ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
УДК 575.22:582.542.1
ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОРТОВ МЯГКОЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИМ ЛОКУСАМ
© 2015 г. А. Ю. Новосельская-Драгович1, Л. А. Беспалова2, А. А. Шишкина1, В. А. Мельник1, В. П. Упелниек1, А. В. Фисенко1, Л. В. Дедова1, А. М. Кудрявцев1
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991
e-mail: dragova@mail.ru
2Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко Российской академии сельскохозяйственных наук, Краснодар 350012 Поступила в редакцию 24.07.2014 г.
Методом электрофореза в ПААГе изучены 150 сортов мягкой озимой пшеницы российской и зарубежной селекции. По шести глиадинкодирующим локусам выявлено 70 аллелей. Установлено, что 42% сортов являются гетерогенными, т.е. представленными несколькими генотипами, и 58% — гомогенными. Уникальным сочетанием аллелей глиадинкодирующих локусов характеризуются 91.3% исследованных сортов, а 8.7% сортов имели одинаковые аллели по всем глиадинкодирующим локусам и не различались. Выявлены часто и редко встречающиеся аллели, причем частые аллели составляют 18.6% всех аллелей. Установлено, что разнообразие аллелей по локусам Gli-2 (47 аллелей) почти в 2 раза выше, чем по локусам Gli-1 (23 аллеля), и определяется количеством редких аллелей. Определены новые для мягкой озимой пшеницы аллели: три аллеля по локусу Gli-A2 и два аллеля по локусу Gli-B2. Выявлена тенденция снижения уровня генетического разнообразия у современных сортов вследствие использования в селекционных программах одинаковых родительских сортов.
DOI: 10.7868/S0016675815030108
Мягкая пшеница (ТгШеыт агзИуыт Ь.), называемая еще хлебной, является одной из основных зерновых культур РФ и занимает большую долю в пищевом рационе населения. Научная селекция продолжает создавать все новые сорта, отличающиеся улучшенными хозяйственно-ценными характеристиками. Только в 2013 г. в Государственный реестр селекционных достижений введены 14 новых сортов озимой мягкой пшеницы.
Обилие существующих сортов создает необходимость их идентификации и паспортизации, которые позволяли бы различать сорта между собой, проводить экспертизу их аутентичности, подтверждать подлинность и оценивать чистосортность образца. Основной метод установления сортовой принадлежности семян и определения сортовой чистоты — грунтовой контроль — требует больших материальных, ресурсных и временных затрат. Для идентификации коммерческих партий сортов, разрешения арбитражных споров и т.д. необходимо иметь экспресс-систему, позволяющую быстро провести анализ и получить воспроизводимые результаты. В качестве такой экспресс-системы предложен метод электрофореза запасных белков пшеницы — глиадинов [1].
Глиадины контролируются множественными аллелями шести независимых локусов, расположенных в хромосомах первой и шестой гомеоло-гических групп геномов А, В и Э [2]. Аллели глиа-
динкодирующих локусов контролируют блоки полипептидов, которые наследуются как единый менделевский признак. Блоки компонентов, контролируемые разными аллелями одного локу-са, различаются числом и электрофоретической подвижностью полипептидов [3—8]. Используя электрофоретические спектры глиадинов, теоретически можно выделить более миллиона генотипов и провести их идентификацию, что свидетельствует о высокой эффективности метода.
Для аллелей глиадинкодирующих локусов создана специальная номенклатура и разработан каталог [8]. Согласно номенклатуре локус обозначается тремя латинскими буквами (Gli), затем прописной буквой — геном (A, B или D), далее указывается порядковый номер локуса (1 или 2) и строчной буквой латинского алфавита указывается аллель, например Gli-B1k. Записывая букву аллеля каждого локуса, следующего в порядке Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1, Gli-A2, Gli-B2, Gli-D2, получают глиадиновую формулу сорта, которая может быть использована в качестве одной из его характеристик. Эталонным признан спектр сорта Безостая 1 (глиадиновая формула Gli-A1b, Gli-B1b, Gli-D1b, Gli-A2b, Gli-B2b, Gli-D2b, или сокращенно b.b.b.b.b.b.). Он используется для определения аллелей глиадинкодирующих локусов у других сортов. Множественные алллели одного локуса записываются через знак "плюс", например Gli-D1(b + g), что
означает, что в локусе Gli-D1 присутствуют два ал-леля b и g.
Стабильность электрофоретических спектров глиадинов позволяет использовать их в качестве надежных генетических маркеров [3]. Электро-форетический спектр глиадина стабилен независимо от условий выращивания, репродукции, воспроизводим для каждого конкретного образца, сорта, партии [6, 9], являясь своего рода "отпечатком пальца" для образца. Стабильность блоков компонентов, а, следовательно, и стабильность глиадинкодирующих локусов, позволяет исследовать процессы формирования генетической изменчивости и генетического разнообразия пшеницы, оценивать генетическое разнообразие и его динамику во времени и проводить мониторинг генетической изменчивости [10—12].
Цель нашей работы — изучение генетического разнообразия 150 сортов озимой мягкой пшеницы на основе анализа электрофоретических спектров глиадина, контролируемого множественными аллелями глиадинкодирующих локусов, и определение генетической структуры сортов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе были изучены 150 сортов озимой мягкой пшеницы, включенных в "Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию" (за 2012 г.). Образцы сортов были получены от оригинаторов из девяти регионов, различающихся природно-климатическими характеристиками. Из каждого региона отобрана репрезентативная выборка сортов. Для сравнения взяты сорта, созданные на Украине, но возделываемые на территории РФ и внесенные в Госреестр Российской Федерации. Одиннадцать сортов получены от оригинаторов из Западно-Сибирского региона, 35 сортов — из Зернограда, 51 — из Краснодара, 12 — от оригинаторов Нечерноземной полосы, восемь — из Саратова, 14 — из региона Средней Волги, три — из Ставрополья, шесть — из Уральского региона, три — от оригинаторов Центрально-Черноземной зоны, один — из Кургана, шесть образцов из Украины (г. Одесса) (табл. 1).
Идентификацию аллельных вариантов блоков компонентов глиадинов проводили в ПААГ (pH буфера 3.1) согласно методике, разработанной в ИОГен РАН [4, 13]. Глиадины индивидуальных зерновок экстрагировались 70%-ным этанолом. Для исследования брали не менее 100 зерновок каждого сорта. Идентификацию аллелей глиадинкодирующих локусов осуществляли в соответствии с каталогом этих аллелей [8, 13]. В качестве сортов-стандартов, относительно которых определялись аллели глиадинкодирующих локусов, использовались сорта Безостая 1 и Миронов-
ская 808. Для обозначения аллелей глиадинкодирующих локусов применяли Международную номенклатуру [14].
Всего проанализировано более 15000 электрофоретических спектров отдельных (индивидуальных) зерновок. На их основе охарактеризована генетическая структура 150 сортов озимой мягкой пшеницы.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Определение состава и генетических формул сортов
В результате анализа электрофоретических спектров глиадина был установлен аллельный состав глиадинкодирующих локусов у 150 сортов озимой мягкой пшеницы (табл. 1).
Всего по шести глиадинкодирующим локусам определено 70 аллелей. По локусу Gli-A1 идентифицировано 10 аллельных вариантов: a, Ь, c, f, g, h, I, m, o, q; по локусу Gli-B1 — шесть: Ь, d, e, f, g, I; по локусу Gli-D1 — семь: a, Ь, d, f, g,], I. По локусу Gli-A2 идентифицировано 18 аллельных вариантов блоков (а, Ь, с, d, e, f, g, i,у, k, I, m, п, p, г; new1, new2, new3), по локусу Gli-B2 — 16 (Ь, с, d, e, g, h, i, ], m, new1, o, q, t, u, v, new2), по локусу Gli-D2 — 13 аллельных вариантов (а, Ь, с, ^ e,f h,], k, m, п,p, q). Аллели new1, new2, new3 — это не идентифицированные ранее аллели, не включенные в опубликованный каталог аллелей глиадинкодирующих ло-кусов (рис. 1).
В целом аллели локусов первой гомеологиче-ской группы хромосом (ЭН-А1, Gli-B1 и Gli-D1) кодируют 23 блока компонентов, а шестой (Gli-A2, Gli-B2 и Gli-D2) группы — 47 блоков компонентов. Таким образом, локусы шестой гомеологической группы хромосом обладают большим аллельным разнообразием, они кодируют в 2 раза больше аллелей, чем локусы первой гомеологической группы. Наименьшее число аллелей характерно для локуса Gli-B1 — шесть.
Определены сорта, обладающие несколькими аллельными вариантами по одному локусу. Такие сорта называются гетерогенными, они состоят из нескольких биотипов (табл. 1). Например, сорт Августа, обладая двумя аллелями по одному локусу — Gli-D1, имеет два биотипа — Ь.Ь.].т.о.Ж и Ь.Ь^.т.о.Ж, различающихся аллелями локуса Gli-D1. Если по два аллеля имеют два локуса, то биотипов будет четыре и т.д.
Из 150 изученных сортов 63 сорта (42%) были гетерогенными по своей генетической структуре. 38 сортов состояли из двух биотипов, 17 сортов — представлены четырьмя биотипами, один сорт — шестью, пять сортов — восьмью биотипами. Сорт Альбатрос одесский содержит 24, а сорт Имени Раппопорта — 32 биотипа (табл. 1).
Таблица 1. Генетические формулы 150 гетерогенных и гомогенных сортов мягкой озимой пшеницы
Аллели глиадинкодирующих локусов
сорта ОН-А1 ОИ-Б1 он-т ОН-А2 ОП-Б2 ОН-Б2
ГОМОГЕННЫЕ СОРТА
1 Краснодар Айвина Ь 1 я п V ]
2 Краснодар Афина двуручка Ь 1 ) / Ь р
3 Зап. Сибирь Багратионовская / Ь я п т е
4 Краснодар Батько я Ь я / Ь ]
5 Урал Башкирская 10 1 Ь я т с е
6 Сред. Волга Безенчукская 380 / Ь я п т е
7 Краснодар Булгун я 1 я / т с
8 Краснодар Васса Ь 1 Ь п о Ь
9 Краснодар Веда я 1 ] / V Ь
10 Саратов Виктория 95 / Ь я п т а
11 Краснодар Вита / 1 Ь / т Ь
12 Сред. Волга Волжская С.-З. с Ь я / т а
13 Сред. Волга Волжская 100 о 1 / I пет р
14 Сред. Волга Волжская К а Ь я т Ь Ь
15 Краснодар Восторг Ь 1 Ь я Ь р
16 Нечерноз. Галина / Ь я п Ь е
17 Краснодар Гром Ь с1 я Ь Ь Ь
18 Саратов Губерния / 1 я п Ь Ь
19 Краснодар Дока т 1 а Ь е ]
20 Зерноград Дон 107 Ь Ь ] / о Ь
21 Зерноград Дон 85 / Ь я 1 т е
22 Зерноград Донская остистая Ь Ь а т Ь Ь
23 Зерноград Донская юбилейная Ь Ь я Ь Ь Ь
24 Зап. Сибирь Жатва Алта
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.