Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетика глиадина яровой твердой пшеницы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетика глиадина яровой твердой пшеницы"

1 8 : * 9 V

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ им. Н. И. ВАВИЛОВА

На правах рукоппси

УДК 633.112. [ :СЗТ . 52:573.17:575 .27

КУДРЯВЦЕВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

ГЕНЕТИКА ГЛИАДИНА ЯРОВОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ

(03.00.15 — генетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1991 г.

Работа выполнена в лаборатории молекулярной генетики и генетической инженерии растений Института общей генетики им. Н. И. Вавилова АН СССР.

Научный руководитель: кандидат биологических наук

Е. В. МЕТАКОВСКИЙ

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Э. Е. ХАВКИН кандидат биологических наук А. В. ШУРХАЛ

Ведущее учреждение: Кафедра генетики и селекции биологического факультета МГУ

Защита диссертации состоится « V? ;> __

1991 года в _час. _мин. на заседании специализированного Ученого совета Д002.49.01 при Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова АН СССР по адресу: Москва, В-333, ул. Губкина, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Автореферат разослан «22 » _ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

Г. Н. Полухина

TPFT' ( V. .)

f

: l-

! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В ряде исследований выявлена сопряженность между наследованием определенных аллельных вариантов белков и некоторых количественных признаков. Использование таких вариантов в качестве маркеров хозяйственно-ценных признаков в селекции может ускорить получение перспективных форм (Созинов А. А., 1985).

Значительные успехи в этом направлении достигнуты в исследованиях на мягкой пшенице. Показано, что практически каждый сорт этой культуры обладает уникальным электрофоретпческим спектром высокополиморфного запасного белка эндосперма глиа-днна, что позволяет идентифицировать сорт по зерну. Компоненты электрофоретического спектра глиадина наследуются сцепленными группами — блоками (Созинов А. А., Попереля Ф. А., 1979). Предполагается, что блоки кодируются кластерами тесно сцепленных генов, находящимися в глиадинкодирующих локусах. У мягкой пшеницы шесть таких локусов, локализованных в коротких плечах хромосом первой и шестой гомеологических групп (Payne P. I. et. а]., 1984). По каждому локусу выявлен множественный аллелизм. Аллели одного локуса различаются по числу, электрофоретиче-ской (ЭФ) подвижности, молекулярной массе и интенсивности окрашивания компонентов, составляющих блок (Metakovsky Е. V. et. al., 1984). Показано, что блоки компонентов глиадина могут служить эффективными генетическими маркерами при решении ряда задач генетики, систематики, селекции и семеноводства пшеницы (Созинов А. А., Цопереля Ф. А., 1979).

Твердая пшеница — важнейшая сельскохозяйственная культура, существенно превосходящая мягкую пшеницу по качеству зерна и необходимая для приготовления ряда продуктов питания (макароны, спагетти и т. д.). В дореволюционное время Россия была крупным экспортером твердой пшеницы, однако в послереволюционные и особенно в послевоенные годы площади под этой культурой сильно сокращались: к концу 1985 г. они составили только 2,5 млн. га, по сравнению примерно с 20 млн. довоенных. Во многом это обусловлено экономическими причинами, однако связано также и со сложностями селекции твердой пшеницы, поскольку у нее, как ни у какой другой культуры, реализация генетического потенциала растения обуславливается условиями его выращивания

(Савицкая В. А., Гудинова Л. Г., 1985). Использование при селекционной работе с твердой пшеницей новейших достижений современной генетики и, в частности, метода генетических маркеров, должно позволить быстрее создавать новые сорта. Кроме того, исследование частной генетики твердой пшеницы позволит решить многие теоретические вопросы, связанные с происхождением этой культуры и ее филогенетическими отношениями с другими видами рода ТгШсит. В качестве генетических маркеров особенно перспективны аллельные варианты высокополиморфных белков, таких как глиадин. Однако до настоящего времени генетика глиадина твердой пшеницы практически оставалась не изучена.

Цели и задачи работы. Основная цель настоящей работы состояла в изучении полиморфизма и характера наследования глиадина твердой пшеницы, в идентификации аллелей, в анализе возможностей использования блоков компонентов глиадина в качестве генетических маркеров при работе с твердой пшеницей.

Были поставлены и решены следующие задачи:

1) Собран и создан растительный материал, включающий сорта, образцы и межсортовые гибриды различных поколений твердой пшеницы, а также дисомно-замещенные линии сорта Ьапдёоп и линии гетерогенного сорта Харьковская 7.

2) Изучен полиморфизм и характер наследования глиадина у твердой пшеницы. В результате создан каталог аллелей, насчитывающий 35 вариантов блоков компонентов глиадина, характерных для этой культуры.

3) Исследования, выполненные на сорте Харьковская 7 и на гибридной комбинации Оренбургская ранняя х Саратовская 40, показали, что блоки компонентов глиадина могут быть использованы в качестве генетических маркеров качественных (морфологических) и количественных (хозяйственно-значимых) признаков у этой культуры.

4) Сравнение блоков глиадина, выявленных у разных видов пшеницы, позволило сделать выводы о путях формирования мягкой и твердой пшеницы и о степени филогенетической. близости этих видов.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые создан каталог блоков компонентов глиадина яровой твердой пшеницы, определены частоты распространения отдельных блоков, описаны

их семейства. На основании сравнения блоков компонентов глиа-дииа мягких п твердых пшениц установлено, что в формировании А геномов этих видов участвовали сходные, а В геномов — разные наборы диплоидных доноров. Веские аргументы в пользу полифи-летнчного происхождения геномов культурной пшеницы, полученные в ходе настоящей работы, являются вкладом в решение одного из самых спорных вопросов филогении пшеницы.

Практическая ценность. Показана возможность использования блоков компонентов глиадина в качестве генетических маркеров хозяйственно-ценных признаков у твердой пшеницы. На основании этого подхода созданы линии сорта Харьковская 7, значительно превосходящие исходный сорт по показателям качества клейковины и не уступающие ему по урожайности. Линии успешно прошли конкурсное сортоиспытание, в 1992 году передаются в Государственное сортоиспытание и в перспективе могут стать сортом. Каталог блоков яровой твердой пшеницы можно использовать при идентификации и описании сортов, выявлении биотипов в гетерогенном сорте. Отдельные варианты блоков компонентов глиадина можно использовать в качестве генетических маркеров хозяйственно-ценных признаков.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на конференциях молодых ученых Института общей генетики в 1988 и 1989 годах (третье и второе места) и на конкурсе научных работ сотрудников Института в 1991 г. (второе место), на Всесоюзной конференции по биотехнологии злаковых культур (Алма-Ата, 8—10 июня 1988 г.), на VII Всесоюзном симпозиуме «Молекулярные механизмы генетических процессов» (Москва, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения, включающего список сортов твердой пшеницы. Список цитируемой литературы включает 170 наименований, из них 70 на русском языке.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследованный материал. Сорт Lanqdon ji его четырнадцать дисомно-замещенных линии, каждая из которых отличается от исходного сорта тем, что у нее та или иная пара гомологичных хромосом А или В генома замещена на гомеологичную пару хромосом D генома сорта мягкой пшеницы Chinese Spring (Joppa L. R.,. Williams N. D., 1988), любезно предоставлены Dr. L. R. Joppa из Northen Crop Sei. Lab. (USA). Сто сортов яровой твердой пшеницы из разных стран были предоставлены А. А. Филатенко и сотрудниками отдела пшениц ВНИИРа им. Н. И. Вавилова (изучено по 15 зерен каждого сорта). Зерна 13 сортов яровой твердой пшеницы районированных в Советском Союзе были получены с сортоучастков и от оригинаторов через Центральную хлебопекарную лабораторию Госкомиссни по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (изучено по 100 зерен каждого сорта). Сорта яровой мягкой пшеницы Chinese Spring, Marquis, Newcaster, Levent, Solo, Безостая 1, Таежная и Одесская 16 были взяты из имеющейся в лаборатории коллекции.

Зерна гибридов F2 от 17 межсортовых скрещиваний были получены нами на полях Тимирязевской сельскохозяйственной академии в полевые сезоны 1986 и 1987 годов. Принудительное опыление для получения гибридных зерен Fi проводилось в 1986 году методом «колос на колос». Зерна Из скрещивания Оренбургская ранняя X Саратовская 40 были получены таким же образом в 1987 году на полях опытного хозяйства «Элитное» Укр. НИИ РСИГ им. Юрьева.

Материал сорта Харьковская 7 в колосьях был любезно предоставлен оригинатором сорта В. С. Голиком из Укр. НИИ РСИГ им. Юрьева. На, основании электрофоретпческого анализа 5 зерен с колоса сорт был разделен на два морфологически идентичных биотипа, различающихся по аллелыюму состоянию глнаднн-кодирую-щего локуса хромосомы 1В. Всего было отобрано по 100 колосьев каждого биотипа. Каждый отобранный колос стал родоначальником линии. Линии исследовались в течение 1986—1989 г.г. на полях УкрНИИРСиГ.

Электрофорез. Одномерный электрофорез глиаднна проводили согласно принятой методике (Новосельская А. 10. н др., 1983). Глиадин экстрагировали из размолотого зерна 70% этанолом (0,5

мл этанола на зерно) при <10°С в течение 20—40 мин. После центрифугирования (10 мин. при 1000 об/мин.) в супернатант добавляли равный объем 0,005М алюминип-лактатного буфера pH 3,1 (АЛБ), содержащего краситель метиленовый зеленый и 80% сахарозы. Гель, приготовленный на АЛБ, содержал 8,3% акрила-мпда, 0,4% метнленбнсакрнламнда, 0,1% аскорбиновой кислоты и 0,001% Fei(S04)3. Полимеризацию инициировали добавлением к 150 ml готовой гелевоп смеси 80 ¡t 1 30% II2O2. Электрофорез проводили при напряжении 550v и температуре буфера, не превышающей 30"С, контролируя время но прохождению красителя (около 3 часов). После окончания электрофореза гели фиксировали в 10% растворе трпхлоруксусиой кислоты (ТХУ) в течение 30 минут, окрашивали в 0,04% растворе Кумаси R-250 в 10% растворе ТХУ в течение ночи, промывали проточной водой н фотографировали в проходящем рассеянном свете на фотопленку Мпкрат-300.

Для проведения двумерного электрофореза вырезали дорожки из нефиксированного геля первого измерения, промывали их 1 час в дистиллированной воде и вымачивали в течение 30 минут в буфере «О» (pH 6,8), содержащем меркаптоэтанол (O'Farrell Р. П., 1975), переносили на SDS — содержащий гель второго измерения (Lacmmli U. К., 1970) и приваривали к нему 1% раствором агаро-зы в буфере «О» (Новосельская А. 10. и др., 1983). Электрофорез проводился при 60v в течение 12 часов. Двумерные гели окрашивались и фиксировались также, как и гели первого измерения.

Оценка линий сорта Харьковская 7. У 10 колосьев каждой линии линейкой измеряли длину от шейки колоса до верха верхнего колоска. Затем колос обмолачивали вручную, подсчитывали количество зерен в нем и определяли их массу. На основании анализа 10 колосьев вычисляли средние значения каждого признака и определяли массу 1000 зерен.

Урожайность биотипа определялась как средняя урожайность с десятиметровых делянок, пересчитанная на гектары.

Все оценки показателей качества линий выполнялись в Центральной хлебопекарной лаборатории Госкомиссин по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при любезном содействии сотрудников этой лаборатории и по принятым в государственном сортоиспытании методикам (Методика гос. сортоиспытания с/х культур. 1988).

Статистические методы обработки полученных данных. При работе с гибридными комбинациями для определения соответствия фактически полученного расщепления электрофоретическнх спектров по классам теоретически ожидаемому использовали критерий у2 (Плохинский Н. А., 1969).

При работе с линиями сорта Харьковская 7 достоверность разницы средних по всем признакам определялась с использованием двувыборочного Т-крнтерия и критерия Уэлча (Боровков А. А., 1986).

При определении величины сцепления между глиаднркодирую-щнми генами и генами, определяющими морфологию колоса, использовали метод максимального правдоподобия (Allard R. W., 1956).

ПОЛИМОРФИЗМ И НАСЛЕДОВАНИЕ ГЛИАДИНА ЯРОВОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ

1. Хромосомная локализация генов, ответственных за синтез компонентов электрофоретического спектра глиадина сорта Langdon. Был пропеден анализ компонентного состава электрофоретическнх спектров глиадина сорта Langdon и 14 его дисомно-заме-щенных линий. Очевидно, что если в линии замещены хромосомы, несущие глпадинкодирующпе гены сорта Langdon, то в электрофо-ретическом спектре такой линии должны исчезать те компоненты спектра сорта Langdon, которые эти хромосомы контролируют, и появляются компоненты, кодируемые генами привнесенных хромосом D генома сорта Chinese Spring. Такие отлпчня от спектра сорта Langdon наблюдались только в четырех линиях, в которых произошла замена хромосом первой и шестой гомеологнческих групп (линии LDN 1D(1A); 1D(1B); GD(6B); GD(6B)). Так, при замене хромосомы 1А Langdon на ID Chinese Spring (линия LDN 1D (I А)) исчезают следующие компоненты электрофоретического спектра Langdon: 1, нижняя часть двойного компонента 2, 8, 12 (рис. 1). При этом появляются характерные компоненты, составляющие блок GLD 1D3, в элсктрофоретическом спектре сорта Chinese Spring. Следовательно отсутствующие в спектре данной линии компоненты сорта Langdon кодируются генами, расположенными в хромосоме 1А. Гены, конт-

3. Каталог блоков компонентов глиадина яровой твердой пшеницы. В результате анализа зерен Иг еще 16 межсортовых скрещиваний яровой твердой пшеницы удалось выделить 8 аллельных вариантов блоков компонентов глиадина, кодируемых хромосомой 1А, 4 блока — хромосомой 1 В, 14 блоков — хромосомой 6А и 9 блоков — хромосомой 6В. Блоки различаются по подвижности, числу и интенсивности составляющих их компонентов (рис. 3). Сравнение компонентного состава аллельных блоков позволило установить, что некоторые из них могут быть весьма сходными по строению, то есть иметь несколько компонентов, идентичных по электрофоретп-ческой подвижности и интенсивности. Например, блоки, представленные на дорожках 11 —17 (рис. 3), очень похожи один на другой н отличаются по присутствию и/или изменению подвижности 1—2 компонентов. Так, блоки, представленные на дорожках 11 и 15, отличаются только по электрофоретической подвижности одного компонента, помеченного стрелкой. В то же время вся данная группа блоков существенно отличается от другой группы сходных блоков, представленных на дорожках 2—5. Ни один блок из первой группы не имеет ни одного сходного компонента с любым из блоков второй группы. Группы сходных блоков были определены нами как семейства блоков. С помощью двумерного электрофореза показано, что компоненты разных блоков одного семейства одинаковые по электрофоретической подвижности в первом измерении, имеют также и одинаковую молекулярную массу. Более того, одинаковую молекулярную массу имеют и те компоненты, по подвижности которых различаются блоки одного семейства. В то же время блоки, входящие в разные семейства, имеют принципиально различный тип строения на гелях двумерного электрофореза. Данный результат свидетельствует о том, что блоки, составляющие семейство, имеют не случайное сходство, а возникли от одного общего блока предшественника в результате мутационного процесса. Например, можно предположить, что в результате замен отдельных аминокислот в полипептидной цепи или незначительных делеций н инсерций изменился заряд белковой молекулы, но не ее молекулярная масса. Таким образом, очень вероятно, что блоки, составляющие семейство, связаны не только общностью строения, но п общностью происхождения.

* 4

з-> <

о

с а

а оо

г

о -о

А Г

с, Сг с

ее,

~ Е 1

с

е. е.

- (\г

* 2 3 Ч £ 6 * / 9 га г/ /г *з г</ г5 ГС /Г 1У

а, а1 <эл б с в, ¿г с/9 ^ в,

Рис. 3 Ело** компонентов глжац»на яровой твердой пшеницы и схематические изображения электрофоретических спектров глиацина

маркерных сортов Безостая I и Лаптоп . Звездочками помечены оС -глиалины Безостой I , стрелками - компоненты по подвиг ности которых различаются блоки ¿¿¿-Д?,^ и ОН-А2?с1£

О

Для обозначения аллельных вариантов блоков компонентов глиадипа яровой твердой пшеницы была разработана система генетической классификации блоков, основанная на международных правилах классификации аллелей (Mclntosh R. А., 1973). Типичная запись блока, например Gli-A2dai, означает, что данный блок компонентов кодируется глиадинкоднрующим локусом, расположенным на хромосоме 6А (на хромосоме 1А расположен локус üli-Al). Латинская буква d (durum) обозначает, что данный блок компонентов обнаружен у твердой пшеницы. Следующая латинская буква (в данном случае а) присваивается определенному аллельному варианту блока или семейству блоков, в последнем случае вводится цифровая индексация, которая определяет порядковый номер блока в пределах семейства.

Созданный каталог достаточно полно отражает полиморфизм глиадина яровой твердой пшеницы. В ходе гибридологического анализа были идентифицированы все блоки, контролируемые хромосомами 1В и 6А, которые встретились затем при анализе коллекции из 100 сортов твердой пшеницы. Три сорта имели новый, не внесенный в каталог, блок, контролируемый хромосомой 1А. У 13 сортов из-за перекрывания компонентов в спектре оказалось сложно идентифицировать блок, контролируемый хромосомой 6В. Аллельные варианты блоков имеют достаточно разную частоту встречаемости в проанализированной выборке сортов (таб. 2).

В табл. 2 для каждого аллеля указан также сорт-стандарт, имеющий данный аллель. Всего в табл. 2 упомянут 21 стандартный (маркерный) сорт. Мы предполагаем, что с помощью набора маркерных сортов возможно идентифицировать блоки компонентов глиадина у большинства сортов твердой пшеницы. Для этого необходимо либо сопоставлять маркерный и изучаемый сорт на соседних дорожках одной пластины геля, либо исследовать образец, приготовленный из смеси муки изучаемого и маркерного сорта.

... Т а Г) л и ц а 2. Распространение различных блоков компонентов глнадина среди ста сортов яровой твердой пшеницы и маркерные сорта, имеющие данные блоки.

• БЛОК 1 Gli — | Чисто га встречаемости, % Марксриъш сорт

'.Л l'd а 3 Шарк

bi 12 Саратовская 40

b2 20 Langdon

b3 18 Rusello

Ci 8 Световая 7

C2 Ф Оренбургская 10

d 33 Народная

e 3 к-53100

не идентифи- 3

цировано

Blda 39 Langdon

b i 14 Народная

Ь2 42 Изумруд

с 5 Саратовская 40

А2ай> 41 Langdon

аг 13 Гордеиформе 53

, а3 2 Ак-бугда

а< 2 Оренбургская 10

Ъ 9 Гордеиформе 4

с 10 Саратовская 40

d. 13 Световая 7

ds 1 Шавпха var. libicum

d3 4 Краснодарская 362

d4 1 Харьковская 3

d5 1 Изумруд

de 1 Сары-бугда

d? * б-тип Ени-Шарк

e 2 Wells

БЛОК Gl¡ - Частота встречаемости, % Маркерный сорт

B2dai 12 Langdon

а: 4 k-53088

Ь 4 Световая 7

с 4 Целиноградская 75

d 3 Шарк

ei т / Народная

ег 16 Харьковская 46

{ 30 Саратовская 40

ст 7 Гордепформе 53

не идентифи- 13

цировано

* — Блок найден у редкого биотипа.

СРАВНЕНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА БЛОКОВ ТВЕРДОЙ И МЯГКОЙ ПШЕНИЦ

Было замечено, что многие блоки твердой пшеницы, кодируемые хромосомами 1А и 6А, похожи на уже известные блоки мягкой пшеницы, кодируемые гомологичными хромосомами. Это сходство подтверждено при сравнении спектров, имеющих эти блоки, на соседних дорожках одной пластины геля. Так, блок твердой пшеницы Gli-Al ^ bi состоит только из одного компонента, идентичного по ЭФ подвижности и интенсивности единственному компоненту, входящему в состав блока GLD 1А18 мягкой пшеницы. Три компонента глнадпна, входящие в состав блока Gli-Al d Ьз, идентичны по интенсивности и электрофоретнческой подвижности трем компонентам, составляющим блок GLD 1А19. Блок Gli-Ald Ьз имеет те же три компонента плюс еще одни компонент в о> — зоне электрофоретического спектра. У сортов мягкой пшеницы часто встречается блок GLD 1А2 (Mctakovsky Е. V. et al., 1984), состоянии'! из трех компонентов. При тщательном сравнении выяснилось, что блок Gli-Al ^ d, широко распространенный у сортов твердой пшеницы (табл. 2) включает в свой состав те же 3 компонента. Заметим, что блоков, аналогичных блокам семейств а и с хромосомы 6А, у мягкой пшеницы не было обнаружено.

Попарное сравнение четырех блоков из четырех семейств (семейства а, Ь, с, е), кодируемых хромосомой 6Л твердой пшеницы, с подобными им блоками мягкой показало, что пары содержат, по крайней мере, по три компонента, идентичных в двумерном электрофорезе. У мягкой пшеницы не было найдено только блоков, похожих на блоки семейства d твердой пшеницы.

Очевидно, что независимое возникновение двух, а тем более нескольких," многокомпонентных блоков у разных видов крайне маловероятно. Поэтому полученные данные указывают на то, что признаки семейств блоков, кодируемых хромосомами А генома, сформировались еще до момента расхождения пшениц на твердые и мягкие, скорее всего на уровне диплоидных доноров отдельных геномов. Такими донорами могли быть как разные диплоидные виды пшениц или эгилопсов, так и биотипы одного вида, различающиеся, по крайней мере, аллельным состоянием глиадин-кодирую-щих генов. Поскольку в пределах вида Т. durum распространены блоки нескольких семейств, кодируемых А геномом, постольку в формировании этого генома должны были принять участие несколько отдельных диплоидных доноров. Следовательно, геном А полиплоидных пшениц имеет полнфнлетичсское происхождение от нескольких диплоидных доноров генома А, которые участвовали в нескольких актах аллополнплоидизации и первоначально образовали несколько разных полиплоидов объединившихся затем в один вид.

Интересно отметить, что в формировании А генома мягкой и твердой пшеницы участвовали несколько разные наборы диплоидных доноров. Среди блоков мягкой пшеницы, кодируемых хромосомой 6А, не обнаружено блоков, сходных с блоками семейства d хромосомы GA и семейств а и с хромосомы 1А твердой, хотя были найдены аналоги для блоков всех других семейств.

У твердой и мягкой пшеницы фактически не было обнаружено сходных блоков, кодируемых хромосомами В генома. Следовательно можно говорить о том, что в формировании В генома мягкой н твердой пшеницы участвовали разные доноры В генома. Это еще раз свидетельствует в пользу того, что признаки семейств блоков сформировались именно па уровне диплоидных доноров, а не на уровне некого древнего тетраплоида, от которого в последствии произошли мягкие и твердые пшеницы. Мы предполагаем, что, скорее всего, такого тетраплоида просто не было. Если это так, то мягкие и твердые пшеницы практически не имеют родства на тетрапло-идном уровне.

СЦЕПЛЕНИЕ МЕЖДУ ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИМИ ГЕНАМИ И ГЕНАМИ ОКРАСКИ И ОПУШЕНИЯ КОЛОСА У ЯРОВОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ

Известно, что доминантный ген Rgl, кодирующий красную окраску колоса пшеницы, расположен в хромосоме 1 В, а доминантный ген Hg, кодирующий опушенность колосковых чешуй, в хромосоме 1А (Mcintosh R. А., 1973). Рецессивные аллели этих генов (rgl н hg) контролируют, соответственно, белую окраску и неопу-шенность колоса. В этих же хромосомах у пшеницы расположены глнадинкодпрующне локусы. У мягкой пшеницы отмечено сцепление генов, контролирующих окраску (Понерели Ф. А. и др., 1980, Payne P. I. et. al. 1986) и опушение (Собко Т. А. и др., 1982, Howes N. К., 1986) колоса с глиадннкодирующимн генами.

Анализ сцепления между генами, определяющими морфологические признаки колоса, и глиадннкодирующимн генами у твердой пшеницы выполнен на гибридах от скрещивания сортов Оренбургская ранняя и Саратовская 40. Сорт Оренбургская ранняя (разновидность hordeiforme) имеет красный неопушенный колос и аллели по глиадину Gli-Al ^ d; Bld а; А2^ ai; B2d ei. Сорт Саратовская 40 (разновидность melanopus) имеет белый опушенный колос и аллели Gli-Ald bi; B1J с; A2d с; В2 d f. Анализ проводился на семьях растений F3, полученных от растений F2 гетерозиготных по всем изучаемым признакам. Формально, по данным признакам такие растения F2 можно считать идентичными растениям Fi, а полученные от них растения F3 растениям F2. В целом было проанализировано 6 семей, объединяющих 225 растений Гз. Оба морфологических признака наследовались моногенно по доминантному типу: для признака окраска колоса у.2 (3:1)= 0,07 (Р>0,5), для опушения х2 (3:1) = 0,33 (Р>0,5).

Распределение растений по фенотнпическим классам в зависимости от аллельного состояния глпадинкодирующего локуса хорошо соответствовало теоретически ожидаемому распределению 1 : 2 : 1. Для классов, различающихся по блокам, кодируемым хромосомой 1 А, =ё2,16; Р>0,20. Для классов, различающихся по блокам, кодируемым хромосомой 1В, /- =1,28; Р>0,5.

Распределение растении по фенотипам, определенным с учетом. морфологии и компонентного состава глиадина представлено в таблицах 3 и 4.

Таблица 3. Распределение растений по фенотипам, определенным с учетом окраски колоса н компонентного состава глиадина.

Г л и а д п н

Окраска красная | белая

Всего

ОН-ВГ а Гетерозигота ОН-В!13 с

52 115

6

58

52 121 52

ВСЕГО

167

58

225

Таблица 4. Распределение растений по фенотипам, определенным с учетом опушения колоса и компонентного состава глиадина.

Г л и а д н н О и у ш е н и е Всего

I

опушен | неопушеп

С.Н-А^ Ы 47 •— 47

Гетерозигота 118 3 121

СП-А1 Йс1 — 57 57 /»V

ВСЕГО

165

60

225

На основании данных таблиц 3 н 4 были определены генетические расстояния между генами, определяющими морфологические признаки колоса, и глнадннкодирующимн генами. Рекомбинация между геном и локусом глиадинкодирующнх генов, определяющим блок ОН-В!13 а составляет 2,96± 1,15%, рекомбинация между геном и локусом глиадинкодирующнх генов, определяющим блок йН-А!'1 Ы, — 0,96±0,65%.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЛОКОВ КОМПОНЕНТОВ ГЛИАДИНА КАК ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ ХОЗЯЙСТВЕННО-ЗНАЧИМЫХ ПРИЗНАКОВ У ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ

Семь из 13 образцов яровой твердой пшеницы, полученных через Госкомиссию по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, оказались гетерогенными по компонентному составу глнадина, причем два из них (Алмаз и Безенчукская 139) содержали более двух биотипов. Сорт Харьковская 7 состоит из двух морфологически идентичных биотипов, различающихся по аллельному состоянию глиадинкодирующего локуса хромосомы 1В (блоки ОП-В1с' а и ОН-В1 ЬI; 59 и 41% соответственно). На основании электро-форетнческого анализа было отобрано по 100 гомозиготных колосьев каждого биотипа. Каждый колос стал родоначальником лнннн, которая оценивалась по ряду количественных хозяйственно-значимых признаков. Результаты сравнения показателей признаков, характеризующих структуру колоса, представлены в табл. 5.

Таблица 5. Абсолютная величина разницы средних значений количественных признаков колоса у двух биотипов сорта Харьковская 7 (данные по 200 линиям за 1987—1988 г.г., разницы достоверны на 0,1% уровне значимости).

Масса Длила Количество Масса зерен

1000 зерен колоса зерен и с колоса

гр. см. колосе гр.

0,3 0,4 2,38 0,23

Превосходство биотипа с блоком ОП-В1 а

Из таблицы видно, что абсолютная величина различий биотипов по исследованным признакам не велика. Урожайность с десятиметровых делянок в 1988 году у обоих биотипов находилась на одном уровне и составила у биотипа с блоком ОП-В1'1 а 28,0 ц/га и у биотипа с блоком ОП-В1<1 Ь — 28,8 ц/га. В 1989 году урожайность биотипа с блоком СП-В1с1 Ь, оцененная на десятиметровых делянках в конкурсном сортоиспытании, составила 36,9 ц/га, что

находилось на уровне урожайности исходного сорта Харьковская 7 — 37,4 ц/га. Таким образом, можно утверждать, что показатели исследованных количественных признаков биотипов равнозначны. По урожайности и ряду селекционно-значимых признаков нет существенного и устойчивого превосходства одного биотипа над другим.

' В отличие от признаков, характеризующих урожайность, два биотипа ясно различаются по уровню значений показателен, характеризующих физические свойства теста и определяющих так называемую «силу теста», с которой, как правило, связывают технологические качества сорта. Биотип с блоком ОН-В1с1 Ы имеет лучшие технологические показатели: у него примерно на 20% выше показатель БОБ — седиментации при одном и том же уровне белка, лучше качество клейковины, несколько выше устойчивость теста, которое меньше разжижается при замесе, значительно выше суммарная оценка по показателю валорнметра (таб. 6). В то же время такие свойства, как цвет готовых макарон, показатель их разварпмости и потери сухого вещества при варке, а также стекло-видность зерна и содержание в нем белка, равноценны у обоих биотипов.

Таким образом было блок ОН-В1 Ы можно использовать при селекции яровой твердой пшеницы в качестве маркера высоких физических свойств теста, не опасаясь при этом снижения урожайности. Созданные в ходе работы линии в настоящее время используются в работе лаборатории селекции яровой пшеницы УкрНИИРСиГ им. Юрьева.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1) Выявлен и описан полиморфизм яровой твердой пшеницы по электрофоретпческим спектрам спирторастворнмого запасного белка зерна — глиадина. На основании анализа зерен р2 17 межсортовых гибридных комбинаций было показано, что компоненты глиадина у этого вида, как и у мягкой пшеницы, наследуются сцецлен-■нымн группами — блоками.

2) Выявлен множественный аллелизм по каждому из четырех глиадин-кодирующнх локусов твердой пшеницы. Составлен каталог идентифицированных блоков компонентов глиадина, включающий 8 блоков, кодируемых хромосомой 1А, 4 —

Таблица 6

Технологические показатели биотипов сорта Харьковская 7

Год 1987

Биотип 1 2

№ образца 1 2 3 среднее 1 2 3 среднее

Седиментация 39 47 50 45 57 51 50 53

Белок % 16,0 15,6 15,9 15,8 16,5 16,1 15.9 16,1

ИДК-1, е. п. 95 95 100 97 80 75 90 82

Время образования теста

мин. 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5

Время устойчивости теста

мин. 0,5 0,5 0,0 0,3 0,5 1,0 0,5 0,7

Разжижение теста,

е. ф. 98 100 90 93 60 70 60 63

Валориметрнческая оценка

% 45 43 42 43 50 52 50 51

Год 1988

Пиотпп 1 2

№ образца 1 2 3 среднее 1 2 1 3 1сред-| нее

Седиментация 40 36 30 35 49 40 39 43

Белок % 16,4 16,8 16,6 10,6 16,6 16,2 16,8 16,5

ИДК-1, е. п. 120 120 120 120 90 80 110 93

Время образования теста

мин. 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Время устойчивости теста

мин. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 0,0 0,5 0,3

Разжижение теста,

е. ф. 190 200 200 196 140 130 170. 146

Валориметрнческая оценка

% 29 28 28 28 37 35 33 35

хромосомой 1В, 17 — хромосомой 6Л и 9 блоков — хромосомой 6В. Определены примерные частоты распространения различных ал-лельных парпантов блоков в коллекции сортов яровой твердой пшеницы.

3) Обнаружены н описаны семейства блоков компонентов глиа-днна. Блоки, составляющие семейство, различаются по присутствию и/или электрофоретпческой подвижности 1—2 компонентов блока и, очевидно, происходят от одного блока — предшественника в результате спонтанных мутационных изменений г. отдельных генах глиадпи-коднрующего локуса. Предполагается, что блоки предшественники семейств сформировались уже у диплоидных доноров отдельных геномов полиплоидных пшениц.

4) Наличие нескольких хорошо выраженных дискретных семейств блоков, кодируемых хромосомой 6А у яровой твердой пшеницы, позволяет впервые высказать предположение о полпфилети-ческом (в результате нескольких актов аллополинлондпзацип) происхождении генома А этого вида от нескольких диплоидных доноров или биотипов одного полиморфного диплоидного донора.

5) Сравнение блоков компонентов глнадина, кодируемых гомологичными хромосомами у твердой н мягкой пшеницы, показало, что в формировании А геномов этих полиплоидных видов участвовали несколько разные (но в целом сходные) наборы диплоидных допоров. Наборы диплоидных доноров В генома этих культур различались более существенно и, видимо, почти не перекрывались.

С) Анализ элитного материала 13 районированных в Советском Союзе сортов показал, что 7 из них гетерогенны. Сравнение количественных и качественных хозяйственных характеристик биотипов сорта Харьковская 7, различающихся по аллельному состоянию глнадип-кодирующего локуса хромосомы 1В, показало, что биотип с блоком ОН-В1<3 Ы значительно превосходит по качеству клейковины биотип с блоком ОП-В^ а, не уступая ему по урожайности. Следовательно, блок компонентов СН-В^ Ь. может быть использован в качестве маркера высокого качества клейковины яровой твердой пшеницы. Использование этого маркера позволило выделить селекционные линии сорта Харьковской 7, которые в 1989 г. успешно прошли конкурсное сортоиспытание н в перспективе могут стать сортом.