Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Использование гордеинкодирующих локусов как генетических маркеров в селекции и семеноводстве ячменя на Памире

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Использование гордеинкодирующих локусов как генетических маркеров в селекции и семеноводстве ячменя на Памире"

таджикский государственный нацио!тальный ¡мо университет

На правах рукописи УДК 575.11: Г4.015

Вахроиоа Ачимшо Яэдонотм

пспольютш шн гордкипкод! 1РУЮ1 днх локусов

как генетических маркеров вселекции н семеноводстве'ячменя на памире (03.00.15 -генетика)

автореферат . диссертации на соискание ученеж степени кандидата биологически паук

ДУШАНБЕ -1991

гкто-кека 2 ^з'о^атср^лг гек~?;;н;; рагтьккй 11нсгиту-га сб.»й гейстгл. :!«. Е К. Вавилова Гсгг;тг.ской акгдв'ги: наук в. з лз5оразорял гене-пгкя к селекции растений Наурского Скелет- ■ чесг-ого института АН РеспуЗлглИ Таджикистан

Каучккй руководитель: кандидат 5ислзг;г*;£скп:с ¡¡а/к.

А. А- ЯОИОРЦЕВ

С^идизл^ньга сппскеь'ть*: дсктор СпиЛзггческпх каук,

ярс&ссор В. А. ГОЬОД£МОВ

кандидат бискз/;£, дсцент ц. II. КСЗЛИЛСЯ

Ведущая организация: Кнгтктут $изиолопп: рает^кий :-г генетики АН РеспуСл::^: Таджикистан ..

зз^гга диссертации состоятся _ 1937 г.

в (& час на взеедакга? Диссертационного совета Л Обе. 01. Со : по гадгге диссертации ка соискание- ученой степени доктора биологических ;:зук .три Таджикском гссударстЕеккои. национальном университете (754025, г. Душанбе, ар. Рудаки, 17)

с диссертацией ¡¿эж> ознакомиться б библиотеке укк^сптс-та Автореферат разослан 1597 г.

п. Уче-ого егкр^-тгря дсктср г: ^зтк,

ОБЩА!! ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ • Актуальность проблемы. Для развития высокогорного земледелия на Памире из зерновых и зернобобовых культур ячмень является наиболее перспективным. Эгр обусловлено тем. что такие биологические особенности, как короткий вегетационный период, невысокая требовательность к теплу, позволяют возделывать ячмень на зерно до высоты 3450 м надуем. В структуре посевов Горного Бадахшана ячмень занимает второе после пшеницы место и высевается на площади 3,5 тыс. га (Нигматуллин, 1567). Важное значение ячменя определяет и задачи селекции по созданию высокоурожайных сортов устойчивых к неблагоприятным факторам среды и заболеваниям, р высоким качеством зерна. Объективные трудности селекционного процесса на Памире определяются сложным генетическим контролем большинства хозяйственно полезных признаков растений, их значительной модификационной изменчивостью в зависимости от условий выращивания. усложняющими' подбор пар для гибридизации и отбор нужных генотипов в гибридных популяциях, а также гертикалъ-ной зональностью климата в условиях высокогорья.

Одним из путей повышения эффективности селекционного процесса является использование метода молекулярно-генети-ческнх маркеров, разрабатывает® на основе метода сигиалей, предложенном А.С. Серебровским (1970). Современные метода Фракционирования белков в гелевых носителях (электрофорез), позволили значительно расширить количество маркеров, % ш числу относятся гены (локусы). контролирующие яояиморфнш белковые системы - ферменты, запасные белщ.

Наиболее изученной из полиморфных систем у ячменя .являются спирторастворимые белки эндосперма - гордеины. Установлено, что гордеины контролируются семью сцепленными локусами Нга А - Нгй С. расположенными в коротком плече хромосомы 5 (Созинов. 1935). В результате анализа сортов из мировой'коллекции выявлен широкий полиморфизм по локусам Нга А,' Нгб В и Нгй Р - 49. 84 и 5 аллелей, соответственно (Поморцев, Нецветаев. Созиноз. 1985, Поморцев и др., 1994). Это позволяет использовать гордеины для идентификации сортов. Обнаружено сцепление локусов Нг<3 А и НгсЗ В с геном устойчивости к мучнистой росе М1а (Нецветаев. 1980), юс связь с продуктов-

- г -

ностью ячменя {Нецветаев, Созинов, 1982). Показана, зависимость распределение аллелей локусов НгсЗ у сортов ячменя на территории бывшего СССР от годового количества осадков, средней температуры июля, суммы эффективных температур и континентальности климата (Поморцев и др.. .1994), ,

Однако, к настоящему времени остается практически не исследованными по запасным белкам памирские высокогорные ячмени. Не изучена юс генетическая структура и влияние на нее различных высот выращивания. . Слабо исследован вопрос о процессах естественного отбора в гетерогенных популяциях, выращиваемых в различающихся агро-климатических условиях. Отсутствуют данные о возмовности использования гордеинкодирую-щих локусов в качестве маркеров хозяйственно полезных признаков в условиях Памира.

Цели и задачи работы. Основной целью настоящей работы являлось изучение лолиморфязма и генетической структуры па-мирских ячменей ш гордеинкодирувщиы локусам, а такие влияние естественного отбора на популяции, высеваемые в различных условиях. . .

Были поставлены и решены следующие задачи: :

1}:собран и-.'создан растительный материал, включающий гопуляции сорта Дзау КабутакСДК) сразличных высот выращивания, гибриды РгЧ1!о. от скрещивания сортов Московский 121 х Дкау КаОутак №121хДК). а таксе гибриды Г2 от скрещивания Лкау Сафедак х Носовский Э (дс х Н9);

2) изучено наследование и генетический контроль новых вариантов гордеинов. обнаруженных у памирских ячменей:

3) исследован полиморфизм по гордеинкодирующм локусам в популяциях ДК и динамика структуры популяций по этим локусам на различных высотах выращивания:

4) изучены процессы естественного отбора по ряду маркерных локусов в гибридных популяциях Ег-?ю. выращивавшихся параллельно на Памире и в Москве.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в том. что в результате гибридологического анализа идентифицированы новые аллели гордеинкодирующих локусов НпЗ А4Г и Нгй В81, впе|вые обнаруженные на Памире. Показана гетерогенность сорта ЛК по локусам-Нгй А и Нг<1 В и различия генети-

ческой структуры его популяций, выращивавшихся длительное, время на различных высотах над упм. Установлено, что при переносе популяций этого сорта с одной высоты вырапдавания на другую происходит быстрое изменение его генетической структуры по Нга локусам. Обнаружены существенные различия по продуктивности между биотипами сор-^а Ж выделенными по компо-. нентному составу гордеинов. что мояет быть использовано в селекпии. Показано более интенсивное действие естественного отбора в гетерогенных гомозиготных'популяциях по сравнению с гетерозиготными.

Апробация работа. Результата исследований были доложены на международной конференции по мзлекулярно-генетическим маркерам (г. Ялта. 1996).

Публикации материалов исследоваш!й. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях, список которых приводится в конце автореферата:

Структура и объеи работы. Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глаз, заключения, выводов, списка -использованной литературы, включающего 207 источников (в тоь числе 104 иностранных), иллюстрирована 17 таблицами и 11 рисунками.

МАТЕРИАЛ И ПЕТОДУ Растителышй гатерпал. . ' ,

Материалом для исследований явились нияеследующие сорта и гибридные комбинации мезду некоторыми из них.

Джау КабутакШ)~наиболее распространенный на Памире местг ный сорт Горного Бадахшана. возделываемый на высоте до 3300 - 3400 над уровнем норя и выше (Нитаатулин, , 1967). Для изу-■ чения структуры популяц!5й этого сорта по гордеинкодирующим локусам анализировал:! выборки семян. собранных на посевах Ванча.. Хорога и Ижашша. ' • •

Лтлу Сафедак (ДС)- местный сорт Горного Бадахшана. Сорт кестирядннй. голозерный.

Носовский 9*Д)-сорт ярового ячменя, илеэдия наиболее распространенные у этой культуры аллели Нгс! Л2 В8 Г2.

Московский121(|М12/)-получен от скрещивания Майя х Екнер ' в ЕНИИСХ Центральных районов нечерноземной зоны. Районирован в 26 областях и краях бывшего СССР. Разновидность гн^апз. По'

гордеинкодирующим локусам имеет самый распространенный у яровых ячменей генотип, описываемый формулой Hrd А2 В8 F2.

Гибридная популяция от скрещивания сортов М121ХДК. Для изучения процессов естественного отбора, в 1935 г. были проведены скрещивания между линией сорта М121 и линией сорта ДК. Зерна fr бага получены а теплице. Затем зерна ?г были разделены на 2 равные части (по 150 зерен) одну из которых в течение 10 поколений пересевали на поле Научно исследовательского института сельского хозяйства Нечерноземной зоны (Неичиновка, Московская область), а вторую (в течение 9 поколений) - на опытном поле Ишкашимского опорного пункта Па-мирского биологического института. Родительские сорта различаются по признакам цвурядность/шестирядность колоса, плен-чатость/голозернос1•, а также по аллолям локусов Hrd А и Hrd В. В каадэй точке выращивания и в каждом поколении (начиная с растений f2) популяции по 108 - 322 растения анализировали по маркерным признакам, а также учитькали коэффициент размножения каждого растения. Средний образец семян для пересева в каждом последующа« поколении Формировали с учетом коэффициентов размножения растений - от каждого растешь брали по 10% семян. В каждом поколении, начиная с F3;. высевали не менее 500 зерен. Растения^ для анализа состава популяций отбирали случайным образом.<

Методы исследований.

, Электрофорез гордешюв в крахмальном геле.

Электрофорез гордеинов проводили в 12-Ш-нсм крахмальном геле в присутствии ЗМ мочеЕины в алюминийлактатном буфере (pH 3.1): По прописи A.A. Созинова и Ф.А. Поперели (1978) с некоторыми модификациями (Поморцев и др.. 1985). Белки экстрагировали из эндосперма 702-ным этанолом в течение ночи при комнатной температуре. Электрофорез проводили при напряжении 380v при силе тока 2ка на трубку. Гели фиксировали в 5SS-H0M растворе ТХУ в течение 15 мин., окрашивали 10 um. в 235-ном растворе водорастворимого нигрозина к отмывали в проточной воде.

Статистические метода анализа. Для оценки соответствия полу-пемых расщеплений' по маркерным локусам в F2 тесретичес-

км оздаемым. а такле для оценки однородности популяций по локусам Hrd А и Hrd В использовали метод хи-квадрат (X2). Реальные расчета проводили в лаборатории популяционной генетики Института общей генетики РАН на^ПЭВМ в программе SYS-ТАТ. Величину рекомбинации «езду локусами Hrd А и Hrd В рассчитывали методом максимального правдоподобия на ПЭВМ в программе GEH. созданной А. Королем и И. Прейгиим в Институте экологической генетики Молдавской АН. Генетические расстояния мекду популяциями оценивали на основе частот аллелей маркерных локусов по метолу, предложенному М. Nel (1372). Существенность различий по коэффициентам размножения мезду растениями, несущими различные генотипы по маркерным локусам, а такне различий по продуктивности между биотипами сорта дк оценивали методом дисперсионного анализа на ПЭВМ в программе SYSTAT.

Наследование и генетический контроль компонентного

состава гордеинов ячменя

При анализе компонентного состава гордеинов у памирских сортов ДС и ДК были обнаружены новые варианты белков, контролируемые локусами Hrd А и Hrd В (Поморцев и др.. 1994). Мы изучали наследование и гене,пгт"ский контроль новых вариантов гордеинов в сорте ДС. предварительно обозначенных как HRD А41 и HRD В81. Для этого анализировали 139 ?2' растений от скрещивания биотипа с формулой гордеина Hrd А41 В81 F2 (41.81.2) с сортом Н9 (2.8.2). В общем, при анализе 1'39 растений Fg было обнаружено 9 фенотапическик классов разшчап-щихся по-' спектрам гордеинов А и "в" (табл. 1. Рис. 1) .

15з рисунка 1 видно, что в Fo по компонентам гордеина А обнаружено только три класса. Два из нн:с идентичны родительским. а один объединяет "компоненты обоих родителей (гетеро-зигота). Аналогичная картина наблюдается и .по компонентам гордеина В. Это подтверждает данные, полученные ранее другими исследователями, что компоненты наследуются группа;® (блока?«;)- Из рисунка таете вито, что различные варианты Hrd А встречается в различна сочетаниях с вариантами Hrd В. Это свидетельствует о кеаллельностн локусов . На основании данных таблицы 1 легко рассчитать, что отношения фекоткпи-ческих классов по гордеинам А и В соответствует теоретически

огзшемш 1:2:1 (табл. 2)

Обнаруженные в рг феноткпические классы значительно раз-

Таблица 1

Численнс-оти фенотипических классов по локусам ?;лЗ А и Нг<1 Е в Рг от скрещвания сортов Дкау Сафедак и Носовский 9

Фенотишческие классы по локусам Кг<1 А и Нгс1 В

41.81 41.8+81 41.8 2+41.81 2+41.8+81 2+41. 8 2.81. 2.8+31 г.ь

а б В г Д е К 3*

35 10 1 2 46 . э 2 10 24

Примечание: знак "+" обозначает одновременное присутствие на слектрофореграше гордеинов А и (или). В обоих родителей-(гс-герозкготу);

*- Фенотипкческке классы в соответствии с рис. 1.

; / Таблица 2

Рг.сщепленке по варианта!.? гордеинов А и В в Гг от скре-цивадия .Дкау "Сафедак х Носовский 9.

Классы по А числен- X* Р Ипассы по В числен- Xе - Р

гордеин&ч кость > гордеш&м ность >

41 46 81 39

2+41 5? 5, Э4 0. 05 8+81 66 0.712 0.50

2 36 8 34

личаются по численьзсти {табл.11. Ожидаемое расщепление одновременно по Кгй А и НгС В локусам ;три их независимом наследовании должно было бы соответствовать отношению 1 ; 2 : 1. Однако реальное расщепление существенно отличается от опщаемого (Хг=129.55. аг=8. Р<0,01). Отсюда следует, что докусы. контролируйте гордеины А и В наследуются сцепленно. Расчет величины рекомбинации мелду локусамн Нгй А н Нгй В подтверждает этот вывод (г= 14.21±2.29%).

Таким образом, в результате гибридологического анализа

.ентифицнрованы новые аллели Hrd А41.И Hrd BEI. ie на Памире у сорта ДС.

обнаружен-

ие А41

г».

Hrd Б31

МШШ

tK'j'd .«лив

î

еж!' ■

1 1 11

1=4..

w r'^ 1

1

' - j

_ <=»4,

. ; ' S

PS?

»•'ifcf

i -

î . !!&:,

■Hrd B8

a б в г д аз- з; Рис. 1. Некоторые типы злектрофореграмм гордеина, обнаженные в Fz от скрещивания Даау Сафедак х Носовский 9: а-rd А41 Б81: б- Hrd А41 Б8: в- Hrd А2нЦ B8l; г- Hrd А2+41 8+81; д- Hrd А2+41 Б8; е- НгЛ А2 В83; s- Hrd А2 В8+81; з-rd А2 В8. '

ПОЛИМОРФИЗМ К СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ КУЛЬТУРНОГО 5I4IÏEÏL"! .

ПО ГОРДОШШИРУЩИМ ЛОКУСАМ НА ЗАПАДНО!! ПАШ1РЕ В результате анализа гордеинов трех популяций сорта ДК з Ванча '{1800 м над ур. М). Хорога (2200) я Ишкашима (2600). ало обнаружено всего 22 биотипа, ' различающихся- по аллелям вкусов Hrd А и Hrd В (табл. 3. рис. Z). В популяции из Вана присутствует 8 биотипов, среди которых 2 (Hrd А19 В69 и rd А19 В57) занимает доминирующее положение и их суммарная астота составляет более О, S0. Максимальное число биотипов -3, обнаруаено в хорогской популяции из которых 5 (19.55. 9.57, 19.81, 3S.74 и 41.75) встречаются с наибольшей часто-•ой, в сумме превышающей 0.89. В икашимской популяции обнажено 14 биотипов. Суммарная частота 5 из них (41.75. 9.81. 36.В74. 18.69, 19.55} составляет более 0.84. При этой ¡яотип, доминирующ^ в ванчской популяции (19.69). з двух фугих Популяциях встречается значительно pesa. А наоборот»

НгсЗ А

< \

5 в

щ ем Г-? ш

. , -. г 1-

19 41 36 38 42_ 14 18

• < г

нм В

•л ♦ **

ь| и—1 Йрш

ь -г • || тт ■•- Я*?

} ** 1 **** ||

й-!

¡.I

^ г- н

' 52 55 69 54 74 75 56 ; 31 57 iЗ 21

Рис.'ё. Аллельные варианты гордеиноз А и Б, контролируемые локусами Нгб А .и Нгс1 В, обнаругенные в изученных популяциях сорта Дезу Кабутак.

распространенные в популяциях из Хорога и Ишкашима биотипы имеют низкие частоты в популяции из Ванча или вообще там не обнаружены. Исключение представляет лишь биотип 19.57. чаете встречающийся в ванчской и хорогской популяциях, но не обнаруженный в ишкашимс-кой популяции. Сравнение частот генотипов в популяциях по критерию хи-квадрат показало существенные различия мекду ними (табл. 3).

Обнаруженные различия в структуре популяций могут быть следствием различной адаптивной ценности генотипов гордеия-кодирующих локусов. Второй причиной обнаруженных различий мевду популяциями монет быть так называемый эффект основателя. Для цроверки этих гипотез в течение 3-х лет пересевали ишкашыскую популяцию в Вачче и Иикашме. Как видно из таблицы 4. пул биотипов исходной популяции меняется при Пересе-

Таблица 3

Частоты генотипов по локусам Нгд Л и Нгс! В в популяциях сорта ярового ячменя Джау Кабутак из районов Ванча, Хорога,

Иикашима

Генотипы по Ванч Хорог Ишкашим

локусам (1800 м (2200 М (2600 М

Hrd А Hrd В над урн. > над if и.) над у р. м.)

П" 225 П- 257 П- 221

А14 В58 - 0.0079 0. 0136

А18 869 - - 0,0039 ■ . 0.2262

А19 В19 0.0757 - -

А19 В21 - - ■ _ 0.0136

А19 В42 - 0.0156 0.0090

А19 В55 - 0.1050 0.0996

А19 В57 0.1333 0.1206 * м

А19 858 - 0,0233 0.0045

А19 В69 0.7690 0,0272 0,0362

А19 В75 0.0044 - 0,0724

А19 В81 0.0044 0.1050 • 0.0996

А36 В55 - 0.0039 -

А36 В74 0.2257 ' 0.0950

А36 В75 • . 0.0116 0.0136.

А38 В55 0,0039 •

А41 874 , - 0.0039 0.0317

А41 875 - 0.3346 0.3213

А41 Б69 0.0044 ,0,0039 • -

А41 В31 0.0160 -

А41 В54 0.0079 -

А42 В57 0.0044 0.0039 0,0045

А42 BS9 0,0044 —

Оценка однородности популяций: Хг - 692,599; й.Г.« 22;

Р < 0.00001

ве как в Ишкашне.. так и Ванче. В обоих пунктах после пересевов не обнаруаены ряд редких биотипов. После 3-х лет реп-

редуцирования в Ишкашиме в популяции выявлены 10 биотипов (в исходной их было 14). а в Банче - 8. Наблюдается и изменение частот биотипов. В частности, в ванчской репродукции снижается частота биотипов 19.55, 19.75, 41.75. Однако при этом существенно возрастают частоты биотипов 18.69 и 19.81. Обшая оценка однородности всех сравниваемых популяций по критерии хи квадрат свидетельствует об их существенных отличиях. Вместе с тем показано, что изменения, наблюдаемые в структуре популяций ишкзаимской репродукции, не столь велики. Популяции же ванчской репродукции значимо меняют сеов структуру, о чем свидетельствует высокое значение критерия (табл. 4).

Для определения количественных .показателей изменения генетической структуры популяций сорта Дкау Кабутак выравд-ваемых на различных высотах и динамики популяции, перенесенной с высоты 2600 м на 1800 м над уА м. и репродуцируемой там в течение 3 поколения, рассчитывали стандартные генетические расстояния Нея (Ме1. 1972) между популяциями сорта ДК. возделывавшихся на разных высотах над уровнем моря (табл. 5). Максимальные различия наблюдались между популяциями Ишкашима. Хорога, с одной стороны, и популяцией Ванча. с другой (0,7266 и 0.7996. соответственно). Следует отметить заметное сближение генетических расстояний между ишкашимской популяцией, репродуцированной в Ванче и собственно ванчской популяцией (до 0.4263).

Таким образом, анализ популяций сорта ДК показал их высокую гетерогенность по локусам НлЗ. Обнаружено, что в зависимости от высоты репродуцирования генетическая структура популяций различна. Результаты изучения динамики частот биотипов в популяции, перенесенной с высоты 2600 м на высоту 1800 м над ур. м. свидетельствуют об адаптивном значении генотипов по изучаемым локусам.

В связи с изложенным, представляло интерес сравнить биотипы по продуктивности между собой и с исходной популяцией сорта. Для этого пять биотипов с относительно высокими частотами встречаемости из ишкакямской популяции и саму популяцию сорта ДК высевали в Изкаинме на де/янках шюкадью ?.цг в четырехкратной повторноети. Деллмки располагали з опыте ран-

- и -

Таблица 4

Частоты генотипов по локусам Нгй А и НпЗ В в ишкашимской популяции. пересеваемой в течение 3-х лет в йшкашме и Ванче _Л_

Генотипы по Ишкашм Ванч

НпЗ А И Нгй В

локусам 1990 1992 1993 1992 1993

п- 221 П- 274 п- 274 п- 261 П- 275

А14 В58 0,0136 0.0073 0,0073 0.0115 -

А18 В69 0. 2262 0.2701 0,2192: 0,3295 0,3418

А19 В21 0.0136 0. 0036 0. 0146 0.0077 0.0С36

А1Э • В42 0.0090 - - - -

А19 В55 0.0996 0,0912 0,0912 0.0766 0.0473

А19 В58 0.0045 ■- - -

А19 В6Э 0. 0362 0.0438- 0.0256 0.0805 0.0473

А19 В75 0. 0724 0,0438 Ж0912 0.0613 0,0036

А19 В31 0.0588 0,0475" *0. 0328 0,1072 0.1782

А36 В74 0.0950 0,0803 0.0912 0.0920 0.1164

А36 В75 0,0136 0, ООсб <3.0181 0,0115 -

А41 В74 0,0317 - - -

А41 В75 0, 3213 0.4088 % 4088 0.2222 0,2618

А42 В57 0. 0045 — - - -

Общая оценка однородности всех популяций; =* 154.404;

¿|.Г.ч32 р < 0.00001:

популяций ишкавкмской репродукции: X2 - 27.425: б. Г. -16

Р - 0.0370;

популяций ванчокой репродукции: X2 » 30,435; <3. Г. =7

Р - 0,000079

домизированно. Образцы семян биотипов для посева Формировали путем объединения семян всех линий, имеювдх одинаковые генотипы по локусам НгЗ. Из таблицы 6 видно, что наиболее уро-

сайнш оказался биотип 41.75, существенно превышавший при этом сорт ДК и остальные биотипы за исключением 36.74. Этот

Таблица 5

Стандартные генетические расстояния Нея между памирскими популяциями сорта Дхау Кабутак.

Среднее генетическое расстояние между:

Популяциями Ишкашима и Хорога 0.1904 Популяциями Ишкашима и Ванча 0.7266 Популяциями Хорога и Ванча 0.7996 Тремя поколениями ишкашмской популяции 0.0120 Двумя поколениями шкашимской популяции, репродуцированными в-Ванче . 0,0115 Потомствами ишкашмской популяции, репродуцированными в Ишкашиме и Ванче 0.0В99 Потомствами ишкашмской популяции, репродуцированными в Ванче, и ванчской популяцией 0.4263 Потомствами шкаяшмской популяции, репродуцированными в Ванче, и хорогской популяцией 0,3493

' Таблица 6

Урожайность биотипов по гордеинкодирущим локусам ишкашмской популяции сорта JJsay Кабутак в Ишкашме (1996 г.)

Биотипы Частота.% Урожайность, г/и*

Джау Кабутак - 517.4 ■

Hrd А18 В69 22.2 520.9

Hrd Al9 В55 9.9 469.5

Hrd Al9 B81 10.5 425.0

Hrd A36 B74 9.5 566.0

Hrd A41 B75 32.1 593.3

HCPos 56.6

ае биотип в популяции имеет и самуо высокую частоту. ИЗУЧЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА В ГИБРИДНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ

В результате электро&оретического анализа гордеинов у растений Тг в популяциях, выраженных в Москве и на Памире, обнаружено по 9 фенотипических классов (Рис. 3). В обеих точках вырадавания частоты аллелей лскусов НпЗ к л Нгй В соответствовали теоретически ожидаемым при расщеплении 1:2:!

Рис.3. Некоторые генотипы по гордеинкодирующим локусам, обнаруженные в Рг от скрещивания Московский 121 х Джау Кабу-так: 3- НГО А2 ВВ. 2- Нга А2 ВЙ+21. 3- НГС А2+1У ЪЪ, 4- Нгс! А2+19 В8+21, 5- Нга А2+19 В21. 6- КгсЗ А19 ВВ. 7- Кга А19 В8+21. 8~ Нга А19 Е21.

(памирская популяция: для Нг<3 А. X2 «=1,41. йТ=2, Р>0,25; Нгй В. Хг =1.24. йГ=2. Р>0, 50; московская популяция: для Нгй А. Хг =5,05. СГ=2. Р>0. 05; Нгс! В, X2 »1.56. ЙГ=2. Р>0, ^5).

Динамика частот гомозиготных по Нгс! А и Нга В локусам классов (лва из которых идентичны родительским: НгсЗ А2 ВЗ. НгС А1Э В21, а два других представляет собой гомозиготные рекомбинанты: НгсЗ А2 В21, Нгй А19 В8) при репродуцировании популяций на Памире и в Москве оказалась различной. Частота генотипа 2.8 ("московский" генотип) в ряду поколений памирс-кой и московской популяций постоянно возрастали, и их динамика имела сходный характер (рис. 4). Частоты же "памирскэ-

ИОСКОВСКИЙ 121 X ДХАУ КАБУТАК

( ■

(

Г 23 4 5 6 7 &

го" генотипа 19.21 резко увеличивались до F* в московской популяции и до F$ - в памирской. Однако затем скивались в обеих популяциях, причем в Москве этот процесс носил более интенсивный характер по сравнению с Памиром.

Динамики частот рекомбинантных гомозиготных генотипоз Hrcl А2 Б21 и Hrd А19 ВЗ в исследуемых популяциях также различались \рис. 5). В московской популяции частота генотипа 2.21 постоянно нарастала и в F,a составляла 0,188. Частота второго рекомбинанта (19.8) также нарастала и э Р|0 была равна 0.166. В памирской популяции значения частот рекомби-нантных генотипов оыли значительно ниже, чем в московской. При этом частота генот/па 19.8 в ряду поколений возрастала от 0,009 б F г до 0,086 в F9 ; частота генотиг.а 2.21 увеличивалась лишь до 0.024 в ?д .

По признаку пленчатость/голоэерность (ген Ь7п) в F2 памирской и московской популяций расщепление соответствовало ошшаемому 3:1 (памирская популяция: X2 =0.0-16. df=1, Р.0,30: московская популяция: 1г =0.024. df»l. Р>0,95).

Динамика частот этого признака в ряду поколений памирс-кэй и московской популяций такхи.была разной ( рис. 6). В памирской популяции наблюдалось постоянное снижение доли растений с пленчатым зерном и -увеличение доли голозерных растений. В московской популяции до F4 происходило увеличение доли голозерных растений, что можно объяснить постепенной гомозиготацией популяции по тену N/n. Однако с F s доля пленчатозерных растений увеличивалась, а доля голозерных -уменьшалась. В F9 , Fio степень гомозиготзции популяции в норме должна быть достаточно высокой, чтобы пренебречь остаточной долей гетерозигот по гену N/n. Тогда отношение частот растений с пленчатым и голым зерном должно быть близким 1:1. Однако реальное отношение частот отличается от ожидаемого. При этом з памирской популяции значительно преобладают растения голозерные, а в московской- с пленчатым зерном.

Пс признаку двурядность/многорядноеть колоса (ген V/v). в Рг обей/: популяций расщепление также соответствовало ожидаемому 3:1 (памирска! популяция: X2 1^7. df»z, ?>0,5: московская популяция: Хг =2.048 = Р>0,10).

Динамика частот признака дзу?ядность/ь;нг>горядяоеть

лоса в ряду поколений двух сравниваемых популяций такж: оказалась различной (рис.. 7). Доля растений 'с кногорчдным колесом (уу) увеличивалась в ряду поколений обеих популяций. Однако темп этого проиесса был выше ь памирской популяции, где в частота генотипа уу составляла 82,73% . В Гщ московской популяции его частота была В1.57*. *

Различия в динамике частот могут зависеть от различий в коэффициентах размножения или неодинаковей жизнеспособности генотипов. Дисперсионный анализ значений коэффициентов рчпм-нозекия генотипов по локусам Нгй. не выявил существенны?: различий меялу ними ни в памирской. ни в мссковско;. популяциях . Вероятно, обнаруженные в популяциях различия динамики частот классов по эта локусам обусловлены неодинаковой жизнеспособностью растений тех или иных генотипов. Сравнение коэффициентов рагкноаения у пленчато- к голозерных растений в пакигской популяции не выявило существенных различий мегду ними. 3 то пе время, в московской популяции растения с пленчатым зерном имели достоверно более высокий коэффициент разгао::ения в сравнении с голозерными (в среднем на 13л на поколение). Используя этот коэффициент большей плодовитости пленчатозерныг растений в поколениях, моямо рассчитаг;.. что теоретически в Г10' отношение долей растений с пленчатым и голым зерном должно быть близким 1,14:1. Фактически это отношение составляет 7.18:1. что не позволяет объяснить оона-рукенкые, различиями только неодинаковой плодовитостью гено-типорв. Иогно предположить, чтп при репродуцировании популяций на Памире и в .Москве'имеет место отбор по гизнеспссоб-.ности.

Сравнение коэффициентов размножения показал существек-]ше различия М'?хду растениями с дву- и многорядяым колосом по этому показателя в обеих популяциях. Коэффициент размножения на ■ поколение у растений с иногоряднш колосом был б среднем вше в памирской популяции на 35£. в московской - на 21%. Расчеты показали, что в таком случае огкдаемое стноае-ние долей растений с двурядным и многорядным колосом должно было быть в Гэ памирской популяции 1:1.5, а в московской-1:1.38. Фактические отношения долей соответствовали ожидаемому в московской популяции а? =0,725, 6Г=1. Р>0,20) к су-

Члсгота

__1-1-^-1-1__I-1--—л

23456ТЧ9 10 Поколений

Гмс, 4 Дншыихл чллат гомошготних гснтхпо» Н>ЛА1 н НЫ Л19 [121 в поколениях «осковсьоЯ (1) к памирсхой и) популяций.

Ч»стогт»

Рве 5 Дин.шик1 частот рчкоибйнаипшх I очоэхгкт-них |ттгтипов Нг(1А1В11 и Нг4Л/9 В8 » поколениях МОСХОКХиЙ (11 В Яаь'ирсХОЙ (2) &оп>л«циЛ.

0.1

---2

А НЫЛ2ВЗ

. НЫЛ19В21

0.1

Частота

2 4 6 8 10 Поколение

Рис 6. Дг.нахнка частот признака голсэеркоста {генотип пл) 8 поколения* московской и) * памнрсхой Ц) шяуляцяа.

Частота

.2 4 6 8 10 Поколение

7. Цннаити частот срюиах» кксглрмкость кокоса (схнотъп '■",') в поколениях иосхсасихй (/) к па-ыирсхиа (2) пооуляцяг.

Ряс.3. Излечение гсиетичгсКйХрасстмьнЯ в поколениях по комплексу маркерных генов между иссхоа-с<;>н и памкрекой пог.уцуцня«'.'.

щественно отличались от расчетного в памирской популяции СХ2 "••56.97. df*l. Р<0.0!). Следовательно, различия по коэффициентам размножения не являются единственной причиной значительного преобладания по частоте растений с многорядным колосом в F3 памирской популяции и. вероятно, так ?.е связаны с жизнеспособностью.

Таким образом, анализ динамики популяций, выращиваемых с Гг до Fg на Памире и ao''FJO в Москве, показал, что в обеих популяциях по комплексу маркерны? признаков идет отбор, различающийся по направленности и интенсивности. В результате этого популяции дквергирувт. На Памире отбор направлен против растений с пленчатым зерном и двурядным колосом. В мое-к^ь^г.ий популяции отбор направлен против исходного памирско-• го генотипа по локусам Hrd (19.21) и голозерных растений.

Оценка генетических расстояний в поколениях между московской и памирской популяциями .(рис. 8) показала их относительно медленное нарастание jo F< . В последующих поколениях дивергенция популяций усиливается.. Выш? отмечалось, что в популяциях идет естественный отбор по некоторым гомозиготам генотипам маркерных локусов. В первых поколениях отбор компенсируется за счет расщепления гетерозигот и дивергенция популяций происходит медленно. Однако с F< ,'где доля гетерозигот теоретически составляет 12,5% по каждому из локусов, дивергенция популяций резко увеличивается*. *

Полученные данные позволяют заключить, что гетерогенные популяции, представленные гомозиготами по альтернативным аллелям дквергирувт сильнее по сравнению с расщепляющимися гетерозиготными популяциями. Вероятно, интенсивность отбора зависит от степени различия районов по условиям репродуцирования популяций.

выводи

1. В результате анализа 139 растений F¡> от скрещивания Дулу Сафедак х Носовский 9 идентаФидорозанн новые- аллели гордеинкодкруюаих локусов Hrd А41 и Hrd В81. обнаруженные на Памире.

2. Сорт Дгау Кабутак яляегся гетерогенным по горзеинко-дирувщим локусам и вклэчаег 22 биотипа. Обнаружено 7 аллелей

локуса Hrd А и И аллелей локуса Hrd В.

3. Генетическая структура популяций сорта Джау Кабутак. выращивавшихся длительное время на высотах 1800 (Ванч) . 2200 (Хорог) и 2600 м над уем. (Ишкашим) значительно различается по составу и частотам аллелей и генотипов по гордеин-кодирувщим локусам. В популяция из Ванча обнаружено -8 биотипов. из которых 2 (Hrd rilö В69 и Hrd А19 В57) доминируют по частоте (суммарная частота более 0.90). Максимальное число бнот шов - 18, имеет хорогская популяция. Из них 5 (Hrd А19 В55, Hrd А19 В57. Hrd А19 В81. А36 В74 и Hrd А41 В75) встречаются с наибольшей частотой, в. сумме превышающей 0.89. В ишкашимской популяции выявлено 14 биотипов. Суммарная частота 5 из них (Hrd А19 В55. Hrd А19 В81. Hrd А36 В74. Hrd A41 B75. Hrd A13 B69) составляет более 0.84.

4. Структура попул. ,щй сорта Джау Кабутак по Hrd А и Hrd В локусам изменяемся в зависимости от высоты выращивания. что свидетельствует об адаптивном значении аллелей и генотипов по гордеиккодирувцим локусам. При репродуцировании ишкашимской популяции в Ванче в течение трех поколений наблюдалось изменение ее генетической структуры и сблиаение с ванчской популяцией. Так. генетические расстояния Нея мевду исходной ишкашимской и ванчской популяциями составляли 0,7236, а между ишкашимской популяцией, рыращивавшейся в Ванче три года и ванчской популяцией - 0.4263.

5. Биотипы по локусам Hrd А и Hrd В сорта Джау Кабутак существенно различаются по урожайности. В ишкашимской популяции из пяти наиболее частых ботипов самым уроаайным оказался Hrd А41 В75, существенно превышавший при зтом сорт Джау Кабутак и остальные биотипы за исключением Hrd А36 В74. Этот же биотип в популяции имеет и самую высокую частоту (32,1%).

6. Изучена динамика генетической структуры гибридных популяций Fj>-Fiо от скрещивания Московский 121 х Джау Кабутак. выращивавшихся в Москве и Иикашиме, по маркерным локусам N/n (голозерность). V/v (рядность колоса). Hrd А и Hrd В. Показано, что в обеих популяциях по комплексу маркерных признаков идет отбор, различающийся по направленности и интенсивности, что ведет к дивергенции популяций. На Памире

отбор направлен против растений с пленчатым зерном и двуряд-ным колосом. В Москве отбор направлен против исходного па-мирского генотипа по локусам Нгб Шгб А19 В21) и голэзерных растений.

7. В результате оценок генетических расстояний в поко-. лениях между московской и памирской популяциями показано их относительно медленное нарастание до . ■ В последующих поколениях дивергенция популяций усиливается. Это обусловлено тем, что в популяциях идет естественный отбор по некоторым гомозиготным генотипам маркерных локусов. В первых поколениях отбор компенсируется за счет расщепления гетерозигот и дивергенция популяций происходит медленно. Однако с Г4 . где доля гетерозигот теоретически составляет .12,5Х по каждому из локусов. дивергенция популяций резко увеличивается.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Поморцев А.А.. Калабушкин Б.А., Бахронов А.. Абдула-монов'К. Полиморфизм и структура популядий культурного ячменя по гордеинкодирувщим локусам на.Западном Памяро// Генетика. 1996. -Т. 32, N. 4. -С. 532-540.

2. Поморцев А. А., Калабушкин Б. А., Бланк М. Л.. Бахронов А. Изучение естественного отбора в искусственных гибридных популяциях ярового ячменя//Генетика. 1996. ' -Т.-32, N. 11. -С. 1536-1544.

3. Поморцев А. А., Калабушкин Б. А., Бланк !{, Л., Бахронов А.. Естественный отбор в гибридных популяциях культурного ячменя// Материалы Международной конференции "Молекулярно-ге-нетические маркеры растений. Ялта, 1996. Киев: Аграрная наука. 1996. -С. 52.