Поликросс-тест в определении оценок общей комбинационной способности сосны обыкновенной
Бессчетнова Н.Н. (НГСХА, г. Нижний Новгород, РФ)
Perspectivity of reception of estimations of the general combinational ability for the plus-trees of a Scots Pine, allocated in natural populations of the Nizhniy Novgorod area, on the basis of the polycross-test is confirmed.
Весьма информативной оценкой эффективности отбора из природных популяций лучших по фенотипу особей выступает общая комбинационная способность (ОКС). Теоретические представления о данном показателе и методы его определения для сельскохозяйственных объектов весьма подробно освещены в многочисленных работах отечественных и зарубежных специалистов (Рокицкий, 1978; Айала, 1984; Фолконер, 1985; Айала и др., 1988). Вместе с тем теоретических разработок в отношении древесных видов недостаточно. Кроме того, известные алгоритмы вычисления оценок ОКС (Райт, 1978; Рокицкий, 1978; Фолконер, 1985; Гужов и др., 1991; Котов, 1997) не определяют конкретный порядок расчета этих величин при реализации поликросс-теста, в частности в варианте свободного опыления на лесосеменных плантациях (ЛСП). Отсутствуют и однозначно трактуемые представления о правилах использования в таких расчетах контроля, вводимого в состав испытательных культур (Основные положения…, 1982).
Традиционно реализуемые базовые схемы отбора на ОКС, разработанные Б. А. Грифиннгом (Griffing, 1956 a, b), основываются на диаллельных скрещиваниях. Алгоритмы вычисления этих показателей по указанным выше схемам описаны детально и опубликованы широко (Райт, 1978; Рокицкий, 1978; Роне, 1980; Фолконер, 1985; Гужов и др., 1991). Их теоретической и методологической платформой является наличие генетического вклада каждого из испытываемых объектов (в лесной селекции – плюсовых деревьев) в потомства полусибсов каждого из остальных. При таком общепринятом подходе к содержанию рассматриваемых понятий становится очевидным, что в расчетах могут быть задействованы только те объекты, которые имели возможность участвовать в формировании генотипов полусибсов испытываемых семей. В лесной селекции таковыми являются клоны плюсовых деревьев в составе отдельной ЛСП, которые собственно и формируют полусибсовое потомство и вносят вклад в его генотипы. Это следует из общепринятых представлений о порядке организации опыта и проведения анализа ОКС как с помощью диаллельных скрещиваний, или топкросса, так и методом поликросс-теста. При его реализации необходимо обеспечить равномерный взаимный репродуктивный контакт каждого из клонов с каждым из других, для чего на поликроссных полях (адекватным эквивалентом которых являются ЛСП) рекомендованы соответствующие схемы размещения и смешения клонов, а также учтена их фенологическая и физиологическая совместимость, тем более что для сосны обыкновенной четко выраженных фенологических форм не установлено. Регламент создания ЛСП (ОСТ 56-74-96, 1996; Указания…, 2000) обусловливает в той или иной степени репродуктивную изоляцию каждой отдельной ЛСП, что позволяет рассматривать любую из них как отдельное поликроссное поле и собственно обеспечивает возможность проведения оценок ОКС по общепринятой схеме.
Поликросс-тест традиционно рассматривается как метод отбора на ОКС (Кедров-Зихман, 1974; Райт, 1978; Котов, 1997; Гужов и др., 1991), в результате которого удается выделить генотипы, лучшие в анализируемой группе особей. Вместе с тем в лесной селекции методические аспекты вычисления ОКС по результатам поликросс-теста детализированы недостаточно. Перспективность их разработки становится тем более очевидной, поскольку формы анализа могут быть вполне успешно реализованы на многочисленных селекционно-генетических объектах, прежде всего испытательных культурах, созданных из материала, полученного на клоновых ЛСП. Применение поликросс-теста наиболее целесообразно в случаях самостерильности рассматриваемых объектов (что в известной мере справедливо для сосны обыкновенной, как перекрестно опыляемого вида), а также с возникновением трудностей в реализации рекуррентного отбора на ОКС, (для сосны обыкновенной, как и для большинства древесных видов, повторяющаяся смена семенных поколений требует весьма продолжительного периода). Исходной посылкой данного метода и его начальным этапом выступает клонирование тестируемых объектов, отобранных по фенотипу из гетерогенного исходного материала в соответствии с задачами селекции – в нашем случае плюсовых деревьев. Созданные в Нижегородской области (ГУ НО «Семеновский спецсемлесхоз») клоновые ЛСП в полной мере отвечают данному условию проведения анализа. Они могут рассматриваться адекватным аналогом поликроссных полей, на которых каждый клон опыляется смесью пыльцы всех остальных клонов, поскольку были заложены по аналогичным требованиям (ОСТ 56-74-96, 1996 Указания…, 2000;). Каждый клон высаживается в многократной повторности (не менее чем в 10-кратной) и равномерно распределяется по площади поликроссных полей по принципу рендомизации. На ЛСП эти условия реализованы в существующих схемах смешения клонов, обеспечивающих равномерный репродуктивный контакт каждого из клонов с каждым из других. Клоны, размещенные на ЛСП, должны обладать сходной фенологией, особенно по генеративным фазам: макро- и микроспорогенез плюсовых деревьев хвойных пород должны протекать в одни сроки. В противном случае не будет обеспечено равномерное участие всех клонов в опылении искусственно созданной популяции вегетативных потомков испытываемых плюсовых деревьев. Если не все клоны полностью самостерильны (что в известном смысле свойственно сосне обыкновенной, как и другим хвойным видам), то они должны обладать одинаковой самофертильностью (что в пределах вида принимается априори). Схема закладки поликроссных полей должна обеспечивать соответствие блочной схеме полевого опыта, в которой каждый отдельный клон встречается в каждом отдельном блоке учета только один раз, а число блоков соответствует числу повторностей. Это условие в полной мере реализуется блочной схемой смешения на ЛСП, и принципиально выдерживается в других схемах (ОСТ 56-74-96, 1996). В итоге на участке обеспечивается полная реализация свободного, равномерного и случайного переопыления всех испытываемых клонов.
Общую комбинационную спсособность принято рассматривать как отношение аддитивной вариансы к фенотипической, дающее оценку доли аддитивных компонентов в общей фенотипической изменчивости признака, и привлекать для её определения вариансный анализ (Райт, 1978; Рокицкий, 1978; Роне, 1980). В лесной селекции для оценки ОКС адекватен дисперсионный анализ комплексов полусибсовых семей плюсовых деревьев, полученных в результате свободного опыления на клоновых ЛСП. При этом для каждой репродуктивно изолированной ЛСП формируется свой самостоятельный дисперсионный комплекс по итогам биометрирования испытательных культур.
Возможность использования для вычисления ОКС при поликросс-тестах схемы расчета, предложенной для диаллельных скрещиваний, определяется тем, что ОКС является относительной оценкой генетического качества родителей. Теоретически она определена и имеет смысл только для конкретного дисперсионного комплекса. Одним из «проблемных» моментов здесь может выступать порядок нахождения полусуммы и суммы средних значений признака по комбинациям диаллельной схемы скрещивания. В диаллельных схемах скрещивания каждая из комбинаций, представленная некоторым набором гибридов, обеспечивает вычисление этой величины как собственно суммы всех имеющихся средних значений по каждой комбинации. В поликросс-тесте такой возможности не существует, поскольку отсутствует деление полученного в его результате гибридного потомства на потомства по отдельным комбинациям. Результаты измерений учитываемых параметров в испытательных культурах дают возможность определить лишь значение обобщенной средней величины показателя (высоты, диаметра и т.д.) для всех возможных гибридов конкретного плюсового дерева. Данная статистика соответствует среднему значению признака для всех комбинаций скрещивания отдельного родителя при контролируемом опылении по диаллельной схеме. Её можно представить как частное от деления суммы всех значений признака полусибсовой семьи (не зависимо от пути формирования: поликросс-тест или диаллельная схема) на численность этой семьи. Тогда сумма средних значений признака всех комбинаций скрещиваний одного плюсового дерева в полной реципрокной диаллельной схеме будет равна произведению обобщенного среднего его полусибсовой семьи на число возможных комбинаций скрещивания данного плюсового дерева.
Данное обстоятельство позволяет вполне обоснованно осуществлять нахождение суммы средних значений признака по комбинациям возможных прямых диаллельных скрещиваний отдельного плюсового дерева через произведение соответствующего среднего его полусибсовой семьи на число возможных комбинаций скрещивания без самоопыления. Нетрудно заметить, что последний множитель адекватен числу степеней свободы для дисперсии, обусловленной спецификой генотипов испытываемых родителей. Перечисленные величины: обобщенное среднее полусибсовой семьи, сумма средних значений признака всех комбинаций скрещиваний одного плюсового дерева в полной реципрокной диаллельной схеме, – используются в дальнейших расчетах ОКС. Логически такой подход соответствует современным представлениям о смысловом содержании ОКС (Фолконер, 1985). Согласно им, ОКС рассматривается как мера отклонения от общего среднего значения признака в комплексе генетически взаимозависимых объектов среднего значения признака для всех потомков некоторой особи при её скрещивании со всеми остальными особями анализируемого комплекса.
Айала, Ф.Дж. Введение в популяционную и эволюционную генетику / Ф.Дж. Айала. – М.: Мир, 1984. – 232 с.
Айала, Ф.Дж. Современная генетика / Ф.Дж. Айала, Дж.А. Кайгер. – В 3-х т. Т. 2. Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 368 с.
Гужов, Ю.Л. Селекция и семеноводство культурных растений / Ю.Л. Гужов, А. Фукс, П. Валичек . – М.: Агропромиздат,1991. – 463 с.
Кедров-Зихман, О.О. Поликросс-тест в селекции растений /О.О. Кедров-Зихман. – Минск: Наука и техника, 1974. – 128 с.
Котов, М.М. Генетика и селекция/ М.М. Котов. – В 2-х ч. Ч. 1.– Йошкар-Ола: МарГТУ, 1997. – 280 с.
Основные положения методики закладки испытательных культур плюсовых деревьев основных лесообразующих пород. – Воронеж: Гослесхоз СССР, 1982. – 18 с.
ОСТ 56-74-96. Плантации Лесосеменные основных лесообразующих пород. Основные требования. – М.: Типография № 9 Комитета РФ по печати, 1996. – 25 с.
Райт, Дж. В. Введение в лесную генетику / Дж. В. Райт. – М.: Лесная промышленность, 1978. – 470 с.
Рокицкий, П.Ф. Введение в статистическую генетику / П.Ф. Рокицкий. – Минск: Вышейшая школа, 1978. – 448 с.
Роне, В.М. Генетический анализ лесных популяций / М.В. Роне. – М.: Наука, 1980. – 160 с.
Указания по лесному семеноводству в Российской Федерации. – М.: ВНИИЦлесресурс, 2000.–199 с.
Фолконер, Д.С. Введение в генетику количественных признаков / Д.С. Фолконер /. – М.: Агропромиздат, 1985. – 486 с.
Griffing, B.A. A generalised treatment of the use of diallel crosses in quantitative inheritance / B.A. Griffing. // Heredity. – Vol. 10, 1956a. – P. 31 – 50.
Griffing, B.A. Concept of general and specific combining ability in relation to diallel crossing systems / B.A. Griffing. // Australian Journal of Biological Sciences. – N 9, 1956b. – P. 463 – 493.