научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОРТОВ МЯГКОЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИМ ЛОКУСАМ Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОРТОВ МЯГКОЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИМ ЛОКУСАМ»

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.

Показать целиком