doi: 10.15389/agrobiology.2018.1.151rus

УДК 634.1.055:575.22:575.162:575.167

Публикуется при поддержке гранта РФФИ № 16-04-00199.

 

К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ПОДТВЕРЖДЕНИЮ ГИПОТЕЗЫ
ОБ ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ ФЕНОМЕНА
«ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОТИП—СРЕДА» У ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

В.А. ДРАГАВЦЕВ1, И.А. ДРАГАВЦЕВА2, И.Л. ЕФИМОВА2,
А.П. КУЗНЕЦОВА2, А.С. МОРЕНЕЦ2

Гипотеза об эпигенетической (эколого-генетической) природе феномена «взаимодействие генотип—среда» (ВГС) была выдвинута российскими учеными (В.А. Драгавцев с соавт., 1984) после открытия на однолетних культурах нового эпигенетического феномена — смены наборов продуктов генов, детерминирующих один и тот же количественный признак, при изменении лимитирующего фактора внешней среды. Многолетние плодовые культуры — идеальный объект для исследования механизмов ВГС: генетическое разнообразие по детерминации признаков внутри сортов практически равно нулю (каждый сорт представляет собой генетически однородный клон); саженцы одного возраста высаживаются одновременно; все деревья в саду имеют одинаковую площадь питания (отсутствуют шумы генетической и экологической конкуренции). Годичные приросты по толщине (диаметру) штамба или по толщине ветвей разных порядков у плодовых несут важную информацию о качестве условий роста в конкретный год на протяжении многих лет. Целью исследований была расшифровка эпигенетической природы взаимодействия генотип—среда (ВСГ) посредством экспериментального подтверждения гипотезы о природе ВГС. Объектом исследования были сорта яблони и абрикоса северного и южного происхождения, обладающие различной устойчивостью к лим-факторам среды. Для выявления фактов смены продуктов генов, детерминирующих годичный прирост штамбов или ветвей 1-го порядка в толщину, проводили анализ сортов с разной генетической адаптивностью. В базе метеоданных выбирали годы с разным сочетанием температурного и влажностного режима (влажные и холодные; сухие и жаркие). Выявлено, что во влажный холодный год прирост ветвей в толщину был больше у сорта яблони Краса Севера, созданного в Екатеринбурге и имеющего лучшие генетико-физио-логические системы холодостойкости, а в сухой жаркий год — у южного сорта Бахорн (Узбекистан). Поскольку такие компонентные признаки, вносящие вклад в повышение засухоустойчивости, как опушение листьев и толщина кутикулы, в принципе не могут участвовать в повышении холодостойкости, значит, смена рангов по толщине годичного прироста древесины говорит о смене набора компонентных признаков адаптивности и наборов продуктов генов, детерминирующих эти признаки, при изменении лим-фактора среды. Таким образом, посредством выбора контрастных по лим-факторам лет и подбора разных по происхождению и адаптивности сортов удалось обнаружить факты, которые были предсказаны гипотезой о природе явления «взаимодействие генотип—среда».

Ключевые слова: гипотеза о природе взаимодействия «генотип—среда», плодовые культуры, адаптивность, смена наборов продуктов генов количественного признака.

 

Полный текст

 

 

TO THE EXPERIMENTAL CONFIRMATION OF THE HYPOTHESIS
ABOUT AN ECO-GENETIC NATURE OF THE PHENOMENON
GENOTYPE × ENVIRONMENT INTERACTION FOR WOODY PLANTS

V.A. Dragavtsev1, I.A. Dragavtseva2, I.L. Efimova2, A.P. Kuznetsova2,
A.S. Morenets2

The hypothesis of the eco-genetic nature of the phenomenon genotype × environment interaction (GEI) was developed by Russian scientists in 1984 after discovering an epigenetic phenomenon, the change in the spectra of genes that determine the same quantitative trait in annual crops with a change in the limiting factor. Perennial fruit trees are ideal objects for studying mechanisms of genotype × environment interaction. Genetic diversity within a fruit tree variety is practically zero as the trees are genetically homogeneous clones due to grafting, plants in a commercial garden are of the same age because of simultaneous planting, and they have the same soil area of nutrition, that is, there is no superposition of genetic and environmental competition. Annual growth in thickness of trunk and branches is very informative, and the pattern of a tree's annual growth rings records information about growth conditions, above all weather conditions, for many years. We studied apple (Malus domestica Вorkh.) and apricot (Prunus armeniaca L.) varieties of northern and southern origin which possess different tolerance to weather stressors. To reveal alterations in the spectra of genes determining an increase in the thickness of a tree trunk and branches, we compared annual rings in the commercially grown trees of different adaptiveness which undergone the action of various limiting weather factors changing over a long period, particularly the effects of dry and hot years in contrast to the wet and cool years. It was revealed that wet and cold weather caused a bigger increase in branch thickness in the northern-originated apple variety Krasa Severa from Ekaterinburg with better genetic and physiological systems for cold resistance, whereas dry and hot weather similarly affected the southern-originated variety Bahorn from Uzbekistan. Pubescence of leaves and cuticle thickness which contribute to drought resistance can not contribute to an increase in cold resistance. Hence, a change in the incremental thickness grades suggests a change in the set of component traits, and, therefore, the sets of genes that determine these traits, with a change in the limiting factors of the environment. Thus, due to the choice of the varieties of different origin and adaptability and the years with contrasting limiting environmental factors, we succeeded to discover the facts that were predicted by the hypothesis of the nature of the genotype × environment interaction phenomenon.

Keywords: nature of genotype × environment interaction, fruit crops, adaptability, change of gene spectra.

 

1ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский институт,
195220 Россия, г. Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14,
e-mail: dravial@mail.ru; ✉
2ФГБНУ Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия,
350921 Россия, г. Краснодар, ул. им. 40-летия Победы, 39,
e-mail: i_d@list.ru, efimiril@mail.ru, anpalkuz@mail.ru, funny_annie91@mail.ru

Поступила в редакцию
23 октября 2017 года

 

назад в начало