ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 5, с. 554-559
ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
УДК 575.86:582.542.1
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СОВРЕМЕННЫХ РОССИЙСКИХ СОРТОВ ЯРОВОЙ И ОЗИМОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИМ ЛОКУСАМ
© 2014 г. А. М. Кудрявцев, Л. В. Дедова, В. А. Мельник, А. А. Шишкина, В. П. Упелниек, А. Ю. Новосельская-Драгович
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991
e-mail: kudryav@vigg.ru Поступила в редакцию 03.10.2013 г.
Изучено аллельное разнообразие по четырем локусам глиадинкодирующих генов у современных сортов яровой и озимой твердой пшеницы Triticum durum Desf. Сравнительный анализ аллельного разнообразия позволил показать, что генофонды этих двух культур твердой пшеницы, имеющих разный жизненный цикл, существенно различаются. Для яровой твердой пшеницы выявлено сокращение уровня генетического разнообразия в современных сортах по сравнению с сортами, созданными в ХХ в.
DOI: 10.7868/S0016675814050099
Синтез высокополиморфного спиртораствори-мого запасного белка зерновки — глиадина контролируется у пшеницы локусами тесно сцепленных генов, расположенными в хромосомах первой и шестой гомеологичных групп [1]. Методом генетического анализа было установлено, что компоненты электрофоретического спектра глиадина, кодируемые генами одного локуса, всегда наследуются сцепленными группами или блоками компонентов глиадина [2, 3]. По каждому локусу глиадинкодирующих генов пшеницы выявлен множественный аллелизм, проявляющийся в том, что контролируемые одним и тем же локусом, но выявленные у разных сортов блоки компонентов глиадина могут различаться по числу, электрофо-ретической подвижности и интенсивности составляющих их компонентов [4—6]. Для мягкой [7] и твердой пшеницы [8] созданы каталоги аллельных вариантов блоков. Аллели глиадинкодирующих локусов оказались очень удобными маркерами при изучении генетического разнообразия пшеницы и того, как оно меняется в различных географических регионах и в разные временные периоды [9—11]. В частности, было показано, что в течение ХХ столетия в процессе интенсивной научной селекции генетическое разнообразие яровой твердой пшеницы России претерпело существенное изменение [12]. Озимая твердая пшеница в этом отношении изучена недостаточно [13].
Цель работы — изучение полиморфизма глиа-дина и динамики его изменения у сортов яровой и озимой твердой пшеницы, созданных в России в новейшей период.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для проведения исследования были взяты сорта яровой и озимой твердой пшеницы, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию за 2012 г. Семенной материал был получен непосредственно от оригинаторов сортов, т.е. организаций, создавших и поддерживающих семеноводство определенных сортов. Всего было исследовано 37 сортов яровой и 12 сортов озимой твердой пшеницы. Для характеристики каждого сорта в анализ брали не менее 100 индивидуальных зерновок, случайно выбранных из образца.
Глиадин экстрагировали 70%-ным этанолом из целой зерновки пшеницы или ее половинки в соответствии с ранее описанным методом [14]. Готовые образцы хранили в холодильнике (+4°С) и использовали в течение месяца. Одномерный электрофорез глиадина в полиакриламидном геле (ПААГ) проводили согласно методике [15] с модификациями, принятыми в лаборатории [16]. Идентификацию и обозначение аллельных вариантов блоков компонентов глиадина проводили в соответствии с созданным ранее каталогом [8, 17, 18].
Генетическое разнообразие по локусам глиа-динкодирующих генов оценивали по формуле Нея [19]
Н = 1 - Ер2,
где Н — индекс генетического разнообразия Нея (на локус) и р2 — частоты аллелей определенного локуса.
Таблица 1. Аллели глиадинкодирующих локусов у сортов яровой твердой пшеницы, районированных в Российской Федерации (по реестру 2012 г.)
Сорт О11-Л1 О11-Б1 О11-Л2 ОН-Б2
Алейская £ а а к
Алтайский янтарь £ аа й 1а
Ангел еЬ + и аа а + Ь а + о4
Аннушка И с а + Ь о + к + а
Башкирская-27 £ с й а
Безенчукская-182 £ а а 1а
Безенчукская-200 £ а й + а к + 1а
Безенчукская-205 £ а Ь к + а
Безенчукская степная £ а а к + 1а
Безенчукский янтарь £ аа +Ь а к
Валентина И с Ь а + Ь + к
Вольнодонская И аа + Ь а а
Воронежская-7 £ с Ь о
Донская элегия аа а а
Елизаветинская £ с а к
Жемчужина Сибири £ а Ь а
Золотая волна £ й / г
Коллективная-2 £ Ъ а Ъ
Краснокутка-10 £ аа а а
Краснокутка-13 £ с Ь о
Крассар £ с Ь о
Лилек И с Ь + а о + к + а
Людмила И Ь а Ь + а
Марина £ с а к + а
Ник с Ь + а к
Николаша £ с а о
Новодонская £ аа Ь к + а
Омская степная И а а а
Омская янтарная И а Ь к
Омский корунд еЬ + И аа а + Ь а
Оренбургская-10 И аа а а
Оренбургская-21 И аа с! + а аа
Саратовская-59 И с Ь к
Саратовская золотистая И с а о
Светлана И с а к
Степь-3 И с Ь к
Харьковская-46 £ а а а
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ электрофоретических спектров глиа-дина позволил установить генетические формулы для каждого из 49 районированных сортов яровой и озимой твердой пшеницы, которые представлены в табл. 1 и 2. Всего по локусу ОН-Л1а было идентифицировано 5 аллелей, по локусу ОИ-Б1а — 6, по
локусу ОН-Л2а — 5 и по локусу ОИ-В2а — 10. Каталог соответствующих этим аллелям блоков компонентов глиадина представлен на на рисунке.
Среди 37 яровых сортов были выявлены 22 (59.5%) гомогенных и 15 (40.5%) гетерогенных образцов, а среди 12 озимых сортов — 7 (58%) гомогенных и 5 (42%) гетерогенных. Гетерогенные
Таблица 2. Аллели глиадинкодирующих локусов у сортов озимой твердой пшеницы, районированных в Российской Федерации (по реестру 2012 г.)
Сорт Gli-A1 Gli-B1 Gli-A2 Gli-B2
Агатдонской е astb + b g ow
Айсберг одесский е b g ow
Аксинит ab astb f o
Алена g + ed astb g ow
Гелиос e astb + b g ow
Дончанка e b g ow
Золотко g astt g ow
Кермен ed b b + g ow
Крупинка g d g ow
Леукурум-21 ed astb g ow
Прикумская-124 e b g ow
Уния ed + g astb + a g ow + ou
сорта включают в себя несколько биотипов (от двух до шести) и соответственно характеризуются несколькими аллелями по определенным локусам (такие состояния локусов записаны в табл. 1 и 2 со знаком "+"). Большинство сортов имеют два, три сорта — четыре биотипа. Сорт Аннушка состоит из шести, Валентина — из трех, Лилек — из пяти биотипов. Процентное соотношение биотипов в гетерогенных сортах колеблется в широких
Gli-A1d
g eedebab
Gli-B1d
a aag c b
1
Gli-A2d
Gli-B2d
aaab ho laouowr
ст a b d f g ст
Схематические изображения (каталог) аллельных вариантов блоков компонентов глиадина, выявленных в современных российских сортах яровой и озимой твердой пшеницы. Схема электрофоретического спектра глиадина сорта Langdon (ст) приведена как эталон подвижности компонентов.
пределах (3—91%). Так, у одних сортов четко выделяется преобладающий биотип (Ангел — 77%, Безенчукская-200 — 91%, Безенчукская-205 — 90%, Безенчукская степная — 70%, Безенчукский янтарь - 74%, Лилек - 77%, Ник - 63%, Новодонская — 69%, Оренбургская-21 — 74%), у других сортов соотношение биотипов относительно равномерное (Аннушка, Валентина, Марина, Омский корунд), а у сортов Вольнодонская и Людмила, состоящих из двух биотипов, их соотношение одинаковое - 50%.
При изучении формирования генетического разнообразия в разных географических регионах, отличающихся агроклиматическими и почвенными условиями, важное значение имеет частота встречаемости аллелей глиадинкодирующих локусов. Были рассчитаны частоты для всех аллелей глиадинкодирующих локусов яровой и озимой твердой пшеницы (табл. 3).
Как видно из табл. 3, аллели в локусах сортов твердой пшеницы распределены неравномерно, причем в разных группах пшениц преобладают разные аллели. Так, по локусу Gli-A1 у яровой твердой пшеницы почти со 100%-ной частотой встречается аллель g (0.95), на долю двух других аллелей приходится <5%. У озимой твердой пшеницы по этому локусу преобладают аллели семейства e (e и ed) с суммарной частотой >73%. С большой степенью уверенности можно предполагать, что аллель g яровой твердой пшеницы связан с ее адаптацией к агроклиматическим условиям российских степей, где эта пшеница выращивается на протяжении веков [20]. Именно этим обуславливается высокая частота встречаемости этого ал-леля у отечественных сортов по сравнению с зарубежными [21], а также рост его частоты на протяжении всего XX в., когда твердая пшеница особенно интенсивно подвергалась селекции
d
Таблица 3. Частоты аллелей глиадинкодирующих локусов сортов яровой и озимой твердой пшеницы
Локус Аллель Частоты аллелей
яровые твердые озимые твердые
ОН-Л1 аЬ 0 0.05
е 0.02 0.37
еЬ 0.03 0
ed 0 0.37
& 0.95 0.21
ОН-Б1 а 0.18 0.11
аа 0.26 0
astЬ 0 0.47
Ь 0.08 0.37
с 0.46 0
d 0.02 0.05
ОН-Л2 а 0.52 0
Ь 0.37 0.05
d 0.09 0
& 0 0.89
/ 0.02 0.05
ОИ-Б2 а 0.35 0
аа 0.03 0
Ь 0.05 0
к 0.32 0
ы 0.02 0
1а 0.05 0
о 0.17 0.05
ои 0 0.16
о 0 0.79
г 0.02
[12]. Озимая твердая пшеница выращивается в более южных зонах, а вся ее вегетация проходит по схеме, отличающейся от таковой у яровой твердой пшеницы. Именно этим можно объяснить распространение аллелей семейства e, которые у яровой твердой пшеницы в течение XX в. постепенно элиминировались [12].
В локусе Gli-B1 яровой твердой пшеницы преобладают три из пяти аллелей (c (0.46) aa (0.26) и a (0.18)), а у озимой твердой — аллель astb (0.47), который у яровой твердой пшеницы вообще не встречается. Этот аллель, с большой долей вероятности, был получен озимой твердой пшеницей в процессе селекции от озимой мягкой пшеницы, от которой в сущности и был передан в твердую пшеницу признак озимости [22]. У твердой пшеницы хорошо доказана связь аллельного состояния глиадинкодирующего локуса Gli-B1 с технологическими качествами клейковины [23], в частности блок Gli-B1dс содержит знаменитый электрофоретический компонент у45, связь кото-
рого с качеством была показано неоднократно [24, 25]. Белки блока Gli-B1dastb озимой твердой пшеницы получены от мягкой пшеницы (в частности, точно такой же по компонентному составу блок присутствует у широкоизвестного сорта мягкой пшеницы Безостая-1 — Gli-B1b). Технологические требования, пред
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.