Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Фенотипическое и генетическое разнообразие местной яровой мягкой пшеницы Азии и Африки из коллекции ВИР

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Фенотипическое и генетическое разнообразие местной яровой мягкой пшеницы Азии и Африки из коллекции ВИР"

На правах рукописи

Ваэль Абдель Хамид Аль-Юсеф

ФЕНОТИИИЧЕСКОЕ И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МЕСТНОЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ АЗИИ И АФРИКИ ИЗ КОЛЛЕКЦИИ ВИР

Специальность: 03.00.15 - Генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2009

003468218

Работа выполнена в отделе генетических ресурсов пшеницы и отделе биохимии и молекулярной биологии Государственного научного центра Российской Федерации Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н.И. Вавилова.

Научный руководитель:

доктор биологических наук Митрофанова Ольга Павловна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Анисимова Ирина Николаевна

доктор биологических наук Шнеер Виктория Семеновна

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Защита диссертации состоится « 20 » мая 2009 г. в « 11 » часов на заседании диссертационного совета Д 006.041.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 44. Факс: (812) 571-87-28; e-mail: v.gavrilova@vir.nw.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова.

Автореферат разослан « 20 » апреля 2009 г.

Автореферат размещен на сайте http://vvww.vir.nw.ru « 17 » апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук ^У Вера Алексеевна Гаврилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разнообразие культурных и родственных им диких видов растений - это основной фонд для развития государственного семеноводства и селекции (Вавилов. 1932), он является важной составляющей обеспечения продовольственной безопасности любой страны. Во всем мире особое внимание уделяют сохранению стародавних местных сортов (landraces), считая их потенциально полезными источниками аллелей генов и полигенных систем, обусловливающих устойчивость и толерангность пшеницы к различным неблагоприятным абиотическим и биотическим факторам внешней среды (Вавилов, 1935; Zeven, 1998). Десятки тысяч местных сортов сохраняются в семенных банках и на полях фермеров, но большинство из них неадекватно описано и изучено для эффективного использования в селекции (Dreisigacker et al., 2005). В их число входит и коллекция пшеницы Государственного научного центра РФ. Всероссийского НИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова (ВИР). Она содержит более 13 тыс. образцов, имеющих статус стародавних местных и полученных из них отбором старых селекционных сортов (Митрофанова, 2007). Преимущественно это оригинальный материал, собранный экспедициями ВИР и прошедший полевое изучение еще в первой половине прошлого века. Он охарактеризован по морфологическим признакам и отношению к условиям среды (Фляксбергер, 1935; Пальмова, 1935; Вавилов, 1935, 1964; Дорофеев и др., 1979). Однако полученные знания большей частью находятся вне связи с конкретными образцами коллекции, и они недостаточны для эффективной работы с ней. Необходимо иметь четкие представления об уровне и общей структуре не только ее фенотипического, но и генетического разнообразия, определить место и значимость каждого образца в его формировании. Наличие такой информации повысит уровень изученности коллекции пшеницы, позволит оптимизировать состав ее активной части и уменьшить затраты на работу с ней.

Основная цель настоящего исследования - изучить фенотипическое и генетическое разнообразие местной яровой мягкой пшеницы юго-западной к центральной Азии, северной и северо-восточной Африки, имеющейся в коллекции ВИР, к определить структуру разнообразия выборки для повышения эффективности отбора образцов для селекции и научных исследований.

Для достижения этой цели нужно было решить следующие задачи:

- охарактеризовать выборку местных сортов по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений и дать количественную оценку выявленного разнообразия по признакам;

- исследовать полиморфизм выборки по глиадину и показать особенности его проявления;

- изучить микросателлитные последовательности у генотипов, отобранных из местной яровой мягкой пшеницы, и характер ее генетической дифференциации;

- определить особенности географического распределения вариаций признаков и разнообразия генотипов;

- выявить структуру разнообразия изученной выборки коллекционных образцов.

Научная новизна исследований. Дана оценка местной яровой мягкой пшенице из коллекции ВИР по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений, электрофоретическим спектрам глиадина и составу аллелей пяти микросателлитов, известной локализации (МС-локусов). Показано, что местные сорта могут содержать в своем составе внутрисортовые группы растений, раз-

личия которых по комплексам качественных и количественных признаков сопоставимы с межсортовыми. Установлено, что местная мягкая пшеница из Азии имеет более широкое разнообразие по изученным признакам, чем местная пшеница из Африки. У генотипов, отобранных из местных сортов, идентифицировано 49 аллелей для пяти МС-локусов. Впервые показано, что наиболее широкое географическое распространение имеют аллели 131 и 133 локуса Х&мт415, а объединенные выборки генотипов из стран Азии и Африки дифференцированы по частоте встречаемости аллелей локуса Х^т25 7. Группирование сортов и биотипов или генотипов по степени фенотипи-ческого или генетического сходства не имеет четкой географической направленности, оно не связано с принадлежностью материала к какому-либо континенту или стране происхождения. Определена структура разнообразия изученной выборки образцов и возможности использования информации о ней при отборе материала для селекции и научных исследований. В составе выборки выявлены скороспелые и короткостебель-ные сорта, представляющие интерес для дальнейшего изучения и использования в селекции.

Практическая ценность работы состоит в том, что охарактеризована часть коллекции ВИР и по результатам ее изучения созданы описательные и оценочные базы данных, которые могут быть предоставлены широкому кругу пользователей.

Для исследований по геномике и биотехнологии мягкой пшеницы создана оригинальная коллекция из 96 генотипов (линий), отобранных из местных сортов и обладающих определенным составом аллелей пяти МС-локусов, коллекция паспортизирована по электрофоретическим спектрам глиадина и охарактеризована по морфологическим и некоторым хозяйственно-ценным признакам.

Положение, выносимое на защиту: представленная в коллекции ВИР местная яровая мягкая пшеница из юго-западной и центральной Азии, северной и северовосточной Африки дифференцирована на группы сортов или генотипов, и эта дифференциация не связана с принадлежностью пшеницы к определенному континенту или стране происхождения.

Диссертационная работа выполнена в рамках программ фундаментальных и прикладных исследований РАСХН на 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждались: на I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге в Ботаническом Институте им. В.Л. Комарова РАН, 21-26 мая 2006 г. и на II Вавиловской Международной конференции во Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова РАСХН, 26-30 ноября 2007 г.

Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано пять работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Структура работы традиционная. Она состоит из введения, обзора литературы, 4 глав экспериментальной части, обсуждения, выводов, списка использованной литературы (135 наименований, в том числе 68 на иностранном языке), содержит 29 таблиц, 17 рисунков, 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы даны общие представления о роде ТгШсит Ь., в двух разделах и трех подразделах рассмотрены местные сорта пшеницы и их значение для

селекции (1.1.), генетические маркеры в оценке разнообразия пшеницы (1.2), в том числе морфологические маркеры (1.2.1.), биохимическая природа и генетический контроль глиадина (1.2.2.) и ДНК-маркеры (1.2.З.). В заключении обоснована цель и сформулированы задачи исследования.

2. Объект и методы исследования

Для проведения работы из коллекции ВИР было отобрано 249 стародавних местных сортов яровой мягкой пшеницы Азии и Африки. Эти сорта собраны в 19261989 гг. преимущественно экспедициями ВИР в Иордании, Ираке, Палестине, Сирии, Турции, Иране, Ливии, Марокко, Тунисе, Египте и Эфиопии.

В 2003 г. на опытном поле Пушкинского филиала ВИР проводили сравнительную оценку материала но морфологическим и фенологическим признакам, некоторым параметрам продуктивности согласно Методическим указаниям ВИР (Мережко и др. 1999). Стандартом для определения фенофаз был сорт яровой мягкой пшеницы Ленинградка (к-47882, Россия, Ленинградская обл.). В 2004 г. там же для анализа глиадина и микросателлитов размножали отдельные растения (генотипы), отобранные по типичным признакам каждого сорта.

Глиадин из эндосперма отдельных зерновок выделяли 5М водным раствором мочевины. Электрофоретический анализ экстрактов проводили в 6,5% ПААГе (рН 3,1) по (Гаврилюк и др., 1989; Конарев и др., 2000). Электрофоретические спектры глиадина записывали в виде белковых формул в соответствии с эталонным спектром (Конарев, 1980). В качестве стандарта использовали озимую мягкую пшеницу Мироновская 808. Интенсивность компонентов оценивали по пяти балльной шкале.

Анализ микросателлитов известной локализации в геноме (МС-локусов) осуществляли с помощью ПЦР-амплификации по Roder et al. (1998). ДНК из одного двух-трехнедсльного проростка выделяли СТАВ-методом (Saghai-Maroof et al., 1984). Амплификацию МС-локусов проводили в термоциклере Amplitron II фирмы Thermo-lyne с использованием наборов реактивов для ПЦР (Силекс, Москва). Наличие продуктов амплификации контролировали электрофорезом в 1,5% агарозном геле. Идентификацию фрагментов ДНК проводили электрофорезом в пластинах 5% ПААГ в се-квенаторе фирмы Cole-Parmer (кат. № 28563-10) с последующей их окраской серебром (Остерман, 1981; Маниатис и др., 1984; Sambrook et al., 1989). Наличие у каждого генотипа МС-локуса определенного размера определяли с помощью программы "Gel-Analysis".

Полученные результаты записаны в восьми таблицах в формате Microsoft Ех-cel-2003. Для характеристики выборок растений, сортов или генотипов по качественным и количественным признакам рассчитывали среднее, ошибку среднего и другие статистические показатели (Доспехов, 1979). Для выявления неоднородности местного сорта использовали метод ^-средних, а для классификации сортов и биотипов или генотипов по степени их фенотипического или генетического сходства - иерархический метод Уорда (Ward, 1963). Для последнего случая количественные признаки сводили к альтернативным в соответствии со шкалами классификатора (Филатенко, Шитова, 1989) и создавали матрицы бинарных исходных данных, где наличие вариации признака, компонента глиадина или определенного аллеля МС-локуса кодировали цифрой «1», отсутствие - «0». На основе бинарных матриц рассчитывали матрицы коэффициентов сходства по Dice (Dice, 1945). Кластерный анализ проводили с использованием программного обеспечения NCSS 2000 и Statistica 6.0. Полученные дендрограммы сохраняли в формате WMF и редактировали в CorelDraw 12.

3. Разнообразие местной яровой мягкой пшеницы Азии и Африки по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений

3.1. Неоднородность местных сортов. Полевая оценка 249 местных сортов яровой мягкой пшеницы показала, что из них в дальнейшем изучении можно использовать только 230, поскольку девять имели озимый тип развития, пять - были поздними и очень поздними яровыми и не сформировали выполненных зерновок, три -представляли собой популяции из мягкой и твердой пшеницы, но содержали растения только твердой пшеницы, и два образца имели низкую всхожесть.

По характеру проявления качественных морфологических признаков большинство сортов были мономорфными, лишь 12 (к-202015, Египет; кк-43720, -43730, -55728, Ирак; кк-14317, -14333, -38598, -38674, -38675, -60213, Иран; к-55733, Сирия; к-44513, Эфиопия) оказались неоднородными. В пределах каждого наблюдали от двух до четырех биотипов, различающихся но окраске и форме колоса и зерновки, наличию - отсутствию остей или опушения на колосковых и цветковых чешуях, форме остей. Для проверки различий биотипов по другим признакам использовали непараметрический критерий Крускала-Уоллиса (Н Kruskal-Wallis test), который дает возможность сравнивать параметры положения нескольких совокупностей с неизвестным распределением (Глотов и др., 1982; Зайцев, 1984). Сравнение показало, что биотипы девяти образцов, каждый из которых был представлен пятью и более растениями, достоверно различались по высоте растения, длине верхнего междоузлия и колоса, числу колосков в нем, числу зерен в колоске, длине остей и другим признакам.

Для выявления неоднородности по количественным признакам сортов, которые были мономорфными по морфологическим качественным признакам, использовали метод .К-средних, который позволял в пределах образца объединить растения в группы таким образом, чтобы изменчивость внутри групп была минимальной, а между группами - максимальной, и путем выявления статистически значимых межгрупповых различий определить неоднородные сорта. В результате анализа внутрисортовых групп из пяти и более растений выявлены статистически значимые различия по высоте растения для 140 сортов, длине колосоносного междоузлия - 112, длине колоса -15, числу колосков - 15, числу зерен в колосе - 12 и другим признакам. Всего у трех сортов (к-21193, Египет; к-16455, Марокко и к- 55715, Ирак) не обнаружено существенных различий между внутрисортовыми группами растений ни по какому признаку. Напротив, у к-34821 (Марокко) и кк-16592, -55833 (Тунис) группы растений различались сразу по нескольким признакам (табл. 1).

Таким образом, большая часть изученных местных сортов оказалась неоднородной. Очевидно, различия по качественным морфологическим признакам имеют наследственную основу, а по количественным - могут быть обусловлены также влиянием условий внешней среды. Для доказательства существования генотипически различных внутрисортовых групп по количественным признакам нужны дальнейшие исследования их по потомству. В нашей работе таких исследований не проводили. Биотипы, выявленные по качественным морфологическим признакам, в дальнейшем рассматривали наравне с сортами, чтобы уточнить характер и степень их наследственных различий.

3.2. Общая характеристика изменчивости признаков изученной выборки местных сортов. По каждому из семи морфологических признаков (окраска колоса и зерновки, наличие и форма остей, опушение колосковой и цветковой чешуй, форма колоса и зерновки) было выделено от двух до четырех градаций. Число градаций и

Таблица 1. Средние значения признаков у биотипов неоднородных местных

сортов

№ по каталогу ВИР, происхождение Признак Р Первая группа П1 Вторая груша П2 Третья группа Пз

к-34821, Марокко Высота растения, см 0,000 103,5* 10 86,7* 5 - -

Длина колоса, см 0,000 8.9* 6,1* -

Число зерен, шт. 0,018 2,9* 2,0* -

Число колосков, шт. 0,000 15,0* 9,6* -

к-16592, Тунис Высота р астения 0,001 107,7 8 103,6* 7 114,7* 5

Длина верхнего междоузлия, см 0,001 50,4* 40,6* 40,9

Число зерен, шт. 0,035 2,9* 2,0* 2,4

Число колосков, шт. 0,003 13,0* 10,0* 12.8

к-55833, Туше Высота растения 0,000 86,2* 10 68,3* 5 79,1 5

Длина верхнего междоузлия. см 0,000 32,8* 24,3* 22,8

Длина колоса, см 0,001 7,5* 5,8* 6,1

Число зерен, шт. 0,001 3,4* 2,2* 2,6

* - звездочкой отмечены статистически значимые различия между биотипами

доля сортов и биотипов, относящихся к каждой из них, свидетельствовали о довольно широком разнообразии выборки местных сортов. Коэффициенты вариации для отдельных признаков составляли от 30 до 99,3%. Высокие значения объясняются равномерным распределением сортов и биотипов по категориям каждого признака. Пределы варьирования средних значений 10 количественных признаков также указывали на разнообразие по ним местной мягкой пшеницы (табл. 2). Коэффициенты вариации изменялись от 8,4 до 53,1%.

Таблица 2. Изменчивость количественных признаков в исследованной выборке сортов и биотипов (Пушкин, 2003 г.)

Признак Число сортов и биотипов Средняя Пределы варьирования СУ, %

Высота растения, см 247 95,8 52,6-123,9 13,7

Длина верхнего междоузлия, см 247 38,6 18,7-57,9 18,2

Длина колоса, см 247 7,8 5,5-11,3 13,7

Число колосков, шт. 247 13,6 9,2-18,8 13,7

Плотность колоса 247 17,6 14,3-21,5 8,4

Число зерен в колоске, шт. 247 2,9 2,0-4,3 15,5

Длина остей, см 187 6,2 4,1-8,3 13,8

Число продуктивных стеблей, шт. 247 1,8 1,0-6,2 53,1

Продолжительность периода «всходы - колошение», да. 247 30,2 24,0-45,0 12,5

Продолжительность периода «колошение -созревание», дн. 247 35,6 23,0-45,0 14,2

3.3. Сравнительный анализ географической изменчивости признаков и разнообразия местных сортов и биотипов. Для выявления особенностей географического распределения разнообразия по признакам сопоставляли частоты встречаемости их градаций у групп местных сортов различного происхождения.

Встречаемость полуостистых и остистых форм была в три раза выше безостых. Местные сорта из Египта и Иордании были представлены только остистыми сортами. По форме остей господствовали сорта и биотипы с прямыми остями (84%). Изогнутая форма остей обнаружена только у к-60187 из Ирака.

По цвету колоса - 74% всех сортов и биотипов были белоколосыми, при этом в Иордании и Тунисе обнаружены только такие формы, в остальных странах их встречаемость варьировала от 56% до 96%. По форме колоса - 88% сортов и биотипов имели цилиндрическую форму колоса. Пирамидальную форму колосьев наблюдали у местных сортов из Палестины, Марокко, Сирии и Туниса.

Опушение колосковых и цветковых чешуй встречалось редко (6%) у некоторых местных сортов из Турции и Ирака.

По цвету зерна - образцы и биотипы с белой окраской зерновок составили 56%. Они преобладали среди местных сортов Ирака (94%) и Египта (91%). Красную окраску зерновок имели сорта Иордании и большая часть сортов Палестины (89%) и Эфиопии (62%). По форме зерновки - преобладали сорта и биотипы с яйцевидной формой зерновки (от 69% до 97%). Удлиненную форму зерновки имели растения местных сортов из Палестины, Ирана, Турции, Марокко и Туниса. Округлая форма зерновки выявлена у местных сортов Сирии, Туниса и Эфиопии, а почти шаровидная - у к-34836 и к-34840 из Марокко. По длине зерновки большинство (94%) местных сортов и их биотипов отнесены к классу «средние», длинные зерновки встречались у местных сортов Туниса, Турции и Ирана.

По высоте растения - почти 80% местных сортов и биотипов были среднерос-лыми. Полукарликовые сорта и биотипы встречались чаще всего в Ираке (кк-55700, -55701, -55706, -55709, к-55711, к-55714, к-55718, к-55722, к-55725, к-60970, к-55728-1, к-55728-2), они также выявлены в Египте (к-20215), Иордании (к-17421), Иране (к-60215, к-60219), Ливии (к-55868, к-55877, к-55878), Сирии (к-55730, к-55737, к-55881, к-55733 2) и Тунисе(к-55833, к-55882). Высота растений варьировала от 52,6 до 79,9 см. Высокорослые местные сорта и биотипы (всего 25) обнаружены в разных странах.

Колосоносиое междоузлие - длинное и очень длинное имели сорта из Египта, Палестины, Иордании, Марокко, Турции и Эфиопии, среднее - сорта и биотипы Ирака, Ирана, Ливии и Сирии, а короткое - к-55882 из Туниса.

По длине колоса. Сорта и биотипы, имеющие средние по длине колосья, встречались чаще (56%), чем с короткими колосьями (43%). Сорта, относящиеся к обоим классам признака, выявлены в каждой стране. Длинные колосья имели к-16065 и к-16073 из Турции и к-17365 из Палестины.

По числу колосков в колосе образцы отнесены к двум равным по объему классам: с очень малым и малым числом колосков. Среднее число колосков имели только восемь сортов и биотипов.

Число зерен в колоске. Большая часть сортов и биотипов (70%) имела малое число зерен в колоске (от трех до четырех), в то время как очень малое число зерен (менее трех) было характерным для сортов и биотипов Ирана (55%), Турции (33%) и Сирии (29%).

Плотность колоса. Преимущественно наблюдали образцы с рыхлыми колосьями (99%). Сорта и биотипы с очень рыхлыми колосьями встречались только в мате-

риале из Туниса, а со средними но плотности колосьями - из Египта и Ирана.

Кустистость продуктивная. Очень слабая кустистость отмечена для 75% изученных сортов и биотипов, средняя - для 21 сорта из Египта, Палестины и Сирии, высокая - для восьми сортов, пять из них из Палестины, очень высокая - для к-16065 и к-16071 из Турции и к-15818 из Палестины.

Продолжительность вегетационного периода. По продолжительности фазы всходы - колошение 82% сортов и биотипов были на уровне стандарта. Раньше его на пять дней выколосилось 10 сортов и биотипов из Ирака, Ирана, Иордании, Сирии, Туниса, Египта и Эфиопии. Некоторые из них, а также сорта и биотипы из класса «на уровне стандарта» раньше его достигли восковой спелости. Всего было выявлено по 14 скороспелых и позднеспелых сортов.

Результаты сравнительной количественной оценки разнообразия с использованием индекса Шеннона показали, что по комплексу изученных признаков наиболее широкое разнообразие среди местных сортов и биотипов Турции (0,94) и Сирии (0,79), несколько уже - Ирака (0,70), Туниса (0,69), Ирана (0.67) и Марокко (0,66). Наиболее узкое - Иордании (0,42) и Ливии (0,50). Однако такое уменьшение величины индекса отчасти может быть связано с числом изученных образцов по каждой стране. Средняя величина индекса Шеннона для составной выборки сортов и биотипов стран Азии и Африки составляла 0,708+0,019 и 0,594+0,037, соответственно, указывая на то, что разнообразие местных сортов и биотипов Азии выше, чем Африки. Если рассматривать значения индекса по признакам, то широкое разнообразие наблюдали по остистости (1,33), числу колосков (1,01) и продуктивной кустистости (0,99), несколько уже - по длине колоса и числу зерен (0,86), высоте растения (0,78) и окраске зерновки (0,72). Наиболее низкие значения индекса получены по наличию опушения на колосковых и цветковых чешуях (0,20), длине зерновки (0,26) и плотности колоса (0,06).

Таким образом, местная яровая мягкая пшеница из Азии и Африки характеризуется широким разнообразием по морфологическим, фенологическим и другим признакам. Каких-либо четких закономерностей в географическом распределении вариаций признаков нам не удалось обнаружить. Можно лишь утверждать, что в изученной части коллекции ВИР мало местных сортов с опушенными колосковыми и цветковыми чешуями и коротким колосоносным междоузлием, но имеются короткостебельные формы и довольно много скороспелых форм, которые могут представлять интерес для дальнейшего изучения.

3.4. Классификация сортов и биотипов на основе сравнения их по комплексу признаков. В кластерном анализе сорта и биотипы объединились в кластеры Б к В находящиеся в соподчиненном друг другу положении, к ним на более высоком иерархическом уровне присоединялся кластер А. Они содержали 95, 64 и 88 сортов и биотипоав, соответственно (рис. 1). В каждом кластере обнаружен материал всех изученных стран, но в разной пропорции. Исключение составил кластер В, в котором не оказалось сортового материала из Египта и Иордании. В пределах каждого кластера часто маленькие группки образовывали сорта и биотипы из одной страны.

Важно было понять, благодаря каким особенностям материала произошло объединение сортов в кластеры? Различия сортов и биотипов разных кластеров но качественным морфологическим признакам колоса и зерновки оценивали по распределению разновидностей, к которым они относятся (Дорофеев и др., 1979). Полученные данные свидетельствовали о том, что вАиБв основном находились сорта и биотипы, имеющие остистый колос, а в В - безостый. В то же время различия по окраске

колоса и зерновки, по-видимому, не были определяющими для объединения сортов в кластеры. Сравнение по количественным признакам выявило, что в А попали 20 высокорослых сортов и биотипов и преобладали образцы с очень длинным колосонос-ным междоузлием (86). В Б оказалась группа из 22 полукарликовых образцов, при этом как в нем, так и в кластере В преимущественно встречались сорта с короткими колосьями (72 и 30, соответственно) и чаще сорта с очень малым числом колосков (75 и 38, соответственно). По-видимому, различия материала по количественным признакам определили его группирование.

Страны: Иргк.13, Иран-14, Ливих-5, ■ Марокко-4, Палестипа-З, Сирия-3, Тунис- ] 1, '1Урция-5, Эфиопия-6.

Страны: Егииет-23, Иорлания-5, . Ирак-16, Иран-20, Ливия-4, Марокко-8, Палсстина-З, Снрпя-6, Тунис-2, Турция-4, Эфиилия-4.

Страны: Егнпет-12, Иордания-1, Ирак-5, Иран-10, Ливия-1, Марокко-4, ' Палесткиа-21, Сирия-5, '¡унис-6, Турция-12, Эфиопия-11.

ЦОД' 9.00 ' ' «,"00" ' ' ' з;оо' ' Расстояние связывания кластеров

Рис. 1. Схема дендро-граммы, построенной по результатам изучения выборки местных сортов по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растения

4. Разнообразие по электрофоретическим спектрам глиадина генотипов, отобранных из местных сортов яровой мягкой пшеницы

Поскольку ири изучении морфологических и фенологических признаков, параметров продуктивности растений было показано, что местные сорта неоднородные, для анализа глиадина и микросателлитов использовали зерновки с главных колосьев отдельных растений (генотипов), которые были отобраны из местных сортов по типичным для каждого сорта морфологическим признакам.

4.1. Общая характеристика компонентного состава глиадина. Электрофо-ретические спектры глиадина изученной выборки генотипов содержали в а-зоне 3-6 компонентов, Р - 4-6, у - 2-6 и со - 4-12. Разные типы спектров формировались как за счет наличия-отсутствия компонентов и субкомпонентов, так и варьирования их интенсивности.

В а/|3 зоне во всех спектрах присутствовали компоненты а7\ и р42. С очень высокой частотой (от 94,7 до 99,1%) выявлялись также аб, и 62, р2 и 5г. Напротив, компоненты аЗ, 5, 7з, р4| присутствовали в спектрах глиадина менее чем у 5,3% генотипов. Основное разнообразие а/р глиадинов формировалось за счет компонентов а2, 4, 72 и Р1, Зь 32, З3, 5Ь имеющих встречаемость от 15,1 до 82,7%. Из 62 выявленных комбинаций компонентов наиболее часто встречающимися и распространенными были (1) а24616271 Р12324252, (2) а2461627172 р2324252, (3) «61627172 Р232425,52 и (4)

аб] 6г7172 Р2323э4252. Они обнаружены у 22, 44, 23 и 11 генотипов, соответственно. Из всех комбинаций 37 были специфичными для какой-либо одной страны, причем в каждом из 29 случаев они были обнаружены у одного из генотипов. Распределение по странам генотипов, имеющих специфичные комбинации компонентов, было неравномерным. Среди местных сортов Египта, такие генотипы не выявлены, а среди сортов Ирака, Ирана и Эфиопии они встречались довольно часто (табл. 3.).

Таблица 3. Разнообразие генотипов по компонентному составу электрофорети-_ческих зон глиадина_

Число изученных Число различных типов спектра глиадина по В сего раз-

Страна зонам (из них выявленные только в одной стране - 1гредсгавленш.ге единичными генотипами) личных типов спектра

а/р- г- со- глиадина

Азия: 132 115

Ценгральная

Иран 40 17(7-5) 18(3-3) 30(19-16) 36

Юго-западная

Иордания 6 4(1-1) 4(1-1) 6(5-5) 6

Ирак 33 16 (6-5) 16(5-4) 18(13-10) 24

Палестина 25 13(3-2) 10 (1-0) 19(16-11) 21

Сирия 13 10(4-4) 8(0-0) 11(6-5) 13

Турция 15 11(3-3) 10(1-1) 14(11-10) 15

Африка: 93 Севе] зная 71

Ливия 10 3 (1-0) 3(1-1) 5(2-1) 5

Марокко 16 11(3-2) 10(1-1) 12 (9-7) 14

Тунис 17 , 9(3-2) j 6(2-1) 9(7-6) 12

Северо-восточная

Египет 31 10(0-0) 13 (5-4) 18(12-10) 24

Эфиопия 19 12(6-5) 10(2-1) 14(12-10) 16

В у-зоне во всех спектрах присутствовал компонент уЗ. Частота остальных компонентов варьировала от 15,6 до 86,7%. Всего обнаружено 46 различных комбинаций, из них у2г342 - у 33 генотипов и у12)342 - 31. Генотипы со специфичными комбинациями компонентов (всего 22) редко встречались среди местных сортов Палестины и Сирии и довольно часто - в составе сортов Египта, Ирака, Ирана.

В ю-зоне высокую встречаемость имел только компонент 92 (92%), низкую (0,92,2%) - 1, 3] и 5). Из 130 различных комбинаций компонентов чаще других встречались co427i8292 (13 генотипов из Египта), m242627i8i8292 (10 генотипов из Ирака, и по одному из Египта и Ирана), К)23242б2718292 (6 генотипов из Туниса, и по одному из Египта, Ирана и Сирии) и ffl242627i8292 (3 генотипа из Туниса, два из Ливии и по одному из Египта и Ирана). Большая часть (112, или 86%) комбинаций компонентов отнесена к классу специфических и обнаружена у генотипов какой-либо одной страны. Среди них каждая из 91 комбинации присутствовала у какого-либо одного генотипа (табл. 3). Остальные комбинации компонентов обнаружены у 2-4 генотипов.

Анализ построенной матрицы меры сходства по Dice (или связи типа корреляции), показал, что можно выделить четыре группы взаимосвязанных между собой компонентов (коэффициент больше 0,70): 1) - а2 - а4 - pi; 2) - аб] - а62 - а72 - Р32 -у2, - у42 - ш42 - ш62 - а>7, - 0,82 - ш92; 3) - оУЦ - ш43; 4) - co9i - ш93 - ш102. В преде-

лах первых трех групп выявлены определенные ограничения по сочетанию компонентов, все они рассмотрены в диссертации. Компоненты глиадина последней группы характеризовались полным сцеплением, поэтому (о93 и ш102 были отнесены к категории «избыточных» признаков и исключены из дальнейшего анализа.

4.2. Классификация изученной выборки генотипов по сходству электрофо-ретических спектров глиадина. Рассчитанные коэффициенты сходства электрофо-ретических спектров глиадина с учетом интенсивности компонентов варьировали от 0,040 до 1,000, средняя величина составила 0,374. Дендрограмма, построенная на основе сравнения спектров, содержала кластеры Б и В, находящиеся в соподчиненном положении, к которым на более высоком иерархическом уровне присоединялся сначала кластер А, затем Г. (рис. 2а). Кластеры содержали 54, 70, 43 и 58 генотипов, соответственно. В каждом из них группировались генотипы, отобранные из местных сортов разных стран Азии и Африки, причем часто вместе в виде небольших группок оказывались генотипы из какой-либо одной страны (рис.2б).

а

Стряяи: Епшет-З, Иордаи<я-5, Иргк-6, йран-(, Ливия-1, Мароюо-2, " Палестина-!5; Сирия-5. Тункс-1, Турпяя-8,Эфжшя-6.

Страны: Егшюг-3, Ирак-12, Кран- 27,Лив™-1,Марого-2,Па.«сша-6, Сирия-2, Тунис-4, Турция-4, Эфиотш-9.

Страны: Егапет-8, Ирак-9, Лгогм-8, ~ Палешна-З, Сирия-6, МарогаЯ, Тутс-П,Турпга-3,Эфиоши-2.

Страви: Епшет-17, Иорданйя-1, .Ирак-б, Иран-7, Марокко-8, Палстта-1,ТутЫ,Э<1)шш-2.

Ш

6,00 (,00' Щ Расстслкие сшыши иаоеров

Рис. 2. Схема (а) и фрагмент (б) дендрограммы, построенной по результатам сравнения электрофоретических спектров глиадина

На рис. 3. показан вклад генотипов каждого кластера в частоту встречаемости компонента в изученной выборке. В А отсутствовали генотипы с компонентом шб] и очень редкими были генотипы с а2, а4, ¡31 у42 и (о63. В то же время доля генотипов с у45 была наиболее высокой. В Б не было генотипов с компонентом со9[ и наиболее низкой была доля генотипов с ш8]. В кластере В чаще чем в других кластерах были генотипы с компонентами а72, [332. у2ь у42, со2, собг, со8г и ю92, а в Г - с а2, а4 и (31, контролируемых хромосомой 6А, в то же время значительно реже присутствовали генотипы, содержащие в спектрах глиадина компоненты а72 и (35,.

Рис. 3. Вклад генотипов кластеров А, Б, В и Гв частоту встречаемости компонентов глиадина в изученной выборке

Выявлено 27 групп генотипов, которые имели идентичные или очень близкие по компонентному составу электрофоретические спектры глиадина. Такие группы генотипов отобраны из местных сортов разных стран, однако в составе каждой группы объединены генотипы, происходящие из одной страны, и в большинстве случаев сходные по морфологическим признакам колоса и зерновки. Полный список образцов таких групп приведен в диссертации.

Итак, электрофоретический анализ глиадина показал, что генотипы, представляющие местные сорта, различаются по большому числу комбинаций компонентов n/ß-, у- и озон глиадина. Многие из этих комбинаций глиадиновых белков были специфическими для какой-либо одной страны и часто встречались всего у одного генотипа. Наиболее широкий набор специфических комбинаций компонентов обнаружен у генотипов, отобранных из сортов Ирана, Ирака и Эфиопии. Генотипы, представляющие сорта Египта, не имели таких комбинаций компонентов в a/ß-зоне, в то же самое время их у-зона была одной из самых изменчивых. В целом из 132 изученных генотипов местных сортов стран Азии 115 (87,1%) имели характерные только для них электрофоретические спектры глиадина, а из 93 генотипов, отобранных из местных сортов стран Африки, - 71 (76,3%).

5. Разнообразие генотипов по микросателлитам

5.1. Общая характеристика изученных микросателлитов. Изучали микросателлиты у 96 генотипов, случайно отобранных из выборки 225 генотипов, проанализированных по глиадину. Отбор проводили так, чтобы генотипы представляли все исходное разнообразие местных сортов по происхождению и ботаническим разновидностям. В наборе генотипов идентифицировано 49 аллелей у пяти МС-локусов (рис. 4) с встречаемостью от 1 до 53%. По величине встречаемости аллели условно разделяли на уникальные - выявленные только у одного генотипа, редкие - у двух-четырех генотипов и часто встречающиеся - более чем у 5% генотипов.

Рис. 4. Электрофоретическпе спектры продуктов амплификации ДНК некоторых генотипов мягкой яровой пшеницы (приведены по каталогу ВИР) с участием прай-меров мпкросателлптного локуса Xgwm415. Положение некоторых фрагментов (аллелей) ДНК отмечено стрелками с указанием их размера в п.в. М - маркеры ДНК plJC19IMsp I с указанием размеров Лшагментов ЛПК в п.н.

Для МС-локуса Xgwm25 7 (хромосома 2В) определено восемь аллелей, из них 201 у к-38686 (Иран) был уникальным. К редким аллелям отнесен 199, он выявлен у к-55729 (Ирак) и к-43048 (Иран). Все остальные аллели встречались у восьми и более генотипов. Наиболее часто встречающимися и широко распространенными были 193 и 195. Однако первый из них не обнаружен у генотипов, отобранных из местных сортов Турции и Ливии, а второй - Египта.

У МС-локуса Xgwm415 (хромосома 5А) идентифицировано четыре аллеля, из них 135 - уникальный (к-17411, Иордания), 129 обнарз'жсн у шести генотипов. Особенно частыми и широко распространенными были 131 и 133 (табл. 3).

МС-локус Xgwml90 (хромосома 5D) имел 10 аллелей, из них 220 бьи уникальным (к-43761, Эфиопия), 202 отнесен к группе редких (к-16451, Марокко и к-55890, Ливия), а 210, 212 и 214 встречались у 18,14 и 16 генотипов, соответственно.

У МС-локуса Xg)vm46 (хромосома 7В) выявлено 18 аллелей. Среди них 154 (к-17418, Иордания) и 180 (к-55730, Сирия) - уникальные аллели, а 148 (к-16405, Марокко; к-17330, Палестина и к-32849, Иран), 150 (к-16451, Марокко, к-17310 и к-17378 из Палестины), 162 (к-16411, Марокко и к-16558, Тунис), 164 (к-16430, Марокко и к-16065, Турция), 166 (к-16455, Марокко; к-55844, Тунис; к-19038, Эфиопия и к-16073, Турция)', 178 (к-16081, Турция; к-55702, Ирак; к-13072 и к-38686 из Ирана) и 182 (к-55833, Тунис; к-19916, Эфиопия и к-20197, Египет) - редкие. Аллели 172 и 146 обнаружены у 16 и 10 генотипов, соответственно.

Для МС-локуса Xgwm44 (хромосома 7D) идентифицировано девять аллелей: 168 (к-13072, Иран) - уникальный, 182 (к-15818 и к-17330 из Палестины; к-55723, Ирак и к-14335, Иран) и 184 (к-55717, Ирак и к-13491, Иран) - редкие. Остальные -часто встречающиеся. Если из выявленных аллелей по каждому МС-локусу составить ряды, показывающие увеличение (уменьшение) их размера, и сравнить эти ряды у выборок генотипов разных стран, то можно видеть, что полный ряд последовательных динуклеотидных изменений выявлен только у генотипов, отобранных из местных сортов Ирана по МС-локусу Xgwm 44 (табл. 3). Во всех остальных случаях ряды были неполными и часто прерывистыми. По локусу Xgwm 257 генотипы из Египта, Ливии и Марокко чаще содержали аллели с меньшим числом повторов, а из Ирана и отчасти Ирака - с большим числом. Сравнение объединенных выборок генотипов, представляющих страны Азии и Африки, по встречаемости аллелей этого локуса, показало высокую статистическую достоверность различий между сравниваемыми рядами аллелей и на уровне континентов (х2факт=14,244, х2теоР=13,815 при 0,1% уровне значимости и df=2). Аналогичный характер различий выявлен у генотипов из Марокко и Ирана по аллелям локуса Xgwm 190.

-147

.135

-133

*

* 129

Tf 1Л - 00 — — Tfin

с- S — -csooo---

г- г- t-'a-g, ^гл'л^'л'л'лт " * in w) V-, »о LD V)

i i i i i £ M

* M

чо — о-

.111 «S3

ОС 0G 110 ^ i i ¿м

Таблица 3. Распределение по странам аллелей пяти МС-локусов

Азия Африка

мс К к. Центр. Юго-западная Северная Северо-восточ.

локус (хромосма) 1 Ирн Иор Ирк Пал Сир Тур о 03 ш я >4 Мар Тун Еги Эфи Й и и к Р1С

187 1 2 5 8

189 6 6 4 1 1 1 7

257 (2В) 191 1 2 3 3 1 2 6

193 2 2 2 2 3 11 2 2 2 3 9 0.80

195 2 2 4 1 5 7 21 1 1 2 6 10

197 5 3 1 1 10 1 1 2

199 1 1 2

201 1 1

Х^хт 415 (5А) 129 1 1 2 2 2 4

131 6 3 5 7 2 4 27 5 3 2 10 4 24 0.56

133 4 5 4 7 4 24 1 4 5 4 14

135 1 1

202 1 1 2

204 1 2 3 2 3 5

206 2 2 4 3 1 2 6

Х^пт 190 (50) 208 2 2 1 1 6 1 3 4

210 3 5 2 1 11 2 2 3 7 0.87

212 2 1 2 2 7 1 1 2 3 7

214 4 1 2 1 1 1 10 1 1 3 1 6

216 3 3 1 2 9 1 2 3

218 2 1 1 4 1 1

220 1 1

144 1 1 2 1 1 1 1 4

146 1 2 4 7 2 1 3

148 1 1 2 1 1

150 2 2 1 1

152 1 2 2 5 1 1

154 1 1

156 2 ! 1 1 5 1 1

Х&рт 46 (7В) 162 1 1 2

164 1 1 1 1 092

166 1 1 1 1 1 3

168 4 1 5

170 1 1 2 2 2 2 1 7

172 3 3 1 4 11 1 5

174 2 3 5 2 1 3

176 2 1 2 5 1 1 2

178 2 1 1 4

180 1 1

182 1 1 1 3

168 1 1

170 1 1 1 4 7 1 1 1 3

172 1 1 2 1 3 1 9 3 3

А£И>т 174 2 1 2 1 9 5 3 1 2 11

44 176 1 4 5 1 11 1 3 3 3 10 0.84

(Щ 178 1 1 1 1 2 6 1 3 1 5

180 1 3 1 5 3 1 3 3 10

182 1 1 2 4

184 1 1 2

5.2. Классификация генотипов'на основе сходства состава аллелей МС-локусов. Коэффициенты сходства по наборам аллелей пяти МС-локусов между любыми парами генотипов варьировали от 0,000 до 0,800. Только к—17167 (Сирия) и к-55711 (Ирак) имели идентичный состав аллелей (коэффициент сходства 1,000), остальные - оригинальные наборы. Среднее значение коэффициента сходства составило 0,441, что указывало на довольно высокое разнообразие генотипов. В кластерном анализе генотипы объединились в кластеры Л и Б из 53 и 43 генотипов, соответственно. В А оказались все генотипы из Египта и Иордании и большая часть (64-83%) - из Палестины, Ирана и Ливии. В Б преобладали генотипы из Ирака, Сирии, Туниса и Эфиопии. Генотипы, отобранные из местных сортов Марокко и Турции, равномерно распределились по обоим кластерам.

Различия между генотипами кластеров были следующими. Генотипы с редкими аллелями Xgwml9020s, Xgwm2572oi, Xgwm415I3S, Xgwml9022o, Xgwm46u0, щ ш, ш, us, ¡so и Xgwm4416S, 182, ¡84 присутствовали только в одном из кластеров. По аллелям Xgwm257,sl ¡91:Xgwml902W, 2ы, Xgwm46144, 14S, т, т. т и Xgwm44l6i, ш ш доли генотипов существенно различались. Разделение всей выборки на два кластера было связано с аллелями 131 и 133 локуса Xgwm415. Из всех генотипов 51 имел аллель 131, из них 47 вошли в кластер А и только 4 в Б. В то же время из 38 генотипов, содержащих аллель 133, 37 оказались в кластере Б и один - в А. Следует отметить, что генотипы с обоими аллелями имели широкое географическое распространение, они были отобраны из местных сортов почти всех стран, за исключением Иордании и Египта (табл. 3). У генотипов, отобранных из местных сортов Иордании, в этом локусе идентифицированы аллели 131 и 135, а у генотипов из Египта - только аллель 131.

Известно, что число аллелей у МС-локусов связано со структурой «мотива» и числом повторов (Huang et al., 2002). Для каждого МС'-локуса рассчитывали значения PIC-индекса (Polymorphism information content) по Botstein et al. (1980), которые варьировали от 0,56 до 0, 92. Наиболее низкий коэффициент полиморфизма PIC определен для локуса Xgwm 415, а наиболее высокий - для Xgwm 46, который тесно сцеплен с центромерой. В целом выявленное число аллелей и довольно высокие значения индекса указывали на высокую дискриминирующую возможность ДНК-маркеров.

6. Структура разнообразия выборки местных сортов яровой мягкой пшеницы

(обсуждение результатов) Для эффективной работы с большой по размеру коллекцией мягкой пшеницы важно знать структуру ее фенотипического и генетического разнообразия. Эта структура характеризуется наличием внутривидовых групп образцов, их количественным соотношением, определенной иерархией межгруппового сходства, особенностями географического (пространственного) или временного распределения групп.

Наши исследования иоказали, что местная яровая мягкая пшеница из юго-западной и центральной Азии, северной и северо-восточной Африки дифференцирована. В ее составе, по меньшей мерс, выделено три «морфологические» группы, четыре группы «по глиадину» и две «по микросателлитам» (рис. 4). Если распределить изученные сорта или генотипы по всем выявленным кластерам, то среди них можно определить группы, в пределах которых наиболее высокий уровень сходства. Такое распределение для 96 генотипов показано в табл. 4. Используя эту таблицу и принимая во внимание межгрупповые взаимосвязи (рис. 4) можно проводить отбор материала с учетом степени и характера его фенотипических и генетических различий. В качестве примеров ниже охарактеризованы короткостебельные и скороспелые сорта, выявленные в настоящей работе.

Клпстернып никли) нн осконе илучснин:

а ) морфологических и фсш»,Ю( ическил при »на кон, II с ко то рык пар ме гроц придук I И1ШОС1 (I рас гений

С) ишищни

4 '>4 ' Г 1Г

43 54

к> мшч-рпсап.млн гон

>

43

| 247 сортов II йио-шнов

У

-Г

Ь.м ^ ^ К..

(Й) ©

225 гсиоошон

/I

17 12 24 25

4 1

Ж\ ж

23 23 25 17 3 19 21 16

| ОС,

1 С110Т11110»

1 4 4

А Ж\ Ж

5 10 15 К» 6 12 7 ОН Н6

1111 11111111

/

У 5 10 15

(>/Л .4/1) 1 <> Н У

Н-2 4/2 (> *> 6.1 0 4/4 2/6 ЗЛ1

Рис. 4. Схема, обобщающая результаты кластерного анализа выборки местных

сортов.

Среди генотипов, отобранных из короткостебельных сортов (в табл. они обозначены индексами от к1 до к8) наиболее сходными между собой оказались кк-55868 и -55878 из Ливии и к-55833 Туниса (кЗ-к5), попавшие в одни и те же кластеры, а также к-55714 из Ирака и к-55730 Сирии (кб и к7), оказавшиеся в другом кластере «по микросателлитам». Остальные три генотипа (кк-55709, -55725 и -55711) из Ирака (к1, к2, к8) отличались от них и в разной степени между собой. Из распределения сортов по кластерам можно также заключить, что, по меньшей мере, различия сортов по 131 и 133 аллелям локуса Х^т4!5 не сопряжены с проявлением короткостебельности, поскольку в равной пропорции обнаружены генотипы, относящиеся к обоим кластерам «по микросателлитам».

Из восьми скороспелых местных сортов (с1-с8) наиболее сходные генотипы отобраны из к-13075 и к-38686 Ирана (с1 и с2) или к- 43721, Ирак и к-16081, Турция (с4 и с5), хотя в коллекцию каждая из пар образцов была привлечена в разное время. Остальные генотипы (сЗ, с6-с8) отличались от них и в разной степени различались между собой.

Выявленная нами дифференциация местной яровой мягкой пшеницы не имела четкой географической направленности. Объединение сортов в группы не было связано с принадлежностью их к какому-либо одному из континентов или какой-либо стране происхождения. Согласно Н.И. Вавилову (1957) Передняя Азия в широком смысле может быть разделена на ряд агроэкологических областей, характеризующихся в значительной мере единством климатических и почвенных условий и наличием определенных экологических типов растений. На ее территории он выделял (1)

Таблица 4. Группы генотипов с наиболее высоким уровнем фенотипического и

генетического сходства

Кластеры Ам

Аг Нг вг Гг

Амс к-20192-Еги к-20198-Еги к-20222-Егп к-13075-Ирнс1 к-38686-Ирнс2 к-17270-Пал к-16411-Мар к-16455-Мар к-17357-Пал к-17167-Сир к-19216-Эфи к-19240-Эфи к-20214-Еги к-26439-Лив к-17301-Пал к-17310- Пал к-17318-Пал к-17339-Пал к-17378-Пал к-16073-Турс6

Бмс к-16430-Мар к-16450-Марс3 к-55709-Ирк*1 к-43721-Иркс4 к-13071-Ирн к-15818-Пал к-17203-Сир к-55844-Тун к-16065-Тур к-16075-Тур к-16081-Турс5 к-19020-Эфи к-17330-Пал к-17347-Пал к-17112-Сир к-16562-Тун к-19032-Эфи к-19038-Эфи к-19916-Эфи

Кластеры Бм

Аг Бг Вг Гг

Амс к-20197-Еги к-20218-Еги к-20234-Еги к-21193-Еги к-21198-Еги к-17394-Иор к-32849-Ирп к-16451-Мар к-55868-Лив1" к-55878-Лив"4 к-55833-Тунк5 к-21938-Тур к-20217-Еги к-55711-Ирк"8 к-13072-Ирн к-14371-Ирн к-23112-Ирн к-16457-Мар к-17405-Иор к-17411-Иор к-17418-Иор к-16405-Мар к-17147-Сир к-16076-Тур

Бмс к-55725-Иркк2 к-55729-Ирк к-55714-Иркк0 к-55730-Сирк7 к-55702-Ирк к-14335-Ирн к-55890-Лив к-34821-Мар к-16592-Тун к-18961-Эфи к-17172-Сир

Кластеры вм

Аг Бг Вг Гг

к-55867-Лив к-55871-Лив к-16558-Тун к-44512-Эфи к-55717-Ирк к-43048-Ирн к-55715-Ирк к-13491-Ирн к-21933-Турс7

Бмс к-34836-Мар к-40115-Пал к-55732-Сир к-55826-Тун к-55704-Ирк к-38641-Ирн к-55731-Сир к-55846-Тун к-43751-Эфи к-43761-Эфи к-55723-Ирк к-43210-Сир к-21928-Турсв

прибрежную область, включающую районы Сирии и Палестины, южной и юго-западной частей Анатолии с мягким климатом, сходным по условиям с климатом Средиземноморья; (2) засушливую область, объединяющую нагорные районы Палестины и нынешней Иордании, а также обширные территории возвышенной внутренней Сирии; (3) внутреннюю нагорную область Малой Азии с недостаточным количеством осадков и наличием засушливых периодов. На территории Африки, связанной с возделыванием пшеницы, - (4) эфиопскую агроэкологическую область (высокогорные районы с большим количеством осадков с июля по сентябрь, засушливым периодом с октября до марта, сменяющимся снова дождливым периодом); (5) собственно Средиземноморскую агроэкологическую область с теплым субтропическим климатом (мягкой зимой, засушливым летом и сравнительно влажными весной и осенью). Главным образом это низменные предгорные районы, расположенные по берегам Средиземного моря, в том числе прибрежные районы Туниса и Марокко; (6) египетскую агроэкологическую область с засушливым пустынным климатом и земледелием, построенным на поливе.

Достоверно известно, что мягкая пшеница в течение тысячелетий возделыва-лась в названных выше земледельческих районах этих областей. Как следует из их описания, нет соответствия между границами агроэкологической области и страны. Некоторые области разделяют страну на части, другие охватывают территории дзух и более стран. Поэтому как в одной стране могли формироваться разные типы местных сортов, так и в разных странах - местные сорта со сходными фенотнпическими и ге-нотипическими характеристиками. Возможно, это нашло свое отражение в полученных классификациях местной мягкой пшеницы и выявленной структуре ее разнообразия.

Наибольшее соответствие между' границами страны и агроклиматической области существует для Египта и Эфиопии. Однако местные сорта этих стран также не сформировали самостоятельных кластеров. Это наводит на мысль, что могли иметь место, например, систематический обмен семенным материалом между странами, приводящий к неправильному определению страны его происхождения, или возникновение сходных мутаций в разных географических регионах, особенно по МС-локусам.

Переднюю Азию считают первичным центром происхождения мягкой пшеницы. По нашим данным местная азиатская мягкая пшеница оказалась шире по разнообразию африканской. На обоих континентах выявлены в основном два варианта генотипов по локусу Xgwm415: со 131 или 133 аллелями, что указывает на общность генофондов их мягкой пшеницы. О возможном поступлении сортового материала пшеницы в северную Африку из юго-западной Азии писал и Н.И. Вавилов (1957).

Разнообразие по аллелям МС-локусов свидетельствует о том, что мутации, представляющие собой инсерции или делении одного динуклеотидного повтора в МС-локусе, происходили непрерывно у местной мягкой пшеницы на территориях обоих континентов. Однако в пределах одной страны разнообразие аллелей было неполным. Возможно, это связано с тем, что в коллекции ВИР репрезентативно не представлена местная мягкая пшеница каждой из изученных стран, а присутствуют случайные генотипы, или имеет место процесс элиминации отдельных аллелей под действием естественного отбора. До сих пор экспериментально не показаны функции микросателлтиов, но из литературы известно (Imtiaz et al., 2004; Yin et al., 2007), что некоторые МС-локусы сцеплены с различными генами и QTLs (Quantative trait loci), контролирующими устойчивость мягкой пшеницы к грибным болезням. Можно

предположить, что благодаря довольно тесному сцеплению отбор по устойчивости может влиять на состав аллелей. МС-локусов

Наличие широкого разнообразия по типам электрофоретических спектров глиадина еще раз подтвердило возможности использования этих маркеров для идентификации и паспортизации генотипов. Выборку аллелей мультигенных семейств, контролирующих глиадин и расположенных в хромосомах первой и шестой гомеоло-гичных групп, нельзя считать репрезентативной для характеристики всего генома пшеницы, однако выявляемый полиморфизм по этим белкам достаточен для различения генотипов и выяснения взаимосвязей между ними (Митрофанова, 2005). Для более полного охвата генома следует или дополнительно привлекать другие белки-маркеры, или увеличить число анализируемых микросателлитов. Китайские ученые (Zhang et al., 2002) установили, что для получения в кластерном анализе стабильных группировок, которые показывали бы объективно существующие взаимосвязи между генотипами, необходимо использовать 350-400 аллелей МС-локусов, расположенных во всех хромосомах А, В и D геномов мягкой пшеницы. Нами для классификации использовано 49 аллелей всего пяти МС-локусов, находящихся в хромосомах 2В, 5А, 5D, 7В и 7D. Если к ним добавить глиадины и морфологические маркеры, то учтены различия, более, чем по 11 из 21 хромосомы гаплоидного набора мягкой пшеницы. Очевидно, охват генома не был исчерпывающим, но значительным, чтобы можно было рассматривать выявленную структуру разнообразия выборки как довольно обоснованную.

ВЫВОДЫ

1) Местные сорта мягкой пшеницы могут иметь в своем составе внутрисортовые группы растений, различия которых по комплексам качественных и количественных признаков сопоставимы с межсортовыми.

2) Разнообразие по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений местной яровой мягкой пшеницы из стран юго-западной и центральной Азии шире (индекс Шеннона равен 0,708+0,019), чем из стран северной и северо-восточной Африки (0,594+0,037). По уменьшению величины индекса разнообразия Шеннона признаки можно расположить в следующей последовательности: остистость колоса (1,33), число колосков в колосе (1,01), продуктивная кустистость (0,99), длина колоса и число зерен в колосе (по 0,86), высота растения (0,78), окраска зерновки (0,72), опушение колосковых и цветковых чешуй (0,20), длина зерновки (0,26), плотность колоса (0,06).

3) Выявлен широкий полиморфизм местной яровой мягкой пшеницы по электро-форетическим спектрам глиадина. Многие комбинации компонентов а/р-, у- и ш-зон этого белка были специфическими для какой-либо одной страны и встречались у единичных генотипов. Изменения в составе глиадина чаще выявлялись у местных сортов из Ирана, Ирака и Эфиопии. Идентичные или очень близкие электрофоретические спектры глиадина имели генотипы, отобранные из местных сортов разных стран. Они образовали 27 групп, в каждой из которых генотипы имели общее происхождение и в большинстве случаев не различались по морфологическим признакам колоса и зерновки.

4) Генотипы, отобранные из местных сортов яровой мягкой пшеницы Азии и Африки, проявили широкое разнообразие по составу аллелей МС-локусов Xgwm257, Xgwm415, Xgwml90, Xgwm46 и Xgwm44, расположенных в хромосо-

мах 2В, 5А, 51), 7В и 70, соответственно. По каждому локусу идентифицировано от 4 до 18 аллелей, а для всей выборки из 96 генотипов - 49 аллелей с различной встречаемостью. Географическое распределение частот встречаемости аллелей было неравномерным. Самое широкое распространение имели аллели 131 и 133 локуса Х^чп415. По локусу Х^т 257 аллели с большим числом ди-нуклеотидных повторов чаще обнаруживали у генотипов из Азии, а с меньшим числом - из Африки.

5) Представленная в коллекции ВИР местная яровая мягкая пшеница юго-западной и центральной Азии, северной и северо-восточной Африки дифференцирована на группы сортов, различающихся по комплексу морфологических и фенологических признаков, параметрам продуктивности растений, а также электрофоретическим спектрам глиадина и составу аллелей МС-локуеов. Разделение на группы сортов не имеет четкой географической направленности: в каждой группе объединяются сорта или генотипы разных континентов и стран.

6) С использованием кластерного анализа выявлена структура разнообразия выборки местных сортов и выделенных из них генотипов, которая характеризуется наличием большого числа более однородных по фенотипическим и геноти-пическим характеристикам групп сортов или генотипов с определенной иерархией взаимосвязей. Построенная классификация позволит оптимизировать состав активной части коллекции и повысить эффективность отбора образцов для селекции и проведения научных исследований.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Аль-Юссеф В., Митрофанова О.П. Характеристика местных сортов мягкой пшеницы из стран Ближнего Востока и Северной Африки по данным анализа микросател-литных локусов // Материалы I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (21-26 мая 2006). - СПБ. Изд-во ТЭТУ, 2006, С. 21.

2. Аль-Юссеф Ваэль. Генетическое разнообразие староместных сортов мягкой пще-ницы но результатам анализа морфологических и глиадиновых маркеров // Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: состояние, проблемы, перспективы / Тезисы докладов II Вавиловской международной конференции. Санкт-Петербург, 2630 ноября 2007г. - СПБ.: ВИР, 2007. - С. 230-232.

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах ВАК РФ

3. Аль-Юссеф Ваэль. Генетическое разнообразие староместных сортов мягкой пшеницы по результатам анализа морфологических и глиадиновых маркеров // Известия СГ1БГАУ, - 2007, - № 5,- с. 25-30.

4. Аль-Юссеф Ваэль. Генетическое разнообразие староместных сортов мягкой пшеницы по данным анализа микросателлитных локусов // Известия СПБГАУ. - 2008, -№9-с. 26-28

5- Митрофанова О.П., Аль-Юссеф Ваэль. Характеристика изменчивости морфологических признаков местных сортов мягкой яровой пшеницы //' Известия СПБГАУ. -2008,-№ 11.-е. 63-65.

Приношу огромную благодарность и признательность научному руководителю доктору биологических наук О.П. Митрофанова за постоянное внимание, советы и помощь в работе над диссертацией и авторефератом. Также благодарю всех сотрудников отделов «генетических ресурсов пшеницы» и «биохимии и молекулярной биологии» ВИР за поддержку и содействие в проведении исследования.

Подписано в печать 16.04.2009 Бумага офсетная. Формат 60/90 1/16 Печать трафаретная. 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз.

_Заказ №09/04/21_

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в НП «Институт техники и технологий» Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр., д.31, ауд. 715