліній із низькою насіннєвою продук-
тивністю. Рівень цитологічної стабільності ліній, отриманих за використання шта-
му AGLO з векторною конструкцією рВі2Е, вищий порівняно з лініями, трансфор-
мованими штамом AGLO з векторною конструкцією рВі-ОАТ.
Ключові слова: Triticum aestivum L., мейоз, трансгенні рослини.
Мейоз — складний, багатоступінчастий процес, який контролюється
значною кількістю мейозоспецифічних генів. У нормі мейоз у рослин
відбувається практично без порушень. Нормальний перебіг мейозу може
порушуватися мутаціями мей-генів, які зумовлені різноманітними чин-
никами. Одним із них може бути Agrobacterium-опосередкована транс-
формація, за якої фрагменти ДНК (Т-ДНК) інтегруються у рослинний
геном, що може призводити до різноманітних мутацій [15, 17]. Виявле-
но, що виникнення мутацій у трансгенних рослин зумовлене не тільки
безпосередньою інтеграцією Т-ДНК і порушенням цілісності генів, а й
складним процесом перенесення Т-ДНК в рослинну клітину [3].
Встановлено, що вбудовування Т-ДНК може призвести до появи
всього спектра мутацій, описаних класичною генетикою — від точкових
мутацій до крупних хромосомних перебудов [13, 14, 18, 19, 22]. За
взаємодії агробактерій з рослинними тканинами Т-ДНК здатна вбудову-
ватися в будь-який ген, у результаті отримують значну кількість мутантів
з різними ознаками, у тому числі господарсько-цінними. Водночас, за-
лежно від місця інтеграції Т-ДНК інсерції можуть спричинити ембріоле-
тальність, чоловічу стерильність, а також часто призводять до стериль-
ності рослин [7, 16, 20].
Відомо, що за трансгенезу інсерція Т-ДНК у функціонально зна-
чущі ділянки геному здатна негативно впливати на мейоз і фертильність
пилку [11, 16, 21], позначатися на репродуктивній здатності рослин-
трансформантів [10, 20]. Описано мутації, що відбуваються на різних
стадіях мікро- та макроспорогенезу, а також гаметогенезу [7]. Порушен-
ня нормального перебігу мейозу в рослин виявляються у змінах синап-
сису, заміні першого мейотичного поділу на мітотичний, передчасному
© А.В. БАВОЛ, І.І. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, О.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНА, 2015
536
цитокінезі, зміні конденсації хроматину, злипанні й фрагментації хромо-
сом, нездатності хромосом до кон’югації, в утворенні різної кількості
унівалентів, неодночасному й нерівномірному розходженні хромосом до
полюсів, формуванні діад і тетрад з мікроядрами, появі поліад [5, 6, 10,
20]. Спостерігаються також аномалії мейозу, пов’язані з апаратом вере-
тена поділу [10]. Порушення перебігу мейозу призводять до зниження
насіннєвої продуктивності генетично модифікованих рослин.
Метою нашої роботи було дослідження перебігу мейозу в генетич-
но модифікованих рослин пшениці, отриманих методом Agrobacterium-
опосередкованої трансформації клітин калюсних культур in vitro.
Методика
Досліджували сучасний високоврожайний сорт м’якої пшениці Зимо-
ярка, який характеризується доволі високим морфогенним потенціалом
in vitro [2]. Для генетичної трансформації брали калюси, індуковані з
апікальних меристем тридобових стерильних проростків, попередньо ви-
рощених in vitro. Калюсні культури культивували на середовищі МС з
додаванням 2 мг/л 2,4-Д.
Agrobacterium-опосередковану трансформацію проводили згідно з
методикою [1] із використанням штаму AGLO і двох векторних конст-
рукцій, одна з яких містить ген синтезу, друга — катаболізму проліну.
Векторна конструкція рВі2Е містила дволанцюговий РНК-супресор гена
проліндегідрогенази (pdh), отриманий на основі гена Arabidopsis (dsRNA
supressor ProDH1), а також селективний ген неоміцинфосфотрансферази
II (npt II) E. coli, друга конструкція — бінарний вектор рВі-ОАТ із цільо-
вим геном — орнітинамінотрансферази Medicago truncatula і селективний
ген неоміцинфосфотрансферази II (npt II) E. coli. Обидві конструкції
люб’язно надав д-р біол. наук О.В. Кочетов (Інститут цитології і генети-
ки СВ РАН, м. Новосибірськ). Трансгенний статус регенерантів підтвер-
джували методом ПЛР [1].
Матеріалом для досліджень були трансгенні рослини пшениці Т2,
4 лінії сорту Зимоярка (Зимоярка 1, 11, 43, 59), отримані методом
Agrobacterium-опосередкованої трансформації за використання векторної
конструкції рВі2Е, та 4 лінії (Зимоярка 154, 161, 169, 175), отримані за ви-
користання векторної конструкції рВі-ОАТ, рослини яких були фертильни-
ми в поколінні Т0 і мали нормальний хромосомний набір (2 n = 6 x = 42).
У поколіннях Т0 і Т1 лінії зав’язали різні кількості насінин, їх розділили на
дві групи: в першу увійшли трансгенні форми, з яких отримано від 20 до
50 насінин на рослину (Зимоярка 43, 59, 161, 175); другу — сформували
рослини з числом насінин більш як 50 (Зимоярка 1, 11, 154, 169).
Цитологічний аналіз мейотичних фенотипів проводили на мате-
ринських клітинах пилку (МКП). Для кожного варіанта брали по 3—4
колоси, які ще не вийшли з трубки. Фіксували в суміші етанол : льодя-
на оцтова кислота (3 : 1). Після фіксування пиляки відмивали кілька
разів у дистильованій воді і фарбували 2 %-м ацетокарміном. Тимчасові
давлені препарати готували за загальноприйнятою методикою [9].
Аналізували всі пиляки, МКП яких знаходилися на стадіях профази 1
(П1), метафаз 1 і 2 (М1, М2), анафаз 1 і 2 (А1, А2) та формування тет-
рад. У діакінезі та метафазі мейозу 1 вивчали по 15—20 чітких метафаз-
них пластинок, на стадіях ана- й телофаз — не менш як 50 клітин на ко-
лос. Стадію тетрад аналізували за використання мікроядерного тесту, на
одну рослину аналізували по 150—200 тетрад, визначали мейотичний
537
ПРОТЕКАНИЕ МЕЙОЗА У ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
індекс. Контролем слугували рослини вихідного сорту Зимоярка (К1) й
нетрансгенні рослини R1 того ж сорту, отримані в культурі in vitro (К2).
Препарати аналізували за допомогою мікроскопа Amplival (Zeiss) зі
збільшеннями 1540 і 15100.
Результати та обговорення
Цитологічним аналізом мікроспорогенезу в контрольних рослин сорту
Зимоярка встановлено, що мейоз відбувався практично без порушень.
Усі рослини мали стандартний хромосомний набір (2 n = 6 x = 42). Хро-
мосомні асоціації в метафазі мейозу 1 (М1) представлені в основному за-
критими бівалентами (21з
п). У нетрансгенних рослин R1 тільки в шести
клітинах виявлено відкриті біваленти (20п
3 + 1п
в; 19
п
з + 2п
в) (табл. 1). Усі
біваленти розміщувались на екваторі мікроспороцитів, а їх центромери
орієнтувались до полюсів веретена поділу. Клітин з унівалентами у рос-
лин вихідного сорту не спостерігали, у нетрансгенних рослин R1 виявле-
но лише 1 клітину з унівалентами (20п
з + 21), що відповідало нормаль-
ному перебігу мейозу. На стадіях ана- й телофаз обох мейотичних
поділів лише в окремих клітинах були одиничні фрагменти, частота яких
у сорту становила 0,5 % (табл. 2), у нетрансгенних рослин R1 — 1,7 %,
що втричі вище порівняно з рослинами сорту, проте не перевищує нор-
му для цитологічно стабільних форм. Нормальні тетради формувались у
гніздах пиляків синхронно, кількість клітин із мікроядрами не переви-
щувала 1,5 %. Отже, отримані дані підтвердили, що мейоз у контроль-
них рослин відбувався без порушень.
Дослідження перебігу мейозу у генетично модифікованих рослин
пшениці дало змогу встановлювати рівень їх цитологічної стабільності.
Для визначення асоціацій хромосом аналіз проводили на стадіях діакіне-
зу й метафази мейозу 1, відмічали наявність відкритих бівалентів, уні- й
мультивалентів. На стадіях анафаз 1 і 2 визначали характер розходження
хромосом до полюсів веретена поділу. Аномалії мейозу на цих стадіях
виявлялись відставанням окремих хромосом, утворенням мостів і фраг-
ментів. На останній стадії досліджували тетради за наявністю мікроядер
чи інших порушень і визначали мейотичний індекс, що є показником
нормального перебігу мейозу та стабільності генотипів [8].
Результати вивчення поведінки хромосом у метафазі мейозу 1 у
генетично модифікованих ліній наведено в табл. 1. З’ясовано, що в усіх
генотипів утворювались бівалентні асоціації, представлені переважно закри-
тими бівалентами (21п), що свідчить про високу інтенсивність кон’югації
гомологічних хромосом. Відкриті біваленти (20п
з + 1п
в або 19п
з + 2п
в) в
кількості від 1 до 3 (рисунок, а) траплялися практично усіх генотипів. По-
ява відкритих бівалентів свідчила про ослаблення синапсису, проте дове-
дено, що десинапсис не чинив негативного впливу на перебіг мейозу [5].
Дослідники зазначали, що в наступних поколіннях мейоз стабілізувався і
кількість відкритих бівалентів могла зменшуватись [12].
Основним типом порушень на стадії М1 є наявність унівалентних
хромосом, що вказує на асинапсис (відсутність кон’югації) між гомо-
логічними хромосомами, це призводить до аномалій мейозу на подаль-
ших стадіях [5]. У наших дослідженнях ми спостерігали в основному
мікроспороцити з двома (20п + 21) і тільки у лінії Зимоярка 169 — кліти-
ни з чотирма унівалентами (19п + 41) (див. рисунок, б). Як правило,
унівалентні хромосоми розміщувалися за межами метафазної пластинки
538
А.В. БАВОЛ, И.И. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, А.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
539
ПРОТЕКАНИЕ МЕЙОЗА У ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
540
А.В. БАВОЛ, И.И. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, А.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
і не брали участі в її формуванні. Іншим порушенням на стадіях мета-
фаз 1 і 2 була наявність клітин із викидом хромосом (див. рисунок, в, г).
Порушення, що спостерігали на стадіх А1, представлені відстали-
ми хромосомами, фрагментами, мостами, викидом хромосом (див. рису-
нок, д). Кількість таких клітин у різних ліній змінювалась від 2,0 до
17,4 % (див. табл. 2). З фрагментів та (або) цілих відсталих хромосом, що
не відходили разом з іншими до полюсів і залишалися в цитоплазмі, в
тетрадах на стадії Т2 утворювались мікроядра. Основними порушеннями
на стадії А2 також було відставання або викид хромосом. Крім того, на
стадіях ана- й телофаз виявляли клітини з асинхронним поділом, коли в
одній клітині проходила пізня анафаза/рання телофаза, а в другій — ме-
тафаза (див. рисунок, е). Частота таких клітин у ліній була різною і
змінювалась від 0,8 до 3,4 % (див. табл. 2).
На останній стадії мейозу утворювались тетради, що з часом роз-
падались на окремі одноядерні мікроспори, з яких у подальшому форму-
вався пилок. Порушення на стадіях М1, А1, А2 призводять до утворен-
541
ПРОТЕКАНИЕ МЕЙОЗА У ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
Порушення мейозу в клітинах генетично модифікованих рослин пшениці:
а — відкриті біваленти; б — наявність 4 унівалентів; в — метафаза 1 з викидом хромосом; г — метафа-
за 2 з викидом хромосом; д — множинні порушення в анафазі 1 (міст, викид хромосом, відстала хро-
мосома); е — анафаза 2 з асинхронним поділом; є — тетрада з мікроядром; ж — тетрада з відсутньою
мікроспорою
ня мікроядер (див. рисунок, є) чи інших аномалій у тетрадах, появи пен-
тад, іноді — поліад. Тетради з мікроядрами виявляли з різною частотою
в усіх проаналізованих лініях (табл. 3). Найбільша кількість таких клітин
(28,1 %) була у лінії Зимоярка 175, найменша (0,7 %) — у лінії Зимоярка 1.
Крім того, в окремих ліній (Зимоярка 161, 169) статистично достовірно
визначено тетради, в яких одна чи дві мікроспори були відсутні (див. рису-
нок, ж). Кількість таких клітин не перевищувала 3 %. Появу в тетрадах
без’ядерних мікроспор деякі дослідники пояснюють наявністю в М1 або М2
автономного веретена, відсутністю кінетохорних фібрил чи аномальним
передчасним цитокінезом у профазі 2 [4, 12]. У кінцевому результаті це мо-
же призводити до зниження фертильності або повної стерильності пилку.
В результаті дослідження мейотичного індексу встановлено, що
три з проаналізованих ліній мають високий індекс — 90—99 % (лінії Зи-
моярка 1, 11, 154); дві — знижений (75—78 %, лінії Зимоярка 43, 59) і
три — низький (68—72 %, лінії Зимоярка 161, 169, 175) (див. табл. 3).
Високий мейотичний індекс властивий цитологічно стабільним формам
із нормальним перебігом мейозу, формуванням тетрад без порушень, що
зумовлює в подальшому утворення життєздатного пилку. За роками
відтворення трансгенні рослини цих ліній за тривалістю фенологічних
стадій росту практично не відрізнялися від контрольних рослин пшениці
сорту Зимоярка. Це свідчить на користь стабілізації функціонування
геному в цілому в потомства первинних трансформантів уже в наступно-
му поколінні. Знижений індекс характерний для стабільних форм із пев-
ною кількістю порушень у метафазі, низький — свідчить про підвище-
ний рівень порушень на стадіях М1—А2 і є показником нестабільності
таких генотипів.
Доведено, що інтеграція Т-ДНК у геном рослин за Agrobacterium-
опосередкованої трансформації не є сайтспецифічною і носить випадко-
542
А.В. БАВОЛ, И.И. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, А.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
ТАБЛИЦЯ 3. Аналіз стадії тетрад і визначення мейотичного індексу
Стадія тетрад
З них
Генотип
Кількість
клітин, шт. норма з мікро-
ядрами, %
відсутні
мікроспори,
%
Мейотичний
індекс, %
Контроль 1 563 561 0,3±0,2 — 99,6±0,2
Контроль 2 593 586 1,2±0,4 — 98,8±0,5
Векторна конструкція рВі2Е
Зимоярка 1 579 572 0,7±0,4 0,2±0,2 99,1±0,4
Зимоярка 11 498 455 7,6±1,2 1,0±0,4 91,4±1,3
Зимоярка 43 501 393 19,8±1,8 1,8±0,6 78,4±1,8
Зимоярка 59 495 376 21,2±1,8 2,8±0,7 75,9±1,9
Векторна конструкція рВі-ОАТ
Зимоярка 154 505 459 8,3±1,2 0,8±0,4 90,9±1,3
Зимоярка 161 496 337 30,2±2,1 1,8±0,6 67,9±4,4
Зимоярка 169 537 387 26,1±1,9 1,9±0,6 72,1±1,9
Зимоярка 175 598 418 28,1±1,8 2,0±0,6 69,9±1,9
вий характер, що призводить до різного роду мутацій і хромосомних пе-
ребудов геному рослин, які можуть позначатися на репродуктивній здат-
ності рослин трансформантів [10, 15, 17, 20]. Вбудовування в геном
трансформантів пшениці генетичних конструкцій з використанням
Agrobacterium-опосередкованої трансформації також позбавлене спе-
цифічності і може призводити до різних структурних змін їх хромосом.
Ці зміни незначно позначаються на морфології рослин, але різною
мірою порушують перебіг мейозу, що призводить до різного ступеня
зниження зав’язування насіння. Так, у ліній відсоток клітин із порушен-
нями в рази перевищує контрольні показники.
Отже, аналіз перебігу мейозу в генетично модифікованих рослин
пшениці засвідчив, що трансгенні форми характеризуються більшою час-
тотою порушень мейозу порівняно з нетрансгенними рослинами. Про-
аналізовані лінії різняться за рівнем цитологічної стабільності: 37,5 % (3)
ліній цитологічно стабільні, характеризуються нормальним перебігом
мейозу; 25 % (2) також стабільні, але з незначними порушеннями мейо-
зу; 37,5 % (3) — генетично нестабільні, зі значними порушеннями мейозу.
Встановлено, що відсоток клітин із порушеннями мейозу найбільший у
трансгенних рослин ліній, які характеризувались низькою насіннєвою про-
дуктивністю. Результати досліджень підтвердили, що рівень цитологічної
стабільності ліній, отриманих за використання штаму AGLO з векторною
конструкцією рВі2Е, вищий порівняно з лініями, трансформованими шта-
мом AGLO з векторною конструкцією рВі-ОАТ. Можливо, це пов’язано з
неспецифічним вбудовуванням генетичної конструкції за використання
Agrobacterium-опосередкованої трансформації в геном пшениці, що різною
мірою порушує перебіг мейозу та є основною причиною неоднакової
відтворюваності трансгенних ліній [5].
1. Бавол А.В., Воронова С.С., Дубровна О.В. Оптимізація Agrobacterium-опосередкованої
трансформації калюсних культур пшениці // Физиология растений и генетика. —
2015. — 47, № 1. — С. 58—65.
2. Гончарук О.М., Бавол А.В., Дубровна О.В. Морфогенетичний потенціал високопродуктивних
сортів озимої пшениці в культурі апікальних меристем пагонів // Фактори експеримен-
тальної еволюції організмів: Зб. наук. праць. — К.: Логос, 2011. — Т. 11. — С. 237—242.
3. Дейнеко Е.В., Загорская А.А., Шумный В.К. Т-ДНК-индуцированные мутации у транс-
генных растений // Генетика. — 2007. — 43, № 1. — С. 5—17.
4. Жарков Н.А. Аномалии мейоза у пшеницы Мильтурум 553, моносомной по хромосоме
3D // Цитология и генетика. — 1990. — 24, № 5. — С. 7—10.
5. Лемеш В.А., Саматадзе Т.Е., Гузенко Е.В. и др. Особенности развития и репродукции
трансгенних растений льна-долгунца // Онтогенез. — 2014. — 45, № 6. — С. 406—411.
6. Лісовська Т.П., Кузьмішина І.І., Коцун Л.О. та ін. Мейотична мутація томату, що пору-
шує конденсацію хроматину // Фактори експериментальної еволюції організмів. Зб. на-
ук. праць. — К.: Логос, 2014. — Т. 14. — С. 125—129.
7. Миляева Э.Л., Гурко Н.Ф., Баврина Т.В. и др. Особенности развития мужской репродук-
тивной сферы инсерционного мутанта табака ТРD1 с продолжительным периодом цве-
тения // Физиология растений. — 2002. — 42, № 4. — С. 526—534.
8. Орловская О.А., Леонова И.Н., Салина Е.А., Хотылева Л.В. Особенности поведения
хромосом в мейозе у линий мягкой пшеницы с интрогрессией генетического мате-
риала тетраплоидных видов рода Triticum // Экол. генетика. — 2015. — ХІІІ, № 1. —
С. 16—22.
9. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. — М.: Колос, 1988. — 280 с.
10. Сидорчук Ю.В., Дорогова Н.В., Дейнеко Е.В., Шумный В.К. Преждевременный цито-
кинез в материнских клетках пыльцы трансгенных растений табака (Nicotiana
tabacum L.) // Цитология. — 2008. — 50, № 5. — С. 447—451.
11. Сидорчук Ю.В., Загорская А.А., Дейнеко Е.В. и др. Т-ДНК-индуцированные аномалии
цветков и мужская стерильность у трансгенных растений табака: морфологический и ци-
тологический анализ // Цитология и генетика. — 2000. — 34, № 6. — С. 3—8.
543
ПРОТЕКАНИЕ МЕЙОЗА У ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
12. Шамина Н.В. Диагностикум аномалий растительного мейоза по его продуктам // Цито-
логия. — 2006. — 48, № 6. — С. 486—494.
13. Шахбазов А.В., Яковлева Г.А., Родькина И.А., Картель Н.А. Плейотропные эффекты гена
хитиназы из Serratia plymuthica в трансгенном картофеле // Цитология и генетика. —
2008. — 42, № 2. — С. 3—9.
14. Castle L.A., Errampalli D., Atherton T.L. et al. Genetic and molecular characterization of
embryonic mutants identified following seed transformation in Arabidopsis // Mol. Gen.
Genet. — 1993. — 241, N 5/6. — P. 504—514.
15. Choi H.W., Lemaux P.G., Cho M. High frequency of cytogenetic aberration in transgenic oat
(Avena sativa L.) plants // Plant Sci. — 2000. — 156, N 1. — P. 85—94.
16. Errampalli D., Patton D., Castle L. et al. Embryonic lethals and T-DNA insertional mutage-
nesis in Arabidopsis // Plant Cell. — 1991. — 3, N 2. — P. 149—157.
17. Latham J.R., Wilson A.K., Steinbrecher R.A. The mutational consequences of plant transfor-
mation // J. Biomed. Biotech. — 2006. — 2006 (Article ID 25376). — P. 1—7.
18. Laufs P., Autran D., Traas J. A chromosomal paracentric inversi associated with T-DNA inte-
gration in Arabidopsis // Plant J. — 1999. — 18, N 2. — P. 131—139.
19. Negruk V., Eisner G., Lemieux B. Addition-deletion mutations in transgenic Arabidopsis
thaliana generated by the seed co-cultivation method // Genome. — 1996. — 39, N 6. —
P. 1117—1122.
20. Peirson B.N., Bowling S.E., Makaroff Ch. A defect in synapsis causes male sterility in a T-
DNA-tagged Arabidopsis thaliana mutant // Plant J. — 1997. — 11, N 4. — P. 659—669.
21. Shamina N.V., Dorogova N.V., Sidorchuk I.V. et al. Abnormalities of meiotic division caused
by T-DNA tagget mutation in tobacco (Nicotiana tabacum L.) // Cell Biol. Int. — 2001. —
25, N 4. — P. 367—369.
22. Tax F.E., Vernon D.M. T-DNA-associated duplication/translocations in Arabidopsis.
Implications for mutant analysis and functional genomics // Plant Physiol. — 2001. — 126,
N 4. — P. 1527—1538.
Отримано 05.10.2015
ПРОТЕКАНИЕ МЕЙОЗА У ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ
ПШЕНИЦЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ AGROBACTERIUM-ОПОСРЕДОВАННОЙ
ТРАНСФОРМАЦИИ
А.В. Бавол, И.И. Лялько, С.С. Воронова, О.М. Гончарук, О.В. Дубровная
Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев
Исследовано протекание мейоза у генетически модифицированных растений пшеницы,
полученных при Agrobacterium-опосредованной трансформации клеток каллюсных культур
сорта Зимоярка. Трансгенные формы характеризовались большей частотой нарушений
мейоза по сравнению с нетрансгенными растениями. Процент клеток с нарушениями мейо-
за был наибольшим у трансгенных растений линий с низкой семенной продуктивностью.
Уровень цитологической стабильности линий, полученных при использовании штамма
AGLO с векторной конструкцией рВі2Е, выше по сравнению с линиями, трансформиро-
ванными штаммом AGLO с векторной конструкцией рВі-ОАТ.
THE PASSING OF MEIOSIS IN GENETICALLY MODIFIED WHEAT PLANTS
OBTAINED BY AGROBACTERIUM-MEDIATED TRANSFORMATION
A.V. Bavol, I.I. Lyalko, S.S. Voronova, O.M. Goncharuk, O.V. Dubrovna
Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine
31/17 Vasylkivska St., Kyiv, 03022, Ukraine
The passing of meiosis in genetically modified wheat plants obtained by Agrobacterium-mediated
transformation of cells of callus cultures Zimoyarka variety has been investigated. It is found that
transgenic forms are characterized by a higher frequency of meiosis disturbances in comparison
with non-transgenic plants. It is shown that the percentage of cells with impaired meiosis was high-
est in transgenic plants of lines that have low seed productivity. The level of cytological stability
in the lines obtained by using strain AGLO with a vector construct pBi2E, higher than in lines
transformed by strain AGLO with the vector construct pBi-OAT.
Key words: Triticum aestivum L., meiosis, transgenic plants.
544
А.В. БАВОЛ, И.И. ЛЯЛЬКО, С.С. ВОРОНОВА, А.М. ГОНЧАРУК, О.В. ДУБРОВНАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 6
|