1.4 Бидайдың моносомды линиялары және оларды қолдану

Моносомик – бұл диплоидты жиынтық кезінде бір хромосомасы жоқ организм. Бұны 2n-1 деп белгілейді, бұл жерде 2n – хромосоманың қалыпты диплоидты жиынтығы. Бір хромосомасын жоғалтып алған диплоид, әдетте өмірге бейім келеді.

Жұмсақ бидайдың гексоплоидты табиғаты оған моносомды және тіпті нуллисомды жағдайда да жоғары өмірге қабілеттілікті сақтайды. Бидайдың күрделі геномы үш (ABD) және екі (AB) қарапайым геномдардан тұрады. Солай болғандықтан қалыпты өмірге қабілеттілікті қамтамасыз ететін, толық гендер жиынтығын иемденген диплоидты түрге қарапайым геномдар жатады. Ал гекса және тетраплоидты түрлерде көптеген гендер екі рет немесе үш рет қайталанған. Дегенмен, бұл генетикалық анализ бен хромосомалардағы карталарды құруды аса қиындатты және бұл мәселе моносомик және нуллисомиктердің көмегімен шешілді. Нәтижесінде жұмсақ бидай мәдени өсімдік түрлерінің ішінде генетикалық тұрғыда жақсы зерттелінген болды. Осы кездері қатты бидай және бидайдың басқа да түрлеріне, сонымен қатар олардың туыстарына генетикалық зерттеулер сәтті өтті [9].

Хромосомалы инженерияның соңғы әдістері моносомды немесе нуллисомды жағдайдағы алмасқан белгілі сорттағы гомологиялық хромосомалардың жұбын басқа сорттағы хромосомалар жиынына немесе туыстас хромосомалар жиынына алмастыруға (тек бір хромосома ауыстырылуы мүмкін), бидайдың хромосомалық жиынына хромосомалар жиынын немесе толық бір топ хромосомалар жиынын қосуға мүмкіндік береді. Бір немесе жұп хромосомалар жиынын жою арқылы, яғни моно немесе нулли хромосома алып, элиминацияға байланысты фенотиптік өзгерістерді байқау үстінде алынып тасталған хромосомалардағы гендер қандай белгілерді бақылайтынын байқауға болады. Сонымен қатар телоцентриктер (бір хромосома центромерасы бар бір иық түрінде болады), трисомиктер, тетрасомиктер түріндегі цитологиялық маркерлерді пайдаланады. Осының барлығы бидайды генетикалық талдаудың мүмкіндіктерін кеңейтеді. Осыған байланысты хромосомалардағы гендердің локализациясын, ген мөлшерлемесінің эффекттерін, жаңа генотиптік ортада геннің экспрессиясын, локустар мен центромераның және әртүрлі локустар арасындағы генетикалық қашықтықты өлшеп, картерлеуге мүмкіндік береді. Осымен бірге қарастырылған жұмыстардың көбісінің (хромосомаларды алмастыру) нәтижесінде шаруашылық саласында селекциялық маңызы зор бидайдың түрлері пайда болады [10].

Моносомды талдау. Анеуплоидия өсімдіктердің көптеген түрлерінде болатындығы белгілі. Моносомиктердің әсіресе нуллисомиктердің көбінесе тіршілік қабілеті болмайды. Ол кейде полиплоидты өсімдіктердің арасында да кездеседі. Мысалы, темекі мен бидайда барлық хромосомалары бойынша моносомиктер мен нуллисомиктер алынған. Моносомиктер мен нуллисомиктердің анеуплоидты линиялары өсімдіктер генетикасында моносомды талдау жүргізу үшін кеңінен қолданылады, ал оның көмегімен өсімдіктердің шаруашылық жағынан тиімді белгілерін бақылайтын геннің қандай хромосомада орналасқандығы анықталады.

Моносомды талдау жүргізу үшін ең алдымен сол зерттелетін түрдің әрбір хромосомасы бойынша моносомиктер мен нуллисомиктердің сериясын жасап алу керек. Белгілі бір хромосома бойынша моносомик немесе нуллисомик өсімдікті зерттелетін сортпен будандастырады, содан соң F₁ – дегі моносомиктерді бастапқы сортпен қайыра будандастырады. Осындай будандастырулар алты ұрпақ бойы қайталанады. Нәтижесінде барлық хромосомалар зерттелетін сорттардың хромосомаларымен алмастырылады. Соңғы қайыра будандастырудың алынған моносомиктерді өздігінен тозаңдандырғанда белгілі бір хромосома бойынша дисомик, моносомик және нуллисомиктерден тұратын ұрпақ алынады. Олардың фенотиптерін салыстыру осы хромосоманың гнетикалық ролің бақылауға мүмкіндік береді. Осы тәріздес әдіспен бір түрдің немесе сорттың хромосомасын басқа бір түрдің немесе сорттың хромосома жиынтығына беруге болады [11].

Н.Л.Удольская мен К.К.Шулембаева Қазахстанская-126 сортының негізінде жұмсақ бидайдың барлық 21 хромосомасы бойынша моносомды линияларының сериясын жасап шығарды. Бұл жұмыстар Қазақстанда бидай генетикасы саласы бойынша терең зерттеулер жүргізуге үлкен мүмкіндік туғызды. Олар бидайдың тек сапалық ғана емес сандық жағын да қамтыды. Осы хромосомалық инженерия әдісінің көмегімен гендер белгілі бір хромосомаларда шоғырландырылды және хромосомаларды сортаралық алмастыру жүзеге асырылды.

Жұмсақ бидайды генетикалық зерттеу үшін моносомды талдау әдісі кеңінен қолданылады. Казахстанская-126 сортының толық моносомды линия сериясы арқылы шаруашылық маңызды белгілері бар гендер локализациясы жұмыстарын өткізуге мүмкіндік берді. Моносомды талдау әдісін қолдану жұмсақ бидайдың хромосомасын басқа сорт хромосомасына алмасуын жүргізуді мүмкіндік береді. Ережеге сай, моносомды талдау әдісі цитологиялық талдаумен қатар жүріп отырады. Казахстанская-126 сорты моносомды линиясының құрылған сериясында 5А хромосомасы бойынша моносомиктерді идентификациялауға болады. Жоғарыда айтылғандарды ескерсек, сирек морфологиялық белгілерді бақылып отыратын гендерге қызығушылық туады. Белгілі бір хромосома бойынша морфологиялық маркерленген моносомды линияларды алу арқылы гибридизация процесі онай өтеді.

Алғашқы моносомды (содан соң нуллисомды) серияны алғаш рет Chinese Spring cортында американдық генетик Э.Сирс жасап шығарды. Ол осы сорттың хромосомалық жұптардың біреуінде бір хромосома жетпейтіндей осы сорттың 21 түрін жасап шығарды (нуллисомды серияда бір жұп хромосома жетіспейтін болды). 1954 жылға қарай Сирс 21 мүмкін болатын нуллисомадан толық сериялы (21 түр) моносомик, трисомик және тетрасомик шығарды [12].

Осының нәтижесінде көптеген елдерде Chinese Spring моносомды сериясын будандастыру жолдарымен басқа сорттардың моносомды сериялары пайда болды. Осы жолмен, бұрынғы КСРО-да Безостая-1, Аврора, Кавказ, Казахстанская 126, Саратовская 29, Саратовская 40, Мультитурум 553 және т.б. сорттардың осы тектес сериялары пайда болды [13].

Моносомиктер мен хромосомаларды алмастыру серияларын пайдалану жолымен бидайдың әртүрлі қасиеттерінің әрбір хромосоманың генетикалық үлесіне байланысты қасиеттерін сақтау туралы мәліметтер көп жинала бастады [14].

Моносомды түрлер бидайдың шаруашылық қасиеттерін айқындайтын геннің локализациясын білу үшін қолданылады. Егер белгіні рецессивтік ген бақыласа, F₁ гибридін талдау керек, егер доминантты ген бақыласа F₁ гибридін талдап, теориялық жоспарлы ыдыраудан бұзылуға байланысты критикалық хромосоманы анықтайды. Цитологиялық талдау өте күрделілігіне байланысты F₂ және F₃ ұрпақтары көп жағдайда талданбайды [15].

Моносомды талдау кезінде кездесетін кейбір қиындықтарға мыналарды жатқызуға болады:

1. Анеуплоидиямен жұмыс жасау үлкен цитологиялық шеберлікті қажет етеді.

2. Алдында болған мисдивижн, оның нәтижесінде бұл түр хромосома бойынша критикалық болмайды, тек оның стандартты иығы бойынша критикалық болады. Кейде, осының нәтижесінде изохромосомалар пайда болады.

3. Кейбір сорттарда гибридтердің мейозын тежейтін транслокациялардың болуы.

4. Үлгілерде гибридтердің конъюгациясының қалыпты жүруін қиындататын басқа текті генетикалық материалдардың болуы.

5. «Униваленттердің ауысуы».

К.Пирсон көрсеткендей, моносомды өсімдіктердің тұқымында асинапсистың болуы (хромосомалардың толық емес конъюгациясы), монодан талданып жатқан сортпен будандастырылған F₁ гибридтері Chinese Spring түрінің өздігінен тозаңдану арқылы пайда болған моносомды түрлеріне қарағанда көбірек унивалент түзетіні байқалды. Mетафаза І сатысында теориялық жоспарлы 20^"+1¹ орнына 19^"+1¹ гибрид саны байқалады. F₂ өсімдіктердің мүмкін болатын үш униваленттің кездейсоқ таралуына байланысты моносомды жағдайда бастапқы емес, басқа хромосома болады [16].

Сондай-ақ, Р.Сирс моносомды линиялардың көмегімен бұрыннан бар сорттардың хромосомаларын алмастыру арқылы, яғни донор өсімдік сортынан зерттеушіге қажет белгілерді кодтайтын гендері бар гомологиялық хромосомаларын басқа өсімдікке енгізу тәсілімен жақсартуды ұсынды [17].

Сорт аралық хромосомаларды алмастыру екі мақсатта жүргізіледі: сандық белгілерін толық генетикалық зерттеу үшін және зерттеушіге қажет белгілері бар хромосомаларды енгізу жолымен сорттарды селекциялық жақсарту үшін. Бұл әсіресе белгілі бір ауруға төзімділікті айқындайтын хромосомаларды енгізу тәсілімен сол ауруға төзімді болып келетін иммунды сорттарды шығаруда құнды болып есептеледі [18].

Алмасқан линияларды алуда ең маңызды талап – рецепиент-сорт линияларында анеуплоидты (моносомды немесе монотелосомды) жиынтықтың болуы керек [19].

Қызықтыратын хромосомалар бойынша анеуплоидты линияларды бірінші будандастыру донордың бірнеше хромосомаларын линия генотипіне енгізуге мүмкіндік береді. Одан әрі бірнеше беккросс жолымен анеуплоидты линияларға рецепиент-сорттың генотипін алмастыруға арналған линияның генетикалық материалымен қанықтырады. Бұл жағдайда донорлық хромосома рекомбинацияланбаған, яғни интакті күйде болады. Сорт аралық алмасқан линиялардың анеуплоидтардан айырмашылығы сорт аралық алмасқан линиялар қалыпты бидайлар сияқты хромосома саны (2n=42), жақсы көбейеді және өсіру үшін ерекше жағдайларды қажет етпейді.

Зерттеу жұмысының мақсатына байланысты алмасқан линиялардың хромосома жиынтығы көптеген елдерде құрастырылған. Өсімдік геномын құрастыру жұмыстары мен сандық және сапалық белгілерін анықтауда алмасқан линиялардың хромосома жиынтығын жасау көп көмегін тигізді. Алмасқан линияларды жаздық, күздік және қысқа тұрақтылығына жауап аллельді гендерді іздеуде, сандық белгілеріне генетикалық бақылау белгілеу үшін және сорт аралық хромосомалары алмасқан бидайлардың ферменттік активтілігіне әсерін, сондай-ақ жекелеген хромосомалардың дәндер мен ұнның және т. б. белігілі бір технологиялық қасиетін анықтауда пайдаланылады [20].

Сорт аралық алмасқан линиялар полигендік белгіні (агрономиялық маңызды белгілер) қарапайым құрамдас генетикалық компоненттерге бөліп қарауға мүмкіндік береді [21].

Саратовская 29/Янецкис Пробат сорт аралық алмасқан линиялардың толық сериясы Р. Ф. Гайдаленконың басшылығымен ИЦиГ СО РАН бидай генетикасы зертханасында жасалған. Алмасқан линиялардың көптеген санын Тони Ворланд Ұлыбританияның Норидж қаласындағы Джон Иннес Орталығында жасаған.

Алмасқан линиялар сериясын жасау өте көп еңбекті қажет ететін, ұзақ әрі әркімнің қолынан келе бермейтін өте қиын жұмыс болып табылады. Алмасқан линияларды алу жұмысын жоғары білікті мамандар ұжымы ғана іске асыра алады [22].

Хромосомалары алмасқан моносомды линиялар мен олардың генетикалық талдауы көптеген материалдардың цитологиялық бақылауымен қатар жүреді. Цитологиялық бақылауларды жүргізу себебі моносомды және дисомды өсімдіктердің будан ұрпақтарындағы хромосомалар саны әртүрлі болуы мүмкін. Сонымен қатар моносомды және дисомды өсімдіктер фенотиптері жағынан біркелкі болып келеді, сол себептен де цитологиялық талдау жүргізуді қажет етеді. Моносомды линиялардың ұрпақтарын қолайлы жағдайда өсіргенде цитологиялық қарау аса қажет болады [23].

Цитологиялық талдауды жасау өте көп еңбекті қажет етеді. Ең алдымен, өркендердің метафазалық клеткаларын бекітеді де митоздық бөлінудегі хромосомалар санын есептейді. 20"+1' хромосомалық конфигурациясы бар өсімдіктерді анықтау жүргізіледі, ол үшін жас бидайдың сабағын мейоздық циклде қарайды. Цитологиялық талдау жүргізу өте қиын жұмыс болса да, жалпы популяциядан моносомиктерді идентификациялаудың (іріктеп алудың) бірден бір жолы болып табылады. Цитологиялық жұмыстардың мерзімін қысқарту үшін және моносомды линияларды будандастырудан алынған гибридтік ұрпақтармен жұмыстарды жеңілдету үшін маркерленген гендердің болуы міндетті болып табылады. Маркерленген гендер бізге моносомиктердің фенотиптік белгілерін анықтаушы тестер қызметін атқарады [24].

Жұмсақ бидайдың селекциясында анеуплоидтар сериясын зерттеу жұмыстарынан алынған нәтижелерді тікелей жанама түрде пайдалану мүмкіндігі көптеген генетик, селекционер және биохимик ғалымдардың назарын өзіне аударуда. Бидайлармен жүргізілген жұмыстар сұлы өсімдігінен моносомды линия, мақта өсімдігінен моносомиктер мен трисомиктер, сонымен қатар басқа да түрлерден, атап айтсақ, қызанақ (томат), картоп, күнбағыс және т. б. ауыл шаруашылық дақылдардан анеуплоидтар мен полиплоидтарды алуға алғышарт болды [25].

5. Казахстанская-126 сортынан моносомды линияларды алу

Жаңа моносомды сериялар негізінен Chinese Spring анеуплоидты сортының хромосомалар жиынтығы негізінде жасалады. Chinese Spring сортына жататын моносомды өсімдіктердің әрқайсысында 21 хромосомадан болады. Жаңа моносомды линиялардың сериясын алу мақсатында олардың аналық формаларын аталық сортпен будандастырады. F₁ гибридтік ұрпақтарындағы унивалентті хромосомалар аталық сорттың хромосомасы болып келеді және көп жағдайда берілген Chinese Spring моносомиктерінде жоқ хромосомаға сәйкес келеді.

Қазіргі таңда практикада кез-келген сорттың моносомды линияларын әр моносомиктермен бірнеше қайтара будандастыру арқылы алады.

Жұмсақ бидайдың анеуплоидтары көмегімен жүргізілетін цитогенетикалық зерттеулер алдына екі өзара байланыстырылған мақсатты қояды:

1. Жергілікті құнды коммерциялық сорттардың жаңа анеуплоидты серияларын шығару және олардың генетикалық, цитогенетикалық және цитологиялық ерекшеліктерін анықтау;

2. Алмасқан линияларды шығару, бұл кезде донорлық форма жұмсақ бидайдың сорты немесе жақын туыстас өсімдіктер (қарабидай, эгилопс) болуы мүмкін.

Бидайдың Казахстанская-126 сортының моносомды линиялары ең алғаш биология ғылымдарының докторы К.К. Шулембаеваның басшылығымен жасалды. Бұл зерттеу жұмыстарының бірінші кезеңінде жаздық жұмсақ бидайдың Казахстанская-126 сортының жергілікті қоршаған орта жағдайларына бейімделген моносомды линияларын шығару болды. Казахстанская-126 сортының басқа бидай сорттарының ішінен таңдап алыну себебі бидайдың осы сорты жаздық бидайлардың ішіндегі Қазақстанның 80% алқабында егілетін ең кең таралған түрі болды. Сондай-ақ, көптеген аймақтық сорттардың түпкі шығу тегі, солардың ішінде: Казахстанская 3, Казахстанская 4, Эритроспермум 74 (КазНИИ земледелия, Актюбинская опытная селекционная станция) және Интенсивті (КиргНИИ земледелия) Казахстанская-126 сортынан бастау алады. F₁ гибридтік ұрпақтарына бақылаулық будандастыру жүргізгенде барлығы бір типті болған. Аталық сорт сияқты milturum түріне жататын, инфлятты типті болып, бидай масағының ұшында қылтанақты өсінділері болған. Chinese Sping моносомды линияларының өсімдігін аналық форма ретінде пайдалана отырып жүргізген тәжірибеде бұл линия ұрпақтарында анықталған қасиеттерден өзгешеліктер болатындығы байқалған. Chinese Sping моносомды линияларын Казахстанская-126 сортымен будандастыру нәтижесінде алынған Ғ₁ будан ұрпақтарының моносомды және дисомды өсімдіктерінің белгілері далалық егістік жағдайында 10-15 бидай масағына және жылыжай жағдайында 4-5 бидай масағына жүргізілген құрылымдық талдаулар негізінде жасалған. Жылыжайда өсірген кезде бидай масағының мөлшері кішірейгендігі байқалған, алайда линия аралық ерекшеліктері далалық егістік жағдайындағыдай сақталған. Моно 4В және моно6В Chinese Spring линиясын Казахстанская-126 сортымен будандастырғанда шыққан Ғ₁ будан ұрпақтарында қылтанақты бидайдың моносомды өсімдіктері алынған. Осы гибридтердің қылтанақтары тек шетінен ғана емес, сонымен қатар үшінші гүлдерінен де дамыған және олардың ұзындығы орта есеппен 5-7 см-ді құраған. F₁ будан ұрпақтарының дисомды өсімдіктері қылтанақсыз болған. Келесі ұрпақ бекросстарында (ВС₁–ВС₁₀) моносомды өсімдіктерді дисомды сибстер мен алғашқы сорттан ажырататын ерекше морфологиялық белгілерін анықтаған. ВС₁₀–ВС₁₁ бекросстарынан кейін барлық линиялардың дисомды өсімдіктері Казахстанская-126 сортының фенотипіне ие болды. Казахстанская-126 сортының 8 моносомды линияларында (1А, 3А, 5А, 7А, 2В, 4В, 6В және 5D) моносомды және дисомды бидай масақтарында морфологиялық жағынан өзгешеліктер байқалған. Көзбен көру арқылы бұл морфологиялық өзгешеліктерді ескере отырып моносомды линияларды дисомды өсімдіктер арасынан іріктеп алып, фенотипі бойынша іріктелінген өсімдіктерге әрі қарай цитологиялық талдаулар жүргізу арқылы анықтауға мүмкіндік туған. Мысалы, 3А хромосомасы бойынша моносомды өсімдіктер дисомды өсімдік сибстерінен иығында үшбұрышты терең кесіндісінің болуымен ерекшелінген. Ал 5А хромосомасы бойынша моносомды өсімдіктер – спельтоидты, 1А хромосомасы бойынша моносомды өсімдіктер – ілмек тәрізді (скверхедті) масағының болуымен айқындалған. 7А хромосомасы бойынша моносомиктер – қырқылған иықтарының, 2В моносомиктері – жалпақ, әрі таспа тәрізді қылтанақтарының болуымен, 4В моносомиктері – сабақтарының қысқалығымен ерекшеленген. Моносомиктердің жоғарыда аталған осындай белгілері моносомиктердің гибридизациясын жүргізгенде және алмасқан линияларын жасау барысында қажырлы еңбекті қажет ететін цитологиялық талдауды жүргізуді жеңілдетеді [26].

Бидай анеуплоидтарымен жұмыс жасау – үнемі клеткадағы хромосома санын тексеруді талап етеді, солай болғандықтан жақсы ортада өсірілген моносомды өсімдіктер дисомды өсімдіктерден генотип бойынша айырмашылығы болмайды. Тек ерекше болып Chinese Spring өсімдігі саналады, себебі оның спельтоидты масағы бар.

Моносомиктер ішінен Chinese Spring моносомды сортындағы унивалентті хромосоманың сәйкестігін анықтау мақсатында арнайы әдістеме жасалған. Мұндай тексерудің қажеттілігі моносомды будан өсімдіктерде бастапқы моносомикке тән хромосоманың болмауы мүмкін. Бұл алмасу унивалентті, ең алғаш рет Пирсон сипаттап көрсеткен, бұл моносомды гибридтік өсімдікте аз мөлшерде толық емес (жартылай) хромосомалардың конъюгациясымен (десинапсис) түсіндіріледі. Мұндай гибридтер өздігінен тозаңданатын Chinese Spring моносомиктеріне қарағанда, униваленттердің көптеген түрлерін түзеді [27].

Бірінші жағдайда Chinese Spring моносомды линияларында донорлық сорттан хромосомаларды алмастыру әдісін жиі қолданады. Бұл кезде зерттеушіні қызықтыратын белгілерді дамыту үшін жекелеген хромосомалардың рөлін зерттеу мақсатында донор өсімдік ретінде селекция үшін маңызды констрасты белгілері бар өсімдік сорттарын қолданады.

Екінші алға қойылған мақсат, жақсы бейімделген сортта хромосомаларды алмастыру жолымен жекелеген белгілерді жақсарту – сол сорттың моносомды линиялар сериясын шығарғанда ғана шешіледі [28].

Цуневакидің (1964) және біздің зерттеу нәтижелеріміз екіншілік гомологиялық топтың моносомиктері (әсіресе, моно – 2А) ұрпақтарында бірінші, үшінші және алтыншы топ моносомиктерімен салыстырғанда төмен пайыздық көрсеткіш көрсеткен.

Моносомиктердегі унивалентті хромосоманың идентификациясы үшін және хромосомалардың алмасуы үшін дителосомиктердің 21 линиясынан тұратын жинағын қолданады. Бұлар қажет хромосомаларды цитологиялық маркерлеуі үшін ыңғайлы модель бола алады. Цитологиялық маркерлеудің бұл әдісі клеткалардың митоздық және мейоздық бөлінуінде хромосомалардың морфологиялық ерекшеліктерін айқын көруге мүмкіндік береді.

ВС ұрпағында алынған (бірінші қайтара қайталамды ата-анасымен қанықты будандастыру) гибридтер екі типті өсімдіктерді құрайды: шамамен 94-99% донор өсімдіктен алған унивалентті хромосомалары бар моносомиктер және 1-6% нуллисомиктер. Моносомды өсімдіктердің тозаңымен сәйкес Chinese Spring нуллисомиктерін тозаңдандырады [29].

Моносомды 21 хромосомалы Chinese Spring сорттың жаңа сериялар шығару мақсатында аналық және аталық формалы өсімдіктермен будандастырады. F₁ ұрпақ гибридтеріндегі унивалентті хромосома аталық сорттың хромосомасы болып келеді және көп жағдайда Chinese Spring моносомиктерінде болмайтын хромосомаларға сәйкес келеді. Моносомды линиялардың көбеюі әр 21 линияның екі типті аналық және аталық гаметалардың пайда болуына әкеледі. Біріншілерінде 20 хромосома болса, екінші типтерінде 21 хромосомалар болады. Сондай-ақ гаметалардың бұлайша жіктелуі нуллисомиктер, моносомиктер мен дисомиктерден тұратын аралас ұрпақтардың пайда болуына әкеледі [30].

Ло (1968 ж) бір мезгілде телоцентрлі хромосомалары мен реципрокты алмасқан хромосомалары бар серияларды екі түрлі сорттардан моносомды линияларды шығару мүмкіндігі бар туралы пікір ұсынды. Ол үшін моносомды линияларды А сорты негізінде жасау бағдарламасын ұсынған, бұл сортты Chinese Spring моносомиктерімен будандастырады. F₁ моносомды өсімдіктерін тек бастапқы сортпен қайтара будандастырып қана қоймай, бір мезгілде F₁-дегі моносомиктерді моносомды күйде беріліп отыратын Chinese Spring дителосомиктерімен будандастырады.

Сондай-ақ, температуралық синхронизация әдісі бар, ол әдісті полиплоидтар алу үшін қолданады. Температуралық синхронизацияны әртүрлі цитологиялық зерттеулерді жүргізгенде қолдану мүмкін, әсіресе моносомиктермен жұмыс жасағанда, көптеген метафазалық пластинканың талдауы қажет болғанда қолданылуы мүмкін. Митоздық индекстің максимальды мәні өскіндерді тоңазытқыштан бөлме температурасы жағдайына шығарғаннан 45-60 минут өткен соң байқалады [31].

5. Казахстанская-126 моносомды линияларының мейоз тұрақтылығы және клетка бөлінуінің мейотикалық ерекшелігі

Мейотикалық бөлінудің өзгергіштігі көптеген факторлармен анықталады: мейоздың маңызды сатыларының ген бақылауы, нақты сорттың генотиптік ерекшеліктері және өсімдікті өсіру жағдайлары (температура, ылғал, жарық). Бидай гибридтерінің мейоз хромосомасының өту ерекшеліктерін зерттеу арқылы олардың генетикалық потенциалын, генетикалық табиғатын анықтауға болады. Солай болғандықтан мейоз тұрақтылығы өсімдіктің онтогенезімен тығыз байланысты және ұрық салмағы, ұрықтылық тағы басқа маңызды белгілердің қалыптасуын қамтамасыз етеді. Жұмсақ бидай сорты мейозын зерттеу кезінде әдетте униваленті бар клетка жиілігімен анықтаумен шектелді.

Шаруашылық маңызы бар белгілерді хромосомалық локализациялау мен моносомды линияларды құруда маңызды шарт – F₁ гибрид ұрпақтарының хромосомалық унивалентті цитологиялық идентификациясын жасау. Бидайдың түрлі сорттарымен жұмыс жүргізген авторлардың көбі моносомды линияларды құру кезінде мейоз тұрақтылығы беккрос санының өсуімен байланысты болғанын көрсетеді. Метафаза І мейозында моносомды F₁ гибридінің моносомигі Chinese Spring. Казахстанская-126 моносомды линиясы 20 бивалент пен 1 унивалент (20”+1’) түзеді. Кейде келесідей өзгерісі бар клеткалар кездеседі. 19”+3’(0,26–7,63 % зерттелгендердің ) және 18”+5’(0,38–5,15 %) таяқшалы бивалентті (0,07–2,09 %) басқада өзгерісі бар (0,09–16,79 %). F₁ моносомды гибридтерінің таяқшалы бивалентіне жасалған зерттеу нәтижесі және одан кейінгі беккростар қайталануы жоқ кішкене топтың екіфакторлы дисперсті анализі әдісімен жүргізілді. Бірінші фактор – хромосомалардың алмастыру дәрежесінің әсері (беккрос саны); екінші фактор – геномның бөлек хромосомаларының әсері. Мысалы, А-геномының F₁ гибридінде таяқшалы бивалент 1,85 - 0,80 болса, ВС_1-2 1,33 - 0,64; ВС_3-4 0,94 - 0,43; ВС_5-6 059 - 0,30; ВС_7-8 0,54 - 0,15% ВС₈-ден жоғары 0,29 - 0,08 бір клеткада болды. Тура осы беккрос саны көбейгенде таяқшалы бивалент санының азаю заңдылығы В-геномының F₁ 2,09 - 0,67; ВС₈-ден жоғары 0,24 - 0,09, D-геномының F₁ 2,02 - 1,37; ВС₈ –ден жоғары 0,41 - 0,27 бір клеткаға болып сақталған. Бұл кезде беккрос саны өскенде таяқшалы бивалент азайғанын көріп отырмыз. Осылайша моносомды гибрид пен ата-ананы будандастыру кезінде гетерозиготалық төмендеп, мейоз тұрақты болады. Бұл бір клеткадағы таяқшалы биваленттер анализінің дисперсті кешенінде көрсетілген [32].

Беккрос процесінде көрсетілген қателіктер азаяды. Анафаза І және анафаза II сатыларында көпірлер пайда болып, анафаза І сатысында клеткаларында ацентрлік фрагменті бар клетка сирек кездеседі. Униваленттілік азайып, тетрададағы микроядроның пайда болуы тығыз байланысты екені көрсетілген [33].

Мейоз кезіндегі А және В геномының F₁ гибридтеріндегі қателік бірдей. Ең көп қателік моносомды линиялардың D геномының хромосомаларында байқалған. Моносомды линияларды құруда мейоз тұрақтылығын қамтамасыз ету бірінші кезекте. Келтірілген мысалда, анафаза I және анафаза II униваленттері, тетрададағы микроядро саны беккрос аймақтарында көп өзгеріп отырды. Мұндай өзгерістер хромосома коньюгациясы бұзылған клеткаларда мейоз тұрақтылығының критерийі ретінде метафаза I мейозындағы таяқшалы биваленттер саны болып табылады. Зерттеу нәтижелері Казахстанская-126 сортынан гомозиготалы материал алу үшін 6-7 беккрос жүргізу аз екенін көрсетеді. Тұрақтылық тек 9-10 беккростан кейін болды.

Гибридтердегі мейозды цитологиялық зерттеу «унивалент алмасуы» мен реципрокты транслокация әсерін бақылап отыру керек, себебі олар әр түрлі кариотипі бар сорттар арасында кері будандастыру кезінде пайда болуы мүмкін. Әдетте моносомды серияларды құру кезінде унивалент алмасуын моносомды гибридтің әр линиясын Chinese Spring тесттік линиямен будандастыру арқылы зерттейді. Егер өзгеріс болып, бастапқы линиядан айырмашылық пайда болса, онда дителосомик-тестер мен F₁ гибридінің будандасуында мейоздың метафаза І сатысында 19 қалыпты бивалентте өзгеріс байқалады, ол өзгеріс қалыпты унивалентті бар, телоцентрлі және тұтас хромосомасы бар гетероморфты бивалент болады [34].

Мейоз деп эукариотты клеткаларда бастапқы хромосома саны 2 есе азайып өтетін бөліну процесін айтады. (грекшеден «мейон» – аз – және «мейозис» – азаю). Көп жағдайда хромосома санының азаюы редукция деп аталады. Мейоциттегі хромосоманың бастапқы саны диплоидты (2n) хромосома, мейоз кезінде түзілген хромосома гаплоидты (n) деп аталады.

Клеткадағы минималды хромосома саны негізгі сан (x) деп аталады. Хромосоманың негізгі санына генетикалық ақпараттың минималды көлемі бар, геном деп аталатын бөлігі сәйкес келеді. Клеткадағы геном саны геномды сан (Ω) деп аталады. Көпклеткалы жануар мен ашық және жабық тұқымды өсімдіктерде гаплоидты–диплоидты ұғымы сәйкес келеді. Мейоздың негізгі ерекшелігі гомологты хромосомалардың конъюгациясы мен олардың әр түрлі клеткаларға ажырауы болып отыр. Хромосомалардың мейотикалық клеткаларға ажырауы хромосома сегрегациясы деп аталады [35].

Мейоз 2 бөліну сатысынан тұрады, оларды мейоз I және мейоз II деп атайды. Бірінші бөліну кезінде хромосома саны 2 есе азаяды, сондықтан оны редукционды немесе гетеротипті деп атайды. Екінші бөліну кезінде хромосома саны азаймайды, оны эквационды немесе гомотипті деп атайды [36].

Мейоздың бірінші бөлінуі хромосома санының 2 есе азаюымен сипатталады: бастапқы диплоидты клеткадан екі хроматидті хромосомасы бар екі гаплоидты клетка түзіледі. Бірінші мейоз бөлінуінің профаза сатысында диплоидты хромосома болады, митозбен салыстырғанда бөліну кезінде хромосома бірлік құрылымнан тұрады. Бұл мейоздың лептотена сатысы. Одан кейін әр жұптың екі гомологты хромосомасы ұзына бойы параллель орналасады, олар бивалент түзеді. Олардың саны гаплоидты болады. Жұптар түзген конъюгация сатысы синапс түзеді, синапс түзілетін сатыны зиготена деп атайды. Синапс кезінде бір хромосома екі хроматидтен тұратындығына қарамастан оны байқау қиын, себебі олар жақын орналасады. Ол конъюгация кезінде ақпарат хромосомамен емес хроматида арасында ауысатынын көрсетеді. Зиготена сатысынан кейін пахитена сатысы болады, хромосомалар тығыздалып хроматиданы бөліп тұрғандығы көрінеді. Пайда болған қуыс диплотена сатысында жақсы байқалады, осы кезде бивалент тетрадаға айналады, ол конъюгацияланатын хромосомалар төрт хроматидадан тұрады. Хромосома серіктес арасындағы хроматида алмасуы диплотена сатысында гомологты хромосомалардың хроматидалары крест тәрізді байланысады. Ондай байланыстар хиазма деп аталады. Хромосомалардың мейотикалық бөлінуінде метафаза алдында хромосома қысқарып, тығыздалады, одан кейін метафаза мен анафаза өтеді, соңында тетрада диадаға бөлінеді, олар ұршықтың екі полюсіне тартылады. Нәтижесінде екі полюс телофазасында хромосома гаплоидты болады, олар екі хроматидадан тұрады, аз уақытта екі интерфазды ядро түзіліп, екінші мейотикалық бөліну басталады, ол митоз сияқты өтеді, нәтижесінде төрт гаплоидты клетка түзіледі [37].

Мейотикалық бөлінудің мәні келесідей:

Бұл механизм хромосома санының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Егер гаметогенез кезінде хромосомалар редукциясы болмаса, ұрпақтан-ұрпаққа олардың саны өсе беретін еді. Бұл жағдайда әр түрдің негізгі сипаты – хромосома санының тұрақтылығы жоғалатын еді.

Мейоз кезінде гомологты емес хромосомалардың көп әр түрлі жаңа комбинациялары пайда болады. Диплоидты жиынтықта ол екілік текті: гомологты жұпта хромосома әкесінікі, екінші гаплоидта шешесінікі болады.

Кроссинговер процесі кезінде де генетикалық материалдың рекомбинациясы жүреді. Барлық хромосомалар,гаметаға түсіп аталық және аналық хромосомалары бар аймағы болады. Ол ұрпақ материалының қайта комбинациясына алып келеді. Ол сұрыптау жасау үшін организм өзгергіштігіне себеп болады [38].

Осылайша жынысты көбею ата-анасынан үлкен айырмашылығы бар жаңа форма түзуіне әкеледі. Соматикалық клеткада хромосомалар жұпты, яғни диплоидты. Пісіп жетілмеген жыныс клеткалары да диплоидты. Жыныс клеткаларының дамуы нәтижесінде редукциялық бөліну жүріп, клеткалар саны екі есе азайып, гаплоидты болады.

Мейоз гаметогенез кезінде жүреді. Ол өзіндік пісіп-жетілу уақытында біріншілік және екіншілік бөлінумен жүреді.

Мейоздың биологиялық мәні жыныс процесі кезінде хромосомалардың тұрақты санын сақтауда. Сонымен қоса, кроссинговер нәтижесінде-хромосомада жаңа белгілері бар жұптар түзіледі. Мейоз комбинациялық өзгергіштікті ұрықтану кезінде жаңа белгілердің пайда болуын тудырады [39].

1. Хромосоманың барлығында болатын бөлінбеушілік.

а). Сегрегация мүлде болмайды (мысалы, ұршықты бөлінудің толық бұзылуы). Ол кезде бастапқы диплоидты клеткадан бір тетраплоидты клетка түзіліп, барлық хроматин сонда қалады.

б). Мейоздың бірінші бөлінуі митоз сияқты өтеді: нәтижесінде бастапқы диплоидты клеткадан диада – бір хроматидті хромосомасы бар екі диплоидты клетка түзіледі. Түзілген клеткалар бір-бірімен және аналық клеткамен салыстырғанда бөлек болады. Осылайша әр диплоидты клеткада әр түрлі хромосома жиынтығы бар болады (екі әр түрлі геном,мысалы Х1, Х2). Ол клеткалар бөлінуге қабілетті емес және споралар мен клеткаларға бастама береді. Ондай бұзылушылық бивалент түзілмейтін гибридтерде болуы мүмкін.

в). Бірінші бөліну қалыпты өтеді (екі хроматидті хромосомалары бар гаплоидты клеткалар түзіледі), екінші бөліну метафаза II сатысында тежеледі. Нәтижесінде гаплоидты клеткалардың диплоидизациясы жүреді: әр екі хроматидті хромосома екі хроматидаға ыдырап, ол хроматидалар ыдырамайды, ал хромосомалардың диплоидты саны қайта пайда болады. Мұндай мейоздың нәтижесі диада түзілумен аяқталуы мүмкін – екі диплоидты клетка түзіледі, олар спора мен гамета бастамасы болуы мүмкін. Ол кезде диплоидты клеткаларда бірдей хромосома жиынтығы болады ( бір клеткада Х1Х1, ал екіншісінде – Х2Х2). Мұндай бұзылушылық аз кездеседі.

2. Бөлек хромосомаға ажырамау. Ол алдыңғы сипаттамамен бірдей, бірақ сегрегация бөлек хромосомаға қатысты болады. Нәтижесінде бастапқы клеткада хромосома саны өте көп, басқа клеткаларда жеткіліксіз болады [40].

Жұмсақ бидай мейозының анафаза I сатысындағы бұзылушылық клетка экваторындағы бір немесе бірнеше униваленттің тосқауылымен сипатталады. Ол униваленттер цитоплазмада қалып, диада да микроядро түзеді. Униваленттер кейін бір полюске жинақталады. Қалған анафаза I униваленттері хроматидаға уақытынан бұрын бөлініп,полюске жылжып,тетрада мен диада да микроядро түзеді. Ол бұзылушылық нәтижесінде гамета хромосоманы қосып алады немесе жоғалтады. Ал анафаза I сатысында көпіршелер пайда болуы мүмкін. Ол түзілу хромосома соңының жабысуымен немесе хиазма терминализациясындағы тосқауылдан болуы мүмкін. Оған қоса, анафаза I сатысында бөлек гибридтерінде ұршық функциясы өзгеріп, екі полюсті бөліну орнына үш полюсті бөліну болуы мүмкін. Мейоздың бірінші бөлінуі диада түзілумен аяқталады. Жұмсақ бидайда бұл сатыда екі бұзылушылық көрінеді:цитоплазмада микроядро пайда болады немес тосқауыл нәтижесінде диада орнына микроклеткасы бар триада түзілуі мүмкін [41].

Мейоздың екінші бөлінуінде метафаза II сатысында келесі бұзылушылық болуы мүмкін: хромосоманың қалып қоюшылығы, бір клеткада екі ұршық түзілуі. Бір аналық клетканың асинхронды бөлінуі болады. Бір клеткада хромосомалар метафаза II сатысында, екінші клеткада анафаза II сатысы немесе телофаза II сатысында болады. Анафаза II сатысында хромосомалар қалып койып, көпір түзіліп, ұршық қызметі бұзылып, нәтижесінде үш полюсті ұршық немесе бір клеткада екі ұршық түзілуіне алып келеді.

Мутагендерді тәжірбие жүзінде анықтаудың негізі сол мутагендердің әсер ету механизмі болып табылады. Оны анықтаудың бірден - бір жолы мутантты формамен анализді шағылыстыру жүргізіп, алынған ұрпаққа генетикалық анализ жасау. Жұмсақ бидайдың мутанттылығын қарастырайық. Гексаплойдты (ААВВDD) жұмсақ бидай диплойдты түрдің үш геномынан тұрады. Шульц 1918 ж. жұмсақ бидайдың хромасомалар санын ди, тетра және гексаплойдтты топтарға бөлген. Жұмсақ бидайдың аллоплойдты геномдық құрылымын кейіннен Кихара мен Сакс ашқан [1]. Сирс өз еңбектерінде жүмсақ бидайдың хромосомалалық жиынтығын 7 гомологиялық А,В,Д геномнан тұратын топқа бөлген. Бидай мутанттарының цитогенетикасын білу эволюциялық байланыстарды, бидайдың жаңа классификациясын қалыптастыруға жол ашады. Мутацияны пайдаланудың мақсаты алғашқы селекциялық материалдардан жаңа, пайдалы өзгергіштік алу. Бидайдың күрделі құрылымын мутациялау арқылы генетикалық өзгергіштік алуға болады. Аллополиплоидты бидай дупликация және трипликация гендерінің сонымен қатар, гомеологиялық хромосомалардың бір-бірінің орынын басуға қабілетті және әртүрлі мутагендік факторларға төзімді келеді. Бидайдың гомеологиялық хромосомаларында бірдей гендер локализденген. Бидай геномының буферлігі хромосомалардың кеңістіктегі дупликация, делеция, унивалент тәрізді немесе тұтас хромасоманың болмай қалу жағдайында компенсациялық эффект көрсетеді. Мұнда анеуплойдты талдауды пайдаланып, бидай геномындағы әрбір хромосоманың тұқым қуалағыштық өзгергіштігін және генетикалық факторлардың әсерін анықтауға болады. Мейоздық бөлінудің алғашқы фазасындағы гомеологиялық хромосомалардың коньюгациясы мейоздың кейінгі стадияларының қалыпты болуының алғы шарты.

1952 ж. АҚШ-та бір-біріне тәуелсіз Сирс пен Окомато мен Англияда Р.Райли мен В.Чапмэн әртүрлі геномдарымен генотиптердің хромосомаларының конюгациясын жұмсақ бидайдың 5В хромосомаларының қатысуымен анықтаған. Кейін осы гомеологиялық хромосомалардың конюгациялануына әсер етуші фактор 5В хромосомасының ұзын иығында (L), хромосомаларының соңына қарай орналасатыны анықталған. Кейіннен 5В хромосомадан басқа 3Д хромосома да гомеологиялық хромосомалардың қос супрессорын тасымалдайтыны анықталды. Бірақ 5В хромосомасының жұпталуы 3Д хромосомасына қарағанда оңай жүреді. Бұл 3Д хромосомасының ингибирлейтін супрессор әсері 5В хромосоманың супрессорының әсерінен бірнеше есе эффектифтілігін көрсетеді. Бидайдың фенотипі бойынша алынған мутациялардың генетикалық табиғаты әр түрлі болады.

Ол әр түрлі нүктелік мутациялар және сонымен қатар хромосомалардың құрылымдық орын ауыстыруы-делеция, дупликация, транслокация нәтижесінде болуы мүмкін. Мұндай әр түрлі өзгергіштік бірдей фенотиптік эффект береді. Оны түсіну үшін, мутантты тозаңды талдау және мутантты линияларда ажырау процесінің болмауын анықтау қажет. Стерильді тозаңның болмауы және мутантты линияның константтылығы бұл өзгергіштіктің нүктелік мутация екенін көрсетеді. Хромосомалардың құрылымдық өзгеруінен көбіне стерильді тозаңдар және мутантты линиялардың ажырауы болады. Жұмсақ бидай өсімдіктері жетіспеушілік, дупликация процестерінде де өсуге қабілетті. Егер хромосомалар айтарлықтай аймағын жоғалтса немесе цитологиялық талдау кезінде үлкен дупликация болса, зерттелінген материалда гетероморфты тең емес иықты бивалент пайда болады. Мутация әсерінен өзгергіштікке әсер ететін геннің қандай хромосомада орналасқанын классикалық генетиканың әдістерімен анықтауға болмайды. Мутация нәтижесінде алған өзгергіштікке терең генетикалық анализ тек моносомалық талдау арқылы анықтауға болады /Майстренко/. Зерттелуші сорттардың, гибридтердің мутантты бидайлардағы мейоз бұзылысы негізінен қалыпты жағдайдан бивалентердің қалыптасуымен сипатталады. Жұмсақ бидайларда мейоз процесі басқа өсімдік түрлеріне қарағанда жылдам жүреді. Басқа өсімдіктердегі мейоз процесіндегі ДНК синтезі таңбаланған изотоп арқылы анықталған. Бидайда-24сағ, арпада-39,4сағ, сұлы да-51,2сағ, Lilium ,G asteria ,Vicia түрлерінде мейоздың ұзақтығы 3-4 күнге, Anterrhinumда 1-2 күн, Tradescantia 2 күнге созылады [2]. Әр түрлі себептерден болатын мейоздағы қарапайым бұзылыс –унивалентілік. Көбіне униваленттердің пайда болуы асинапсис немесе конюгацияланған гомозиготалардың уақытынан ерте ажырауынан пайда болған хиазманың жоғалу нәтижесі. Асинаптикалық және дисинаптикалық гендерді бақылаушы процестер өсімдіктердің көп санында бар. Жүгеріде (Beadee1930), темекі (Clausen1931), бидайда (Li 1945) және тағы басқалары. Көбіне бұл рецессивті және асинаптикалық гендер гомозиготалық жағдайда да мейоздың 1-ші профазасында гомологиялық хромосомаларға айналады. Бұл кезде дисинаптикалық гендер хиазманың болмауын жүзеге асырады. Нәтижесінде екі жағдайда да стерильдік байқалады және 1,2-ші анафазада хромосомалардың тең емес бөлінуінен анеуплойдтық ұрпақ алынады. Асинаптикалық және дисинаптикалық мутанттар әр түрлі дақылдарда индуцирлеу нәтижесінде алынды. Хромосомалық коньюгация бұзылыстарының енді бір типі – мультивалентер. Мультиваленттердің пайда болу себебі - мейоздағы биваленттердің ажырамауы және реципрокты транслокация. Егер ата-аналық формалары бір-бірінен бір немесе бірнеше реципрокты транслокациямен ерекшеленгенде, мултиваленттер гибридтерде де болуы мүмкін. Гибридік ұрықта тетраваленттің пайда болуы гетерозиготалық тронслокацияның бар екенін дәлелдейді. Олай болса гаплойдты бидайларда мултиваленттердің кез-келген жиілікте пайда болуы хромосомалардың қайта құрылуынан болады [3]. Мейоздың бірінші метафазасында фрагмент көпіршесінің болуы негізінен гетерозиготалық парацентірлі инверсия нәтижесі. Гексаплойдты бидайларда фрагментсіз көпірдің болуы, гомологиялық хромосомалар арасында кроссинговер және коньюгациядан хиазма терминализациясының кешігуімен түсіндіріледі. Ол 5В хромосомасының әлсіздігімен байланысты. Хромосомалардың конюгациясына тек хромосомалардың гомологиялық құрылымы ғана әсер етпейді, сонымен қатар генетикалық факторлар және қоршаған орта жағдайлары да әсер етеді. Жұмсақ бидай сортарында мейоз процесінің жүруі басқа өсімдіктерге қарағанда тұрақты. Л.Пауэрс көрсеткендей қатты және жұмсақ бидай сорттарын шағылыстырып, алынған «Маркило» сорттарының аномалиясында өсімдіктің шаруашылыққа қажетті бағалы белгілері басым болған [4]. Мейоздың бірінші метафазасында унивалент және бағытталмаған бивалентер, тетрадалардағы микроядролар өсімдіктің фертильдігіне, дән салмағына керісінше әсер берді. Бірақ, өсімдіктің масақ санына әсері болмады, митотикалық индекс пен дән салмағының арасында оңтайлы әсер байқалды. Өнгіштік және тозаңның стерильдігі цитогенетикалық зертеулерде тетрада стадиясындағы микроядролар мейоздың тұрақтылығын көрсеткіш ретінде пайлаланады. Кешігуші хромосомалар немесе фрагментер, егер олар мейоздың екінші бөлінуінің соңында цитоплазмада қалып қойған жағдайда микроядро түзіледі.

Дж. Мак Кей пікірі бойынша тетрадада кездесетін микроспора мейоздың цитологиялық аномалиясына толық баға бере алмайды. Гексоплоидты бидай сорттарындағы мейоз стадиясын зерттеуде жалпы мейоз аномалиясының жиілігі 4%-ке жуық, ал тетрада аномалиясы 2,8%-ті құрады. Селекциялық материалдарды цитологиялық талдау алғашқы материалдың тазалығын алдын-ала зерттеу үшін қажет және селекцияға тұрақты материал шығару үшін үлес қосады. Р.Лав қалыпты тетрада процентін, яғни микроядросыз тетрадаларды мейоздың қалыпты бағалаушы критерийі ретінде пайдаланып, оны митотикалық индекс деп атады [5]. Ол линиялардың митоз процесіне анализ жүргізіп, ең тұрақтысын таңдаған. Сонда бразилия бидайларында 19 сортының ішінен 12-сінің митотикалық индексі жоғары болған. Ол линияларды селекциялық жұмыстарға пайдаланған. Жаздық бидай дәндерін алкилдеуші мутагенмен өңдегенде, бастапқы формасынан морфологиялық, сондай-ақ шаруашылыққа бағалы белгілерімен ерекшеленетін мутантты формалар алынған. 1966ж «Норена »жаздық бидай сортының ауалы - құрғақ дәнін 0,006 және 0,01процент концентрацияда N-нитроза, N-метилмочевина мен өңдеу нәтижесінде 7-248 және Т-224 доминанты мутанттар алынды. 7-248мутант формасы бастапқы сорттан цилиндр пішінді тығыз масағымен ерекшеленді. Дән құрамындағы белок мөлшерінің көбеюі, белоктың құрамы ең күшті аминқышылдарынан тұратынын, сонымен қатар қоңыр татқа жоғары төзімділік көрсетті. Т-224 мутанты скверхедті типтің тығыз масағымен, құрамында жоғары мөлшерде белоктың болуымен және ауруларға орташа төзімділік көрсетумен сипатталды [6]. 1971 жылы бидайдың жоғарыда аталған мутанттарына және Норена бастапқы сорттарымен М₅ ті шағылыстырып, алынған форма -1 гибридтерінің мейозына цитологиялық талдау жұмысын жүргізген. Бидайдың Норена сорттарының жас масақшаларын және гибридтік ұрпақтарын Ньюкомер фиксаторымен фиксация жүргізіп, тозаңдарын ацитокарминмен бояп, препараттар жасап, мейоздың профаза стадиясынан тетрада микроспораларының пайда болуына дейін қарастырған. Мейоздың біріншілік метафазасында сақиналы және ашық биваленттер, униваленттер және мультиваленттер конфигурацияларының құрылымына мән берген. Авторлар біріншілік анафазада хромосомалардың дұрыс ажырамауын және қалып қойған хромосомаларды қарастырған. Тетрада фазасында қалыпты микроспора санымен қатар, қалыптан ауытқыған микроядролы тетрадалар есепке алынған. Бақылау негізінде өсімдіктердің бастапқы сорттарының масағы алынды. Анализ нәтижесі мейоздың барлық стадияларында мутант және гибридтердегі бұзылыстар саны, бастапқы Норена сортынан әлдеқайда көп болғанын көрсетті. Норена сорттарының униваленттері -5,7 процентін, Т-224 мутанттарында 9,4 процентін 7-248 мутантарында -7,6 процентін құрған.

Бидай мутанттары мен гибридтерінде мейоздың 1- ші бөліну метафазасында униваленттер мен мультиваленттердің жоғары жиілігі хромосомалардың құрылымдық өзгерісінен екенін көрсетеді және хромосомалардың коньюгацияланбауынан немесе коньюгацияланған хромосомалардың уақытынан ерте ажырауы мейоз тұрақсыздығын көрсетті. Гибридтер және мутанттар мен бастапқы Норена сорттарын бақылаумен салыстырғанда ашық бивалентер саны мән берерліктей жоғары көрсеткіш көрсетті. Ол хромосомалардың коньюгациялануының әлсіреуінен және хиазма жиілігінің төмендеуінен деп түсіндірді. Соңғысы мутанттардың микроаберациясы , яғни аздап инверсия , дупликация және делеция. Мейоздың әр түрлі жіптері, морфологиялық жағынан бастапқы профазалаларға ұқсайтыны байқалды. Мейоз кезіндегі хромосомалардың спирализациясының бұзылуы хромосомалардың және ядролық заттардың миграциясын көрсетті. Клеткадан ядролық заттардың цитомиктикалық канал арқылы екінші өзіне жақын клетканың цитоплазмаларына өту құбылысын цитомиксис деп атады. Алғаш рет оған ат беріп, анықтаған Р.Рейтс болды [7]. Анықталғанына 70жыл уақыт өтсе де, бұл құбылыстың нақтылы дәлелі әлі анықталмаған. Күріштің радиациялық мутантарын анықтағанда хромосомалық бұзылыстардың максимальді жиілігі 65,7пр50кр дозада, бірақ дұрыс корреляция байқалмаған. А.И.Коненко және В.И.Кнюзак М1 күздік бидай сорттарының дәнін химиялық мутагенмен өңдегенде өсімдіктің фертильдігін және микроспорогенез процесін анықтаған [8].

Олар М1 өсімдігінің мейозындағы хромосомалық бұзылыстардың жиілігі химиялық мутагендермен өңдеуден және сорт ерекшеліктерімен, мутагендердің әсер ету спецификасынан деген қорытынды шығарды. Автордың айтуы бойынша М1 өсімдігінің стерильдігі хромосомалық абберациялардан емес ішкі ұсақ хромосомалық өзгерістер мен мутагендердің физиологиялық әсерінен болады. Н.П.Калинин К.Ксидоров горохтың табиғи мутанттардың цитогенетикалық табиғатын зерттей отырып, химиялық мутагендер иондық сәуле сияқты мейозға жеткен хромосомалардың құрылымдық өзгерісін тудыруға қабілетті екенін ескертеді [9]. Бірақ бұршақта да инверсия бұзылысы тек радияцилық мутантта ғана кездескен. Химиялық мутагендермен өңделген мутанттарда инверсия болмаған, нүктелік фрагмент типті хромосомалық құрылымдық өзгерістер кездескен. Дж.Мак Кей гексаплойдты бидайларға фенотиптік, генотиптік буфферліктің күшті әсерін ескерді [10]. Ол бидайдың бір сортына физиологиялық, химиялық мутагендермен әсерін салыстыру жұмысын жүргізді. Одан тек көрінетін мутациялармен қатар бидай тозаңдарының стерильдігін көрсетеді. Дж. Мак Кей жаздық бидайларға жасаған тәжірбиесінде алкилдеуші химиялық мутагендер әсерінен болған мутация, иондық сәулелердің әсерінен болған мутацияларға қарағанда диплойдты бидайларда аз мөлшерде болатынын анықтаған [11].

Үнді оқымыстыларының жүмыстарында бидайға мутагендік факторлардың әсерінен (алкилдеуші химиялық мутаген және иондық сәуле) иондық сәуле жоғары жиілікте морфологиялық өзгергіштіктерді гексаплойдты бидайларда индуцирленген. Хлорофильдік мутация сирек болған [12]. Бірақ бидай дәнін ЭМС пен өңдегеннен кейін, керісінше морфологиялық өзгергіштіктен хлорофильдік мутация жиілігі жоғары болған. Гексаплойдты бидайларды зерттеудегі тағы анықталған мәселе иондық сәулелермен салыстырғанда химиялық мутагендердің әсерінен болатын хромосомалық жарылыс саны аз. Ал мұндай мутацияларды автор хромосомалардың құрылымдық бұзылысынан емес ішкі гендік өзгеріс нәтижесі деп қарастырды.

Өзгергіштік. Генетика тұқым қуалаушылықпен қатар өзгергіштік заңдылықтарын да зерттейді. Өзгергіштік дегеніміздің өзі организмнің сыртқы ортаның әсерінен яғни оның жаңа қасиеттерге ие болып немесе бұрынғы бойында бар қасиеттерден айырылу қабілеті.

Организм фенотипінің дамуы, оның тұқым қуалауының негізі болып саналатын генотипі мен сыртқы орта жағдайына байланысты. Генотипі бірдей болғанымен сыртқы орта жағдайларына, дамуына байланысты организмнің белгілері мен қасиеттері әртүрлі болып қалыптасуы мүмкін және организм сыртқы орта жағдайларының әсеріне бірдей жауап бере бермейді. Кейбір генотиптер сыртқы орта факторларының әсеріне бейімделе алатын болса, ал кейбіреулері төтеп бере алмай өміршеңдігі азаяды да қалғандары түрлі өзгеріске ұшырауы мүмкін. Өзгергіштікті жіктеу. Өзгергіштіктің 2 түрі болады: генотиптік және фенотиптік.

Генотиптік өзгергіштік. Организмнің белгілері мен қасиеттерінің өзгеруі геннің немесе клеткадағы генетикалық аппараттың басқа да элементтерінің өзгеруіне байланысты болуы мүмкін. Мұндай өзгергіштікті мутация деп атайды. Кейбір жыныс клеткаларында пайда болатын мутация келесі ұрпақтарда да сақталады.

Генотиптік өзгергіштік кейде гендердің арасында болатын әртүрлі комбинацияларға да байланысты болады, яғни гендер бір-бірімен орын алмастырғанда жаңа белгілер мен қасиеттер пайда болуы мүмкін. Мұндай өзгергіштікті комбинативтік өзгергіштік деп атайды. Мутациялық және комбинативтік өзгергіштік тек қана генотиптің өзгеруіне байланысты болады және ұрпаққа беріледі. Сондықтан оны тұқым қуалайтын өзгергіштік деп атайды.

Фенотиптік өзгергіштік. Организмнің жеке дамуы барысында морфологиялық, физиологиялық, биохимиялық және басқа ерекшеліктерінің өзгеретіндігі байқалады. Мұндай өзгергіштікті фенотиптік өзгергіштік дейді. Фенотиптік өзгергіштіктің генотиптік өзгергіштіктен негізгі бір айырмашылығы организм генотипінің өзгермейтіндігінде және тұқым қуаламайтындығында. Сондықтан мұндай өзгергіштікті тұқым қуаламайтын өзгергіштік деп атайды.

Мейоздың соңғы сатысында тетрадалар түзіледі. Бір-бірінен алыс гибридтерде қалған хромосомалар микроядро түзеді, ал ұршық қызметтері бұзылса, полиада түзілуі мүмкін. Тетрада мен полиада да микроядролардың болуы қалыпты емес хромосома саны бар гамета түзуі мүмкін. Олардың бір бөлігі стерильді тозаңды береді, кейде мөлшері де әр түрлі болуы мүмкін [42].