ELUCIDAREA FACTORILOR GENETICI DE BAZĂ AI FORMĂRII TRANSGRESIILOR VALOROASE LA TRITICUM AESTIVUM L.
Institutul de Genetică şi Fiziologie a Plantelor al Academiei de Ştiinţe a Moldovei
Tema temei de doctorat.
Conducător ştiinţific:
Lupaşcu Galina – dr. hab., conf. cercet.
Doctorandul anului III: Sandic Ştefan
ELUCIDAREA FACTORILOR GENETICI DE BAZĂ AI FORMĂRII TRANSGRESIILOR VALOROASE LA TRITICUM AESTIVUM L.
1. Institutul de Genetică şi Fiziologie a
Plantelor al Academiei de Ştiinţe a
Moldovei
Tema tezei:
ELUCIDAREA FACTORILOR GENETICI DE BAZĂ AI
FORMĂRII TRANSGRESIILOR VALOROASE LA
TRITICUM AESTIVUM L.
Conducător ştiinţific:
Lupaşcu Galina – dr. hab., conf. cercet.
Doctorandul anului III:
Sandic Ştefan
Chişinău, 2013
2. Actualitate
Ameliorarea plantelor autogame, inclusiv a grâului
depinde de obţinerea selectanţilor homozigoţi, superiori
genotipurilor parentale. Segregarea transgresivă poate fi un
factor-cheie în ameliorarea plantelor de cultură. Fenomenul se
manifestă la generaţia F2 sau la generaţii mai târzii, prin
fenotipuri care depăşesc norma de reacţie a populaţiilor
parentale din care au provenit [Rieseberg et al., 1999].
Indicii de bază ai transgresiilor sunt nivelul şi frecvenţa
acestora în populaţie. Un aspect important este pronosticul
condiţiilor şi frecvenţei transgresiilor în populaţiile homozigote
[Kuczynska, Surma, Adamski, 2007].
Pentru elucidarea acestor aspecte, este importantă
stabilirea bazei genetice
a fenomenului de segregare
transgresivă.
3. Scopul cercetărilor a constat în elucidarea factorilor
genetici de bază ai formării transgresiilor valoroase de
rezistenţă la patogenul Helminthosporium avenae şi de
productivitate a spicului la Triticum aestivum L.
Obiectivele de bază:
•elucidarea particularităţilor de reacţie a grâului la
H.avenae şi manifestărilor transgresive în populaţiile F2 și F3 în
condiţii in vitro și in vivo;
•determinarea elementelor de productivitate ale spicului
la părinţi și populaţiile segregante F2-F4 şi particularităţilor de
transgresie pentru diferite combinaţii şi caractere;
•determinarea nivelului de corelaţie „grad de dominanţă –
grad de transgresie – frecvenţa transgresiilor”;
•stabilirea rolului efectelor genice și factorilor proteici în
manifestarea transgresiilor valoroase.
4. Noutatea ştiinţifică a rezultatelor. Pentru prima dată a fost stabilit rolul diferenţiat al
distanţelor genetice între părinţi în manifestarea transgresiilor pozitive pentru rezistenţa
grâului comun de toamnă la Helminthosporium avenae şi elementele de productivitate ale
spicului. Au fost stabilite legături corelaţionale înalte între gradul de dominanţă, gradul şi
frecvenţa transgresiilor pentru elementele de productivitate ale spicului. La nivelul
embrionilor imaturi în populaţii segregante F2 şi F3, provenite din încrucişarea părinţilor cu
distanţe genetice mici, s-au constatat transgresii pozitive pentru indici morfogenetici
importanţi în reacţia la H.avenae, ceea ce relevă acţiunea complementară a alelelor liniilor
parentale cu efect aditiv.
Importanţa teoretică a lucrării. A fost stabilit rolul efectelor genice în formarea segreganţilor
transgresivi pentru elementele de productivitate ale spicului, cu normă de reacţie largă. S-a
constatat că transgresiile pozitive pentru greutatea boabelor per spic corelează cu sinteza
noilor izoforme de gliadine şi proteine generale în boabe, sau mărirea activităţii celor
existente.
Problema ştiinţifică soluţionată. S-a constatat că variabilitatea transgresivă pentru reacţia
genotipurilor de Triticum aestivum L. la Helminthosporium avenae şi elementele de
productivitate ale spicului este controlată de factori dominanţi, aditivi şi epistazii, legături
corelaţionale între submodulii caracterelor, interacţiunea populaţie segregantă x mediu şi
genele ce controlează sinteza şi expresia gliadinelor şi proteinelor generale în boabe.
Valoarea aplicativă a lucrării. Au fost identificate populaţii segregante valoroase de grâu
comun pentru caracterele de rezistenţă la Helminthosporium avenae, elementele de
productivitate şi calitate a boabelor, în calitate de material iniţial valoros pentru programele
de ameliorare.
5. Material şi metode
În calitate de material pentru cercetare în condiţii de laborator şi câmp au servit
soiuri-părinţi de grâu comun de toamnă, hibrizi F1–F4, retroîncrucișări care au
prezentat 6 combinaţii: Cobra x Apache, Niconia x Odeschi 267, Accent x Selania,
Select x BŢ 43-02, Aluniş x Balada, Căpriana x BŢ 16-04.
Indicii analizaţi:
- caractere de creştere a grăului la H.avenae în condiţii in vivo şi morfogenetice
in vitro;
- elementele de productivitate ale spicului: lungimea, numărul de spiculeţe;
numărul de boabe; masa a 1000 de boabe; greutatea boabelor per spic.
Parametrii genetici și statistici stabiliţi:
- coeficientul de corelaţie și ecuaţia regresională;
- gradul de dominanţă;
- gradul și frecvenţa transgresiilor;
- repartiţia în clase;
- efectele genice;
Caractere biochimice:
- activitatea gliadinelor şi proteinelor generale.
Datele s-au prelucrat în pachetul de soft STATISTICA 7.
13. Tabelul 2. Analiza corelaţională a dependenţelor unor caractere cantitative
ale spicului
Caractere
r
Lungimea spicului principal – numărul spiculeţelor per spic
0,73*
Lungimea spicului principal – numărul boabelor per spic
0,52*
Numărul spiculeţelor per spic – numărul boabelor per spic
0,64*
Numărul spiculeţelor per spic – greutatea boabelor per spic
0,46*
Greutatea boabelor per spic – numărul boabelor per spic
0,65*
Greutatea boabelor per spic – MMB
0,80*
* p<0,05.
14. y = -0 ,1 9 8 5 + 0 ,0 6 5 5 * x ; 0 ,9 5 C o n f.In t.
y = -0 ,0 0 6 2 + 0 , 0 3 4 3 *x ; 0 ,9 5 C o n f . In t.
2,8
2,6
2,6
2,4
2,4
Greutatea boabelor per spic, g
2,8
Greutatea boabelor per spic, g
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
35
40
45
N u m a r u l b o a b e lo r p e r s p ic
50
55
60
65
70
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
26
28
30
32
34
36
38
Masa 1000 boabe, g
Figura 7. Dependenţele regresionale ale unor importanţi
indici de productivitate a spicului
40
42
15. În scopul elucidării distanţelor genotipice între genitori
pentru fiecare din caracterele analizate, s-a procedat la
calculul raportului (%) acestora faţă de un soi de referinţă –
soiul standard Odeschi 51, considerându-se că diferenţele de
acesta reflectă şi deosebirile între genitori. Distanţele
genotipice între părinţi au variat în funcţie de caracterul
cantitativ, în limitele 3,9... 19,3; 0,1... 11,4; 5,8... 9,0;
1,9...20,8% pentru lungimea spicului principal, numărul
spiculeţelor, numărul boabelor şi greutatea boabelor per spic,
respectiv (Tab.3).
Cele mai mici diferenţe între soiurile-părinţi, în cazul
dat s-au manifestat în cazul numărului de boabe per spic,
iar cele mai mari – greutăţii boabelor per spic.
16. Tabelul 3. Diferenţele între genitori în baza unor caractere cantitative
ale spicului
Genitori
Lungi- Difere
mea, nţe
%
între
părinţi
,%
Numărul
spiculeţe lor
per
spic, %
Diferenţe între
părinţi,
%
Numărul
boabelor, %
per spic
Diferenţe
între
părinţi,
%
Cobra
103,7
109,3
0,1
115,4
7,7
Apache
119,4
Niconia
109,3
Odeschi
267
Select
105,4
BŢ 43-02
111,6
Căpriana
107,0
BŢ 16-04
90,6
92,3
15,7
109,2
3,9
105,6
123,1
0,5
106,1
19,3
96,8
11,4
106,1
97,1
103,5
5,8
93,1
102,1
20,8
106,6
11,3
95,3
7,7
111,2
9,0
86,3
Diferenţe
între
părinţi,
%
107,1
121,5
108,2
16,4
115,7
Greutatea boabelor
per spic,
102,4
1,9
100,5
9,0
84,4
102,4
18,0
17. Calculul
transgresiilor pozitive în populaţia F2, a
demonstrat diferenţe semnificative între combinaţii, atât în
cazul gradului, cât şi frecvenţei acestora, ceea ce relevă rolul
important al factorului de genotip şi interacţiune între
genitori la formarea caracterelor cantitative ce depăşesc cel
mai bun părinte (Tab.4). În condiţii de secetă extremală a.2012, manifestarea transgresiilor a fost puternic diminuată,
sau nulă pentru diverse caractere, iar în anul cu condiţii
optime – a.2013, gradul şi frecvenţa transgresiilor au fost mai
înalte, cele mai performante combinaţii fiind Căpriana x BŢ
16-04 şi Cobra x Apache, la care s-au atestat nivele
semnificative pentru numărul şi greutatea boabelor per spic.
18. Tabelul 4. Nivelul transgresiilor pozitive (%) pentru elementele de productivitate ale
spicului, la populaţiile F2 de grâu comun de toamnă, funcţie de an
Combinaţie
Caracter
2011
2012
2013
Tg
Niconia x Odeschi 267
Select x BŢ 43-02
Căpriana x BŢ 16-04
Cobra x Apache
Lungime
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Tf
Tg
Tf
Tg
Tf
19,7
0,0
0,0
4,9
0,0
9,5
9,4
17,5
7,2
2,9
13,5
11,1
2,6
0,0
0,0
0,1
72,5
0,0
0,0
2,5
0,0
21,5
7,5
12,5
16,6
1,7
10,8
4,2
2,5
0,0
0,0
0,8
4,7
0
0
8,8
12,0
0
0
0
0
0
0
9,7
8,9
0
0
0
3,6
0
0
4,6
1,8
0
0
0
0
0
0
6,4
3,6
0
0
0
0
0,46
0
28,07
0
0
0
6,62
16,98
5,10
15,39
32,44
8,21
0
7,25
17,17
0
0,93
0
0,93
0
0
0
3,36
20,18
8,85
0,88
27,19
3,70
0
2,78
4,67
19. Tabelul 5. Manifestarea transgresiilor pozitive (%) ale elementelor de productivitate
ale spicului de grâu comun de toamnă la populaţiile F2-F4 (2013)
Combinaţie
Caracter
F2
F3
F4
Tg
Niconia x Odeschi 267
Select x BŢ 43-42
Căpriana x BŢ 16-04
Cobra x Apache
Lungime
Num. spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Num.spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Num.spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Lungime
Num. spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
Tf
Tg
Tf
Tg
Tf
0
0,46
0
28,07
0
0
0
6,62
16,98
5,10
15,39
32,44
8,21
0
7,25
17,17
0
0,93
0
0,93
0
0
0
3,36
20,18
8,85
0,88
27,19
3,70
0
2,78
4,67
0,92
0,46
0
0,88
0
0
0
2,06
5,83
7,14
6,23
27,10
11,08
0
0
14,48
1,94
0,97
0
0,97
0
0
0
2,68
5,04
5,93
5,13
8,48
14,29
0
0
4,12
0
0,46
0
0
0
0
5,00
5,14
9,69
0,50
6,23
43,13
17,48
0
0
19,87
0
5,39
0
0
0
0
3,60
6,31
10,00
1,00
3,00
10,00
9,26
0
0
6,48
20. Tabelul 6. Dependenţa corelaţională între gradul şi frecvenţa transgresiilor
pozitive pentru unele caractere ale spicului de grâu
Caracter
Lungimea
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
r
0,99*
0,97*
1,00*
0,93*
S-a stabilit existenţa corelaţiilor înalte ale gradului şi frecvenţei
transgresiilor pentru relaţiile numărul spiculeţelor – greutatea boabelor, dar mai
diminuate pentru numărul boabelor – greutatea boabelor per spic (Tab.7).
Tabelul 7. Dependenţa corelaţională între transgresiile diferitelor
caractere ale spicului
Caractere
Numărul spiculeţelor –
greutatea boabelor
Numărul boabelor
–
greutatea boabelor
Gradul
transgresiilor
Frecvenţa
transgresiilor
0,93*
0,98*
0,79*
0,56
21. În scopul elucidării posibilităţii de predicţie a potenţialului transgresiv în
populaţiile F2, în baza gradului de dominaţie a caracterului la hibrizii F 1, s-a
procedat la analiza corelaţională a acestora pentru fiecare caracter. Astfel, s-a
constatat lipsa corelaţiei pentru lungimea spicului, corelaţii medii nesemnificative
statistic (0,35...0,61) pentru numărul spiculeţelor şi boabelor per spic, şi corelaţii
înalte veridice (0,83...0,89) – în cazul greutăţii boabelor per spic (Tab.8).
Tabelul 8.Dependenţa corelaţională între transgresiile pozitive în F 2
şi gradul de dominaţie a caracterelor spicului în generaţia F 1
Caractere
Lungimea
Numărul spiculeţelor
Numărul boabelor
Greutatea boabelor
* p<0,05%
Gradul
transgresiilor
0,07
0,44
0,61*
0,83*
Frecvenţa
transgresiilor
0,09
0,35
0,61*
0,89*
22. Studiul efectelor genice (acţiuni aditive – a, dominante – d şi interacţiuni
epistatice aa, ad, dd), implicate în heritabilitatea caracterelor menţionate a demonstrat în
majoritatea cazurilor efectul pozitiv (+) al acţiunilor a, interacţiunilor ad, dd, şi negativ (-)
al acţiunilor d şi interacţiunilor aa. Întrucât pentru caracterele examinate s-au atestat
dependenţe negative între orientările (+/-) acţiunilor d şi interacţiunilor dd, rezultă că la
toate combinaţiile s-au manifestat epistazii duplicate.
Pentru caracterele care au prezentat transgresii pozitive – lungimea spicului şi greutatea
boabelor per spic, s-au constatat asocieri cu anumite efecte genice (Fig. 8).
W a rd `s m e th o d
E u c lid e a n d is ta n c e s
W a rd `s m e th o d
E u c lid e a n d is ta n c e s
1
1
7
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
A
L in k a g e D is ta n c e
3 0
3 5
4 0
4 5
0
5
1 0
1 5
2 0
B
L in k a g e D is ta n c e
Figura 8. Dendrograma de repartiţie a efectelor genice şi indicilor de
transgresie în populaţia F2 pentru lungimea spicului (A) şi greutatea boabelor per
spic (B)
1 – a, 2 – d, 3 – aa, 4 – ad, 5 – dd, 6 – Tg, 7 – Tf.
2 5
23. 1
2
3
4
5
6
7
M
Figura 9. Activitatea gliadinelor în boabe la combinaţia de grâu
BŢ 43-42 x Select
1 – BŢ 43-42, 2 – Select, 3 – F2 BŢ 43-42 x Select, 4 – F2 Select x BŢ 43-42,
5 – F3 BŢ 43-42 x Select, 6 – F3 Select x BŢ 43-42, 7 – F4 Select x BŢ 43-42
24. 1
2
3
4
5
6
M
Figura 10. Activitatea gliadinelor în boabe la combinaţia de grâu
Selania x Accent
1 – Selania, 2 – Accent, 3 – F2 Selania x Accent, 4 – F2 Accent x Selania ,
5 – F3 Selania x Accent, 6 – F3 Accent x Selania, M
25. 1
2
3
4
5
6
7
M
Figura 11. Activitatea proteinelor generale în boabe de grâu la
combinaţia BŢ 43-42 x Select
1 – BŢ 43-42, 2 – Select, 3 – F2 BŢ 43-42 x Select, 4 – F2 Select x BŢ 43-42,
5 – F3 BŢ 43-42 x Select, 6 – F3 Select x BŢ 43-42, 7 – F4 Select x BŢ 43-42
26. 1
2
3
4
5
6
M
Figura 12. Activitatea proteinelor generale în boabe de grâu la
combinaţia Selania x Accent
1 – Selania, 2 – Accent, 3 – F2 Accent x Selania, 4 – F2 Selania x Accent, 5 – F3 Accent x
Selania, 6 – F3 Selania x Accent, M
27. Concluzii
1. Potenţialul transgresiv al grâului pentru rezistenţa la
Helminthosporium avena, se manifestă diferenţiat, funcţie de combinaţie.
Prin analiza distribuţiei în clase fenotipice, s-a constatat că în condiţii de
stres biotic se măresc nivelul de dominanţă şi frecvenţa transgresiilor.
2. Gradul şi frecvenţa transgresiilor pozitive ale elementelor de
productivitate ale spicului la grâu, diferă puternic la hibrizii F 2, ceea ce
relevă importanţa genotipurilor implicate în hibridare.
3. S-au constatat corelaţii pozitive înalte (0,93...1,0) între gradul şi
frecvenţa transgresiilor pozitive pentru elementele de producţie ale
spicului, ceea ce oferă şanse de reuşită la identificarea populaţiilor hibride
cu număr mare de genotipuri care prezintă aceste caractere.
4. Distanţele genetice între soiurile-părinţi corelează negativ (-0,77..0,97) cu gradul şi frecvenţa transgresiilor în cazul lungimii spicului şi
greutăţii boabelor per spic, şi – pozitiv (0,76...0,89) – cu numărul
spiculeţelor per spic şi numărul boabelor per spic.
5. S-a constatat corelaţie pozitivă înaltă (0,83; 0,89) între
gradul/frecvenţa transgresiilor în F 2 şi gradul de dominaţie a greutăţii
boabelor per spic în generaţia F1, ceea ce are importanţă predictivă pentru
identificarea populaţiilor F2 cu potenţial transgresiv înalt.
28. 6. În heritabilitatea unor elemente de productivitate ale genotipurilor
de Triticum aestivum L. – lungimea spicului, numărul spiculeţelor per spic,
numărul boabelor per spic, greutatea boabelor per spic sunt implicate
acţiuni (a, d) şi interacţiuni (aa, ad, dd) genice, orientate spre mărirea sau
micşorarea caracterului.
7. Manifestarea transgresiilor valoroase ale elementelor de
productivitate la Triticum aestivum L., în special a celor cu normă de reacţie
restrânsă (numărul spiculeţelor per spic) diminuează sub influenţa
condiţiilor stresante de mediu.
8. Prin analiză clusteriană, pentru unul din modúlii de bază ai
productivităţii grâului – greutatea boabelor per spic, s-a constatat o
legătură asociativă înaltă a gradului şi frecvenţei transgresiilor cu
epistaziile aditiv-dominante şi dominant-dominante, ceea ce relevă
implicarea acestora în geneza formelor transgresive valoroase .
9.Manifestarea transgresiilor pozitive se manifestă la nivelul gliadinelor şi
proteinelor generale în boabe prin mărirea diferenţiată a activităţii izoformelor
existente.
29. PUBLICAŢII
Articole în reviste recenzate naţionale
1.Sandic S., Lupaşcu G., Gavzer S., Saşco E. Cercetări cu privire la
caracterele cantitative ale spicului la Triticum aestivum L. I. Dependenţe
corelaţionale, particularităţi de moştenire în generaţia F 1. In: Studia
Universitatis. Ştiinţe reale şi ale naturii, 2012, N1 (51), p.53-59
2.Lupaşcu G., Sandic S., Gavzer S., Gavzer S., Saşco E. Cercetări cu
privire la caracterele cantitative ale spicului la Triticum aestivum L. II.
Manifestarea variabilităţii transgresive în generaţia F 2. In: Studia
Universitatis. Ştiinţe reale şi ale naturii, 2012, N1 (51), p.60-65
3.Lupaşcu G., Sandic Ş., Gavzer S. Factorii genetici implicaţi în
controlul transgresiilor elementelor de productivitate la Triticum aestivum
L./Buletinul AŞM. Ştiinţele vieţii. (La tipar)
30. Articole în culegeri naţionale
4.Sandic Ş., Lupaşcu G., Saşco E., Gavzer S. Gradul de dominanţă a
rezistenţei grâului comun de toamnă la boli fungice. In: Structura şi
funcţionalitatea sistemelor biologice –
diversitate şi universalitate.
Chişinău, 2011, p. 224-226.
5. Lupaşcu G., Gavzer S., Sandic Ş. Efectele genice implicate în formarea
elementelor de productivitate la grâul comun de toamnă. In: Impactul
realizărilor ştiinţifice asupra producţiei şi calităţii cerealelor spicoase.
Materiale ale conferinţei internaţionale, Bălti, 21 iunie 2013, P. 34-40
6. Sandic Ş., Lupaşcu G., Gavzer S. Manifestarea transgresiilor la
hibrizii F2 şi F3 de grâu comun de toamnă în reacţia la Helminthosporium
avenae Eidam. In: Impactul realizărilor ştiinţifice asupra producţiei şi
calităţii cerealelor spicoase. Materiale ale conferinţei internaţionale, Bălti,
21 iunie 2013, P. 68-73
31. Articole în culegeri internaţionale
7.Лупашку Г., Сандик Ш., Гавзер С. Трансгрессивная изменчивость
ростовых показателей пшеницы в популяциях F 2 под влиянием
культурального фильтрата Helminthosporium avenae Eidam. В:
Плодоводство и ягодоводство России. Сборник научных работ. Том
XXXIV, Часть 2, Москва, 2012, С.3-11
8.Сандик Ш. Источники вариабельности нормы реакции
пшеницы на культуральные фильтраты гриба Нelminthosporium
avenae Eidam. В: Плодоводство и ягодоводство России. Сборник
научных работ. Том XXXIV, Часть 2, Москва, 2012, С.211-217
LA TIPAR:
9. Lupaşcu G., Gavzer S., Sandic Ş. Rezistenţa grâului la patogeni - factor
important în folosirea raţională a resurselor naturale/Bălţi.Univ.”Alecu Russo”
10.Сандик Ш.А., Лупашку Г.А., Гавзер С.И. Особенности расщепления
гибридных популяций F2, F3 пшеницы при действии на семена культурального
фильтрата Helminthosporium avenae Eidam/ Novosibirsk.
11.Лупашку Г.А., Сандик Ш.А., Гавзер С.И. Проявление трансгрессивной
изменчивости по элементам продуктивности колоса в популяциях F2, F3
пшеницы/ Novosibirsk.