Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНОФОНДА СТАРОМЕСТНЫХ ОБРАЗЦОВ ОВСА ПОСЕВНОГО (AVENA SATIVA L.) ПО ПОЛИМОРФИЗМУ АВЕНИНА

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНОФОНДА СТАРОМЕСТНЫХ ОБРАЗЦОВ ОВСА ПОСЕВНОГО (AVENA SATIVA L.) ПО ПОЛИМОРФИЗМУ АВЕНИНА"



-16140

На правах рукописи

ЗЕЛЕНСКАЯ ЯРОСЛАВНА ГРИГОРЬЕВНА

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНОФОНДА СТАРОМЕСТНЫХ ОБРАЗЦОВ ОВСА ПОСЕВНОГО (А VENA SA TIVA L.) ПО ПОЛИМОРФИЗМУ

АВЕНИНА

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Краснодар 2006

Работа выполнена в отделах биохимии и молекулярной биологии и генетических ресурсов овса, ржи и ячменя ГНУ ГНЦ РФ Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. H.H. Вавилова в 2000-2003 гг.

Защита диссертации состоится 23 мая 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 006.026.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте риса по адресу: 350921, г. Краснодар, п/о Белозерное.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института риса.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Конарев Алексей Васильевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Скаженник Михаил Александрович, кандидат сельскохозяйственных наук Кузнецова Тамара Евгеньевна

Ведущая организация: Кубанский Государственный

аграрный университет

Автореферат разослан « » 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Ю.К. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дктуалы^стъ темы. В настоящее время мировые генетические ресурсы растений являются основным источником исходного материала для улучшения. различных сельскохозяйственных культур, выведения новых сортов. Поэтому сохраняемое в генных банках генетическое разнообразие растений должно быть , тщательно и всесторонне изучено. Важнейшей задачей генных банков является контроль за генетической целостностью коллекционных образцов, так как в. ходе воспроизведения и хранения материала, кроме огромных материальных затрат, существует риск потери части его генетического разнообразия (Конарев А. 1998; Vvedenskaya et al., 1993; Hodgkin, 1997). Серьезной проблемой , является поиск и идентификация в коллекциях дублетов и, так называемых, "генетически очень близких образцов"- (Kresovich et al., 1997; Кагр, Edwards, 1997; Конарев А., 1998). .Важной проблемой в работе с генетическими „ коллекциями является их оптимизация,, под которой обычно понимают комплекс мероприятий, включающий всестороннее изучение образцов коллекции, их паспортизацию и идентификацию, познание генетической структуры коллекции (выяснение внутривидовых и межвидовых связей).

В решении, этих задач молекулярные маркерные технологии оказались весьма эффективными. Об этом свидетельствует мировой опыт использования белковых и ДНК-маркеров для познания генетического разнообразия растений (Конарев В., 1979, 1983; Hodgkin, 1997; Kresovich et al., 1997). В ВИРе для этих целей, наряду с ДНК-маркерами, в основном, используются белковые маркеры (Конарев В., 1983, 2001; Конарев А. и др, 2000). Возможность использования электрофоретических спектров запасного белка зерна овса — авеннна — в сортовой идентификации была показана в целом ряде работ (Конарев В., 1983;,: Гаврилкж и др., 1973,1984; Салмина и др., 1979; Созиков, 1985; Губарева и др., 1987; Портянко и др., 1986, 1987; Юмагузина и др., 1984, 1987; Kim et al., 1978,

1979; Cooke et al., 1984,1986).

ЦНБ МСХЛ фона м»уч*ой литературы

В качестве объекта исследования нами был взят генофонд староместных сортов овса посевного Avena sativa L. из коллекции Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И.Вавилова (ВИР), которые в литературе называют сортами народной селекции, местными, старыми или стародавними,'местными популяциями или ландрасами. Их изучение имеет особое значение, так как в ходе длительного отбора среди местного ассортимента вырабатывались" наиболее приспособленные экологические типы (Вавилов, 1935).

Староместные сорта, в отличие от современных, обладают более высоким популяционным полиморфизмом, представляют собой сложные популяции, которые являются ценным источником генетического разнообразия для нужд селекции. Задачей генных банков растений является не только сбор, регистрация и изучение ' таких сортов, но и сохранение их генетического разнообразия, всего богатства генетической изменчивости этих уникальных образцов (Конарев В., 1991; Kleijer et al., 1990; Williams, 1990). -Г

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение полиморфизма староместных образцов овса посевного с использованием запасных белков - авенинов, оценка биоггипного состава образцов, поддерживаемых путем репродукции, характеристика пленчатых и голозерных' форм для совершенствования э колого-географии еской классификации.

В задачи исследования входило:

изучить внутривидовой7 полиморфизм коллекции образцов староместных сортов овса посевного по запасным белкам — авенннам;

- осуществить идентификацию образцов, составить каталог белковых формул и электронную версию базы данных, как элемент паспортной характеристики;

- оценить с использованием спектров авенина состояние коллекции овса на предмет наличия дублетных и генетически близких образцов;

- дать оиемку по спектрам авенина стабильности генетической структуры (генетической целостности) образцов овса в процессе хранения и репродукции; *

- выявить закономерности изменчивости биотипного состава образцов овса, проявляющуюся при многократных пересевах;

- показать современное состояние ■ коллекции овса (соответствие биотипного состава репродукций последних лет биотипному составу образцов-оригиналов); ■ " "

- охарактеризовать с использованием*' данных по 'белковому полиморфизму и методов многомерной статистики генетическое разнообразие коллекции староместных образцов овса посевного, собранное и поддерживаемое в живом виде, выявить степень и характер генетической дифференциации. по спектрам авенина, сравнить полученные данные с существующими внутривидовой и эколого-географической классификациями овса посевного. *

Научная ррррзна. Впервые детально по спектрам авенина изучено 115 староместных образцов овса посевного ВИР, осуществлена их регистрация. Выявлены образцы с идентичными н близкими по* составу электрофоретическим и спектрами авенина, что указывает на их вероятное дублетное родство или генетическую близость. По спектрам; авенина исследован полиморфизм староместных.-образцов овса посевного Г и дана характеристика их генетического разнообразия. Выявлено, что при репродукции образцов коллекции в ряде случаев изменяется биотипный состав (соотношение и состав биотипов, идентифицируемых по спектрам авенина). С использованием полиморфизма по спектрам авенина изучена дифференциация генофонда староместных сортов овса посевного и на основании этих данных произведена их группировка, которая/в целом соответствует существующей эколого-географической классификации.'

Практическая ценность работы* Составлен каталог белковых'формул и электронная версия базы данных, которые в дальнейшем могут быть включены

в паспортную характеристику по овсу. Продемонстрирована эффективность использования полиморфизма авенинов для оценки состояния и оптимизации коллекции овса, а именно: получены данные об изменении генетической целостности генофонда староместных образцов овса в ходе многочисленных репродукций; экспериментальные данные свидетельствуют о необходимости контроля за биотнпным составом образцов коллекции овса в процессе репродукции и хранения; подтверждена эффективность применения разных методов многомерной статистики для обработки данных по полиморфизму авенина и их интерпретации.

Дрробацщ pafrrp.1. Основные результаты исследований были доложены и представлены на научно-технических совещаниях отдела биохимии и молекулярной биологии ВИР. (2001-2003гг.), на конференции аспирантов и молодых ученых (ВИР, 2002, 2003гг.), на Ученом- Совете ВИР (2003г.), на II! Международной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва; 2004г.), на Международной научно-практической конференции «Селекция, семеноводство и возделывание полтевых культур» (Ростов-на-Дону, 2004г.).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано четыре печатные работы.

¡Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 168 страницах текста в компьютерном исполнении. Состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Результаты исследований представлены в 6 таблицах, 12 рисунках н приложениях. Список литературы включает 12S источников, в том числе 55 зарубежных авторов. ■■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В обзоре литературы приведены общие сведения о коллекции староместных образцов овса посевного Avena sativa L., являющихся объектом исследования в данной работе. Дана биохимическая и генетическая

характеристика запасного спирторастворимого белка зерновки овса — авенина. Обоснована перспективность использования ■ молекулярных маркеров для исследования генетических ресурсов растений. Л -с-

Объест и методы исследования, постановка эксперимента.

Объектом исследования послужили семена местных и староместных образцов коллекции овса посевного Avena sativa L. Материал был получен из отдела генетических ресурсов овса, ржи и ячменя ВИР, Кубанской опытной станции (ОС) ВИР, филиала ВИР «Кубанский генетический банк.семян». Б' работу включили семена 31 сохранившихся образцов-оригиналов, собранных в' 1921-1950 годах, а так же 171 ■ образец репродукции 1963-2002- годов, принадлежащих к различным эколого-географическим группам.

Каждый образец < характеризовали по . проламнновым спектрам путем позеркового анализа. Размер случайной выборки составил 50 зерновок на один • образец. .Обстоятельством, лимитирующим число изученных»семян каждого: образца, явилось ограниченное их количество в образце-оригинале.

Электрофорез проламииов проводили в 7,5% полиакриламидном геле в 0,013М уксуснокислом буфере (pH 3,1) по методике, принятой в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВИР (Конарев В.* И др., 2000).

Идентификацию компонентов и запись белковых формул проводили по унифицированному эталонному спектру, принятому для злаков триб: Tríticeae Dum., Aveneae Dum., Phleeae Dum. и Poeae R. В г. (Конарев А., Введенская, 1986). Интенсивность компонентов оценивали визуально по 5-ти балльной -шкале. В качестве стандартов использовали спектры глиадина мягкой,пшеницы (сорт Мироновская-808) и авенина овса (сорт Astor).

Построение матрицы исходных данных . проводили, с использованием. компьютерной программы Microsoft Excel-2000. При создании электронной матрицы исходных данных учитывали не только «наличие-отсутствие» ■ компонентов, но и их интенсивность. Обработку результатов проводили двумя независимыми методами многомерной статистики: анализом главных

компонентов (АГК) и кластерным анализом (КА). Статистическую обработку осуществляли в пакетах программ STATISTICA 5,5 и NCSS 2000.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Общая характеристика • суммарного электрофоретн чес кого - спектра проламиновой фракции ' белков семян овса посевного. Суммарный электрофоретический спектр спирторастворимого белка овса посевного — авенина состоит из трех зон: 6-, в-зон (фракций) и зоны быстрых проламинов — БП. Компоненты г-фракции присутствовали в следовых количествах, а компонентов щ-фракции не выявлено. "

Электрофоретический спектр авенина овса имеет следующий вид:

БП 7654321 а 1,12234567 р 1,11ь23|3г3э45. В элекгрофоретических спектрах исследуемых образцов овса обнаружено от 6 до 15 компонентов. Число компонентов в БП-зоне варьировало от 2 до б. В БП-зоне найдено' 20 различных комбинаций компонентов. Наибольшее разнообразие по количеству сочетаний компонентов отмечено в a-зоне. Число комбинаций компонентов в этой зоне достигло 87. В (З-зоне присутствовало от I до 5 компонентов, составивших 70 различных комбинаций спектров. У проанализированных образцов овса выявлено и зарегистрировано 423 типа спектров авенина.

Характеристика спектров авенина образцрв-орнги налов коллекции овса посевного. Анализ образцов-оригиналов нз коллекции овса посевного Avena sativa L. показал, что среди них встречались как мономорфные, так и полиморфные. Староместные оригинальные образцы овса коллекции ВИР обладают значительным разнообразием' эдеетрофоретических спектров авенина: для 31 образца-оригинала идентифицирован 51 основной тип спектра, из которых 37 специфичны для отдельных образцов. Количество типов спектра варьирует в образце от 1 до 14, основных типов — от 1 до 4, минорных — от 1 до

Выявлены оригинальные образцы, которые имеют идентичный основной тип спектра авенина: к-1711-1 (100%, Смоленская область, v. ligulatä) * к-6526-1 (97%, Воронежская область, v. aurea)ш к-213 L-1 (84%, Татария, v. volgensist v. kasanensts) =■ к-2!32-1 (70%, Татария, v, voigensis, v. segetalis). Белковая формула электрофоретического спектра этой группы: БП 753 а 357 ß!i3j. С определенной долей условности они могут быть предварительно отнесены к дублетным образцам. Идентичность образцов по электрофоретическим спектрам авенина может быть обусловлена либо общностью их происхождения, либо отбором среди местного сортимента'' наиболее приспособленных экологических типов к определенным условиям в процессе формирования этих сортов. Различия по разновидностям могут быть'обусловлены неточностями при их ботаническом определении или свидетельствовать об идентичности по спектрам авенина образцов, различающихся по морфологическим признакам колоса и зерновки.

Характеристика спектров авенина репродуцированных образцов-коллекции овса прсевного. Для характеристики современного' состояния коллекции староместных форм овса посевного были отобраны 115 образцов репродукций . последних лет (1989-2002). 21 образец был мономорфен (характеризуется одним типом спектра), 17 — условно мономорфные (встречаемость основного типа спектра 93% и выше). Для остальных образцов обнаружено от 2 до 9 типов спектра авенина. Всего для них выявлено 164 основных типов спектра, из которых специфичными для отдельных образцов являются 146 типов спектра.

Выявление дублетных образцов. Среди образцов овса посевного репродукций последних лет выделено 12 групп образцов, которые имели идентичные или близкие основные типы спектра авенина: две группы мономорфных образцов (Na 1,2), пять — условно мономорфных (№ 3-7) и пять, которые отнесены нами к генетически близким' (Яа 8-12) (Таблица !).* С некоторой долей условности данные образцы'можно считать дублетами.

Образцы, вошедшие в группы 1,8 и 4,7, имеют одинаковые, позиции компонентов электрофоретического спектра авенина, но ^отличаются интенсивностью компонентов.

При анализе образцов-оригиналов овса посевного выделена только одна группа с идентичными спектрами авенина. При анализе образцов овса репродукций последних лет их число составило * 12. Увеличение числа выявленных групп возможных .дублетов объясняется тем, что не у всех образцов сохранились семена оригиналов. Кроме того, наблюдали различия между образцами-оригиналами и репродукциями последних лет по количественному и качественному составу авениновых биотипов. Следует отметить, что группы дублирующихся образцов мы выделяем только по одному признаку — сходным спектрам авенина (Таблица 1), поэтому нельзя говорить об их полной идентичности, так как по другим признакам (например, морфологическим) они могут иметь отличия. Для подтверждения дублетной природы данных образцов необходимы дополнительные исследования. После сравнительного изучения по другим признакам, и в случае подтверждения дублетной природы таких образцов, они могут быть переведены в ранг резервных с более редким циклом репродукции (Конарев А., 1998; Романова и др.,2001). ,

Анализ изменений биотип ного состава образцов овса р9севного. происходящих при пересевах. Было проведено сравнительное изучение 31 оригинального образца овса посевного, хранящихся в коллекции с 20-х годов прошлого столетия и их репродукций 1963-2000 годов, пересевавшихся до 30 раз в течение 80 лет на различных опытных станциях ВИР. Установлено, что в процессе репродукций изменялась частота встречаемости как основных, так и минорных биотипов.

Основные биотипы (частота встречаемости более 10%) присутствовали в большинстве репродукций; их суммарная доля, как правило, превышала 70%. При пересеве образца содержание основных биотипов менялось. Минорные

^ Таблица 1. Обра^цьГовса посевного А\ет гаг/уаЬ с идентичными или близкими спектрами авенина

; № Г ТруппЫ ^ ; ' • № по каталогу ВИР V , •г.О - (частота встречаемости, происхождение/разновидность) Белковал формула, - \,;

. | V 1 " .. ,1 1 - Идентичные мононорфные образцы . "" " ' (частота встречаемости основного биотипа 100%) '- ' ■ •

' » 1 . к-1302 (100%, Московская обл., V. агКШШ)-к-2131 (100%, Татария,у. ка&тшЬ) ';. ' : ■"'" ; ; БП753 а 357' р!|31 ; ,

2 к-2606 (100%, Ульяновская обл., V. кшапепха) = к-2612 (100%, Татария, V. каитети, уГ^ш/й) к-10055 (100%, Удмуртия, у.^ота, V. Н&кШ) БП753 а 3457 Р1|3г ' 1

: ' ■ : Идентичные условно мономорфвде образцы ' ■ - * ' (частота встречаемости основного бйопгоа 93% и выше) : .;

'я,; к-1255 (98%, Саратовская обл, V. агиияа) = к-1269 (100%, Пензенская обл., у. агк(а<а) \ 3' '.} ' • г . * БП 754з1 а 1(67 р1(31 ■ , .

■ А ■ К-1705 (93%, Киевская о§л,у./кгуа) = к-1706 (93%, Херсонская обл., у: БП753 г а 357 01)23, '

■ $ ■ • к-1712 (96%, Франция, V. е%и£»а) «к*1714 (100%, Лит; V. <//|иЛя<а) *' ЕП765431 о 3567 . Р 1|23| *

■6 ; К-1926 (94%, Китай, V. тогцоИса) - к-1927 (95%, Китай, V. ЖпеюЬ) . БП7531 а 1|45 Р 1.2 , ■■

•■-7. > к4494 (96%, Грузия, V, ягишт) » к-4505 (97%, Грузия, у. <икнка) * 1 БП 753 . а 357 РЫЗ,' .

г ' V V ■ '; _ * Генетически близкие образцы . \ " " ' ' (частота »стречаемости основного биотипа 70% и выше) Г; " ' ' •

;8 ; к-1302 (100%,Московская оба.,у, шиш)" к-2131 (100%, Татария,у, V.каятеюИ)«к-7022(97%,Дагсспш, у.репка)~к-2680(90%,Башкирия,у. • «к-6526(89%,Вороне*скаяобл.у.вигеа), " _ БП 753 ' о 357 Р 1.31 ; ;;■

9 к-2471 (100Я Монголия, V. ¡пегти)=к-2472 (88%, Монголия, V. мегти) БП 753 ■ а 46* 01,23,3,

10 * к-8096 (89%, Польша, у. мма) « к-8614 (88%. Тамбовская обл, у. лшйсо): БП7531 а 1,4 (ЯгЗ! :

п ■ > к-2165 (74%, Ульяновская обл., у. у. ШапепзЬ, у. 1тЬк1гогш) ~ к-6752 . (92%, ТаирияГу. \о1&»яй) - к-6793 (814 Тэтарня, у. уо&гик) «¿-9929 (100%, Латвшцу.тигйл) ■ - 4 ^ £ ' -.■ Г ' Л ; БП753Г а 11457 >1)31 ^

12 к-7951 (88%, Омска» обл., у. тиОаг) в к-8267 (78%, США, у, вигеа) "БП7531

авениновые биотипы, составляли в сумме 2-13% на образец. В процессе репродукции они либо исчезали (при этом появлялись новые биотипы), либо менялась частота их встречаемости. \

* ~ • I4

Изучение изменений биотипного состава■;* в ходе многократных репродукций показало следующее. - ■ - ■ -

Для семи образцов (к-1711,- К-2132, к-2195, к-4184, к-4958, к-5537, к-7781) выявлено несоответствие биотипного состава репродуцированного образца таковому образца-оригинала. Репродукция образца к-7781 (1978 г., Московское отделение ВИР) по биотипному составу идентична сорту АбЮг, который в данной работе использовался в качестве стандарта. Для ряда образцов выявлено несоответствие биотипного состава: 1-2 промежуточных репродукций биотипному составу образца-оригинала: . к-3446 (репродукция 1976г. Екатерининской ОС ВИР), к-3479 (репродукция. 1977г. Устимовской ОС ВИР), х-4718 (репродукция 1978г. Московского отделения ВИР), к-4957 (репродукция 1978г. Устимовской ОС ВИР и репродукция 1992г. Екатерининской ОС ВИР), к-8077 (репродукция 1976г.; Украина). Вероятно, отличия в бнотипном составе можно объяснить тем, что в процессе пересева произошло механическое или биологическое засорение, либо'(образцы были перепутаны. В дальнейшей-работе эти образцы не участвовали. Для пересевов брали другие образцы (иного года или места репродукции),- которые в наибольшей степени соответствовали образцам-оригиналам. И, ; поэтому, последующие репродукции имели биотипный состав, сходный с таковым образца-оригинала.; ; " Некоторые моиоморфные образцы после пересевов стали полиморфными (к-2864, к-3446, к-4718, к-8256, к-10475), при этом Появились новые биотипы, отсутствовавшие у соответствующих оригинальных образцов, что привело к значительному снижению частоты встречаемости основного биотипа (на 40.90%). У полиморфных образцов к-3479, к-4957, к-5174, к-8485 и к-9938 так же наблюдалось' . появление иовых^бистипов,! то есть произошло увеличение полиморфизма, при . этом - частота встречаемости основного биотипа

значительно снизилась (на» 10-80%). Исключение составил образец к-3479, у которого частота встречаемости основного биотипа увеличилась на 34%. У образца .к-5174.основной биотип стал минорным, а минорный ■— основным. Образцы , (к-2196, к-6526 и к-9141) из условно мономорфных (с* частотой встречаемости^ основного биотипа 96%) стали полиморфными, так как появились новые минорные биотипы. Образец к-8479 из мономорфного стал условио'мономорфным; В нем обнаружены,два новых минорных биотипа. Поя вле ние биотипов, вероятно,-связано о тем, что в процессе пересевов создавались "'благоприятные условия для перекрестного опыления, 'а следовательно.: и для возникновения гибридных растений; которые при последующих пересевах расщепляясь, дали начало новым биотипам. *

В процессе: пересевов некоторые полиморфные образцы стали моном орфнымн: часть основных и минорных биотипов исчезла, либо частота их встречаемости снизилась настолько, что они не обнаруживались при анализе выборки в 50 семян (к-2131, к-2136, к-2471). У пяти полиморфных образцов (к-1694,- к-2680,^ к-5345, к-8077 и к-2468) часть биотипов исчезла, произошло снижение полиморфизма, - то есть образецстремится к мономорфностн. Исчезновение. биотипов, вероятно, связано , с тем, -что пересев образцов осуществлялся., в ' неблагоприятных почвенно-климатических условиях, отличающихся от тех, где произрастал исходный образец, поэтому некоторые растения, . представляющие отдельные биотипы, ■ погибали. 'Кроме -того, исчезновение биотипов могло произойти из-за конкуренции между растениями;

представленными . разными -биотнпами, которая - усиливалась при пересеве

• - - • • ^

образцов в-- неблагоприятных почвеино-климатических условиях. Не исключено, что пересев коллекционного материала. осуществляли семенами; имеющими —всхожесть ниже 85%. В этом случае, гибель семян, представляющих минорные биотипы, более вероятна.

„ V , .У. образца к-2896 выявлено полное соответствие между образцом-оригиналом и последней репродукцией 1999 года. Однако в промежуточных

репродукциях 1977 и 1992 годов'-обнар ужено по* одному новому: минорному биотипу.. Число биотипов^.(типовч. спектра ■: авенина) оригинальных ■ и репродуцированных образцов к-2472, к-6526 осталось неизменным; но при этом в поздних репродукциях вместо, некоторых минорных биотипов обнаружены новые.-.- - \:,rí ' ■ " ■

-v„ Таким образом, при анализе", изменений биотипного состава популяциониых образцов овса, происходящих при пересевах, выявлено,'.что их состав меняется, вплоть до исчезновения одних биотипов и появления новых, что ведет к изменению структуры генофонда.;

Классификация коллекции староместных образцов овса посевного Avena sativa L, пр спектрам авенина-с использованием -методов многомерной статистики. Для осуществления дифференциации •, генофонда староместных; образцов .овса посевного:- проводили сравнение спектров авенина.'. Ранее сравнение спектров белков проводилось с. использованием визуальной оценки,; которая является несколько.: субъективной * и технически сложной, таю как . предметом сравнения служит, огромный • массив информации (типы v cneiópa, частота их встречаемости, интенсивность компонентов).Поэтому было принято решение исследовать разнообразие электрофоретических спектров авенина овса к оценивать дифференцнацию'-генофонда.овса.посевного по данным¡ анализа полиморфизма - авенина двумя; независимыми ' методами многомерной статистики:, кластерным анализом (КА) и анализом главных компонент (АЛК) (факторный анализ).' :; , - ч

На рисунке представлена дендрофамма кластеризацин основных биотипов овса с учетом' интснсивностн компонентов авенина. Дендрограмма состоит'из пяти кластеров;* которые отделяются друготдруга при расстояний связывания равном 1,3.

4,00

з.оо

2.00 .1, Рлсстошлл «ныпчыя icnacmepod

6526-1327 2680-1922 2132-1921 2131-1921 1711-1923 8485-1936 5537-1927 9938-1950 S34S-1927 82 56-1935 8141-1939

2195-1921 4958-1924 «71S-ÍS26 5174-1927 3479-1923 2696-1922 2664-1922 10475-1947 8479-1920 4184-1924 3446-1923 2472-1920

J 247Í-1920 12468-1920 8077*1950 J- 7781-1929

2196-1921 " 4957-1S24 2136-1921 1694-1924

0,00

Рис. 1. Дендрограмм а кластеризации 31 образца-оригинала овса посевного " Avena sativa L.: 1, 2,3, 4, 5 - кластеры; правый столбец — № Ха по каталогу ■ ВИР и годы репродукции.

Пленчатые образцы овса сформировали три различных кластера — 1, 2 и 5. Кластеры 3 и 4 оказались смешанными и содержали как пленчатые, так и голозерные' образцы. В кластер 1 объединились пленчатые образцы с идентичными спектрами: четыре сорно-полевых (к-2680, к-1711, к-2131, к-2132) и один возделываемый (к-6526) (возможно, дублетные образцы). Кластер 2 составили преимущественно пленчатые возделываемые овсы (к-8485, к-9938, к-5345, к-8256, к-9141, к-2195). Исключение составил сорно-полевой образец к-

V >

5537. В кластер 3 вошли образцы пленчатого овса: четыре возделываемых (к-4718, к-2864, к-5174, к-3479) и один сорно-полевой (к-2896), а так же один голозерный (к-4958). Кластер 4 составили пленчатые (к-344б, к-4184, к-8479) и голозерные- формы (к-2472, к-2471, к-2468). При этом голозерные, овсы сформировали отдельную группу, В кластер 5 объединились образцы

пленчатого овса различного происхождения; четыре возделываемых (к-2196, к-7781, к-4957, к-8077) и два сорио-полевых (к-1694, к-2136).

Анализ главных компонент (АГК) позволил разделить все исследованные образцы (по их основным биотипам) по степени сходства электрофоретических спектров авенина на 10 групп, соответствующих 10 значимым главным компонентам со значениями факторных нагрузок от 0,99 до 0,40 (Таблица 2). Восемь групп, включавших от 3 до б биотипов, были отнесены к основным.

Формы пленчатого овса сформировали в АГК восемь различных трупп: 1, 3,4,6-10 (Таблица 2).

Пять образцов группы 1 со сходными величинами факторной нагрузки относятся к пленчатым овсам, происхождением из России: четыре из них являются сорно-полёвыми (к-2131, к-2132, к-2680 к-1711), а один - к-6526 -возделываемым. По составу образцов группа I соответствует кластеру 1 на дендрограмме. Исключение составил образец к-2195 происхождением из Норвегии, который относится к возделываемым овсам северо-скандинавской группы (имеет величину факторной нагрузки 0,4)/ В группу 1 объединились формы овса, характеризующиеся примитивными ' признаками зерновки (опушен ность, сдвоенность).

Группа 2 объединила три голозерные формы (к-2468, к-2471, к-2472) происхождением из Монголии (вое образцы — А. зсиЬга v. 1пегт(з). Эта группа вошла в кластер 4.

Группа 3 (соответствует кластеру 5) состоит из пяти пленчатых образцов различного происхождения. Причем три образца относятся к возделываемым (к-4957, к-7781, к-8077), а два - к сорно-пслевым овсам (к-1694, к-2136). Она объединила примитивные (сорно-полевые) формы овса и селекционные сорта, полученные отбором из местных.

Представители групп 1 и 3 — пленчатые формы, а группы 2 — голозерные. И те, и другие засоряли посевы полбы и мягкой пшеницы. Что касается группы 2, то она объединила голозерные местные формы из Монголии, собранные в 20-

1б

Таблица 2. Классификация образцов-оригиналов овса посевного Avena sativa L. по результатам анализа основных типов спектров авенина методом главных компонент

Кг по каталогу ВИР-гад сборам Группа по АГК Величина факторной нагрузки PaiHOBim-HOCTb Происхождение Формы овса*

6526-1927 1 ' 0,99 aurea Воронежская * обл. Пленчатая (в)

2680-1922 1 0,99 bashkirorum Башкирия Пленчатая (с-п)

171Ы923 1 0,99 ligulata Смоленская обл. Пленчатая (с-п)

2131-1921 1 0,99 votgensis Татария Пленчатая (с-п)

2132-1921 0,99 segetalis Татария Пленчатая (с-п)

2195-1921 1 0,40 aristata Норвегия Пленчатая (в)

2472-1920 2 0,82 inermis Монголия Голозерная

2464-1920 2 0,81 inermis. chlnensis Монголия Голозерная

2471-1920; 2 0,8! inermis Монголия Голозерная

2136-1921 3 0,80 kasanensis Татария Пленчатая (с-п)

1694-1924 3 0,77 pérsica Иран Пленчатая (с-п)

7781-1929 3 0,64 mutica Польша Пленчатая (в)

4957-1924 3 0,58 aurea, srisea Монголия Пленчатая (а)

8077-1950 3 0.53 mutica Украина Пленчатая (а)

9938-1950 4 0,83 mutica Румыния Пленчатая (в)

5345-1927 4 0,80 mutica Португалия Пленчатая (в)

4718-1926 5 0,78 aurea Украина Пленчатая (в)

4958-1924 5 0,77 chinensis Монголия Голозерная

2896-1922 5 0,51 sef&talis Кировская обл. Пленчатая (с-п)

2864-1922 5 0.34 aurea США Пленчатая (в)

8256-1935 6 0,82 mutica Краснодарский край Пленчатая (в)

9141-1939 6 0,73 mutica Иркутская обл. Пленчатая (а)

2196-1921 6 0,66 áurea Норвегия Пленчатая (в)

3446-1923 7 0,84 cinérea Кировская обл. Пленчатая (в)

4184-1924 7 0,72 montana Армения Пленчатая (с-п)

8479-1932 7 0.54 flava Амурская обл. Пленчатая (в)

5174-1927 8 0,71 cinérea Испания Пленчатая (в)

3479-1923 9 0,83 aurea Украина Пленчатая (в)

5537-1927 10 0,82 aurea Башкирия Пленчатая (с-п)

8485-1936 10 0,66 aurea Польша Пленчатая (в)

10475-, 1947 - ' 10 0.43 aurea Германия Пленчатая (в)

Формы овса* — с-п — сорно-папевые; в - возделываемые.

м году прошлого века экспедицией В. Е. Писарева. Остальные, взятые в исследование голозерные формы, были собраны в разное время другими исследователями. Так, образец голозерного овса к-4958 поступил из Тулунской Государственной селекционной станции. Мы не можем с уверенностью говорить о его происхождении. Таким образом, три изученных образца голозерного овса, о которых достоверно известно, что это местные формы, сформировали соответствующие отдельные группы как на дендрограмме (рис. 1), так и в АГК (Таблица 2, группа 2).

Группа 4 представляет местные и селекционные примитивные формы европейского происхождения (все образцы — A, sativa v. mutica). Группу 4 : сформировали два пленчатых возделываемых образца овса происхождением из Румынии (к-9938) и Португалии (к-5345), вошедшие в кластер 2 на /дендрограмме. . -

Группа 5 оказалась смешанной, так-как в ней объединились два , пленчатых возделываемых (к-2864, к-4718), сорно-полевой (к-2896) и голозерный (к-4958) образцы овса (входят в кластер 3).

Группу б составили пленчатые возделываемые овсы из России (к-8256, к-9141) и Норвегии (к-2196). Образцы этой группы обнаружены одновременно в " двух кластерах - 2 и 5.

В группу 7 объединились пленчатые образцы овса: два возделываемых из России (к-3446, к-8479) и один сорно-полевой из Армении (к-4184). Эти образцы ндеитифипированы в кластере 4 вместе с голозерными овсами.

~ В группы 8 и 9 вошли по одному возделываемому овсу из Испании (к-'5174) и Украины (к-3479), которые объединились в субкластер в кластере 3.

Неоднородной по происхождению оказалась группа 10, которую сформировали три пленчатых образца (все — A. sativa v, aureá): один сорно-полевой овес из Башкирии (к-5537) и два возделываемых — из Польши (к-8485) и Германии (к-10475).

Проведенный анализ распределения биотипов оригинальных образцов овса по группам, определяемым величинами факторных нагрузок, а также по кластерам и суб кластерам подтвердил сложность внутривидовой классификации (внутривидовых связей и отношений) генофонда староместных образцов овса посевного. Однако оказалось сложным связать распределение образцов по кластерам (рис. 1) и группам, выявленным в АГК (Таблица 2) с их принадлежностью к систематическим, экслого-географическнм или иным группам. В тоже время, как было сказано выше, наблюдается достаточно хорошее соответствие результатов дифференциации образцов овса, полученной в АГК и кластерном анализе.

Для »получения . более объективной характеристики структуры генетического разнообразия коллекции овса мы провели также группировку образцов более поздних репродукций. Однако при классификации

• Ч '

репродуцированных образцов возникли проблемы, связанные с возможными изменениями биотипного состава у некоторых образцов в процессе многократных репродукций. Мы считаем, что при построении классификаций, а также в практической работе с коллекциями необходимо использовать репродуцированный материал, воспроизведенный в оптимальных для культуры условиях и наиболее соответствующий оригинальному материалу, либо сам образец-оригинал.

Представленная в работе группировка образцов по спектрам ааеиина была проведена столько по основным биотипам. Аналогичная классификация может быть осуществлена по полиморфизму авеиина с учетом большего числа биотипов,- ..'--.*'

ч; ВЫВОДЫ

1. Коллекция староместных образцов овса посевного обладает значительным полиморфизмом по спектрам авенина. У проанализированных образцов овса выявлено и зарегистрировано 423 типа спектров авенина.

2. Для 32 образцов-оригиналов идентифицировано 54 основных типов спектра, из которых 40 специфичны для отдельных образцов. 10 образцов былн мономорфными, остальные — полиморфные по электрофоретическим спектрам авенина. Выявлена только одна группа оригинальных образцов, которые имеют идентичный основной доминирующий тип спектра авенина (не менее 70%).

3. Элехтрофорети чески й> анализ * показал, что из 115 образцов репродукций последних лет 21 - ^мономорфен, 17 — условно мономорфные. Остальные 77 образцов были полиморфными и содержали от 2 до 9 авениновых биотипа. Среди образцов овса репродукций последних лет обнаружено 12 групп с идентичными или очень близкими спектрами авенина, что указывает на их вероятную дублетную природу или генетическую близость.

4. Выявлено, что в процессе репродукции образцов овса соотношение -биотипов, их отсутствие или наличие, может существенно меняться, что ведет к изменению структуры генофонда^

5. Электрофоретические спектры авенина могут служить инструментом для выявления дублетных форм, для анализа генетической стабильности образцов коллекции овса в ходе их репродукции, а так же как дополнительный признак в изучении дифференциации генофонда овса.

6. Составленный каталог белковых формул и электронная версия базы данных могут быть использованы в дальнейшем как элемент паспортной характеристики исследуемых образцов. Регистрация спектров авенина помогает полнее изучить и сохранить все разнообразие староместных образцов овса Посевного. V . ..

7. На основании проведенного анализа по наличию полиморфизма спектров авенина определено, что исследуемые староместные сорта овса посевного обладают богатым генетическим разнообразием.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Созданный каталог белковых формул и электронную версию базы данных спектров авеиина рекомендуется использовать в дальнейшем как элемент паспортной характеристики староместных образцов овса посевного.

2. Электрофоретические спектры авенина рекомендуется использовать как дополнительный признак для выявления дублетных форм и генетически близких образцов, для анализа их генетической стабильности в ходе репродукции, а также при изучении дифференциации генофонда овса.

3. Во избежание случаев перекрестного опыления при пересевах коллекционных образцов гексаплоидных видов овса посевного рекомендуется не высевать'их в поле большими массивами, а располагать так, чтобы была пространственная изоляция.

■Т' ■

4. Для восстановления типичности образца (сохранения его исходного биотипного состава), возможно, полезно было бы организовывать пересевы в течение нескольких лет в той самой или близкой по параметрам эколого-географической зоне, где первоначально он был собран.

г

5. Во избежание травмирования и образования микротрещин семян при уборке и обмолоте комбайном коллекционных образцов и, вследствие этого, исчезновения некоторых биотипов, рекомендуется ручная уборка образцов.

6. При построении классификаций, а также в практической работе с коллекцией, рекомендуется использовать репродуцированный материал, наиболее соответствующий оригинальному, либо сам образец-оригинал.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ

1. Зеленская ЯХ. Характеристика образцов коллекции овса (Avena sativa L.) по белковым маркерам / Я.Г. Зеленская // Научно-информационный бюллетень ВНИИР им, Н.И. Вавилова. - СПб., 2003. - с. 70-73.

2. Зеленская Я.Г. Анализ генофонда староместных форм овса посевного (Avena sativa L.) из коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова / Я.Г. Зеленская Н Тезисы

докладов Ш Международной конференции «Биотехнология в

. растениеводстве, животноводстве и ветеринарии».— М„ 2004. -с. 48-51,

3. Зеленская Я.Г., Конарев A.B., Лоскутов ИТ., Губарева Н.К., Стрельченко П.П. Характеристика староместных форм овса посевного (Avena saliva L.) из

. коллекций ВИР по полиморфизму авенина / Я.Г, Зеленская, A.B. Конарев, И J\ Лоскутов, Н.К, Губарева, П.П. Стрельченко // Аграрная Россия. — № 6, СПБ, 2004.-с. 50-58.

4. Зеленская Я.Г., Конарев A.B., Лоскутов И.Г., Губарева Н.К., Стрельченко

. ПЛ. Характеристика генофонда староместных форм овса посевного (Avena

, saliva L.) по полиморфизму авенина / Я.Г, Зеленская, A.B. Конарев, И.Г. Лоскутов, Н.К. Губарева, П.П. Стрельченко // Доклады международной научно-практической конференции «Селекция, семеноводство и -возделывание полевых культур». - Ростов-на-Дону, 2004. — с, 53-59.

Подписано в печать 6.04.2006 г. Форм.гг бумаги Печатных листов 1.25. Тираж 100. Заказ Í76.

Полиграфическое предпрнтк «Спорит», 352900. Россия, Красжщарсккй край. г. Армавир, ул. Халтурина, 144, тел.; (86131) 7-45-90, тел./факс: (86137)4-67-00, В (918) 326-90-26, 8(928)421-88-60. E-nMÍbcWttfc@raniblcr.m