Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Полиморфизм белков мягкой пшеницы и возможности его использования в селекционно-генетических исследованиях

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Полиморфизм белков мягкой пшеницы и возможности его использования в селекционно-генетических исследованиях"

КАЗАХСКИЙ ГОСУДАРСТВЕШМ НАДООНАЛЬШЯ УНИВЕРСИТЕТ им. АЛЬ-ФАРАБИ

На правах рукописи УДК 675.115 : 633.18

АБУГАЛИЁВА САУЛЕ ИЗТЕЛЕУОВНА

ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

03.00.15 - генетика.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Алматы, 1995

. Работа выполнена в лаборатории физиологической генетики растений Института физиологии, генетики и биоинженерии HAH PK

Научные руководители: доктор биологических наук, проф. Иващенко а.Т., кандидат биологических наук Бияшев P.M. ,

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

В.Д. Богданйва

, кандидат сельскохозяйственных наук

• К.К. Шулембаева

Ведущая организация: . Институт молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхоюша

Защита состоится ШЛ/ЛШ/ 4995 г. в мин,

на заседании специализированного Ученого совета^4 /а.оыэ. при биологическом факультете Казахского государственного национального университета им. Аль-ФараСи. г.Алматы, 480I2I, пр. Аль-Фараби, 71.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университете.

Автореферат разослан "у "1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат биологических наук .^¿г^^ЛЙалахметова Т.М.

у

Актуальность проблеем. Пшеница, будучи основным сырьем пищевой (хлебопекарной, макаронной и др.) и кормовой промышленности, является важнейшей зерновой культурой, возделываемой в Казахстане. Поэтому весьма актуальным остается создание новых сортов пшеницн с высоким потенциалом продуктивности и качества. Определенные трусости селекционного процесса обусловлены, главным образом, полкгекнсй природой большинства хозяйственно-ценных признаков и зависимостью степени их выражения от изменчивости условий окружающей среды. Это создает проблема при подборе пар для гибридизации и отборе лучших генотипов из гибридных популяций и при создании новых Форм г сортов растения.

Благодаря разрабок« и развитию современных методов разделения и идентификации белков обнаружен совершенно новый вид генетических маркеров - полиморфные белковые системы, обладающие стабильным компонентным составом, несмотря на изменения внешних условий.

Являясь первичными продуктами экспрессии-генов, они позволяют получить надежную информацию о генотипа. Изучение белков Ферментной и неферментной природа помогает развивать исследования в области теоретических основ селекции культурных растений: в изучении структурно-функциональной организации генома, при идентификации сортов, линий и гибридов, при решении проблем, связзншх с эффективным подбором пар для гибридизации и отбором ценных генотипов, сокращении сроков создания новых форм, в том числе обладающих генотипами с необходимым комплексом признаков и свойств.

Однако, имеющаяся информация о генетическом контроле, уровне изменчивости, характере наследования белков, особенна ферментной природа, ггокз недостаточна и неполна. Более того, для успешного эффективного развития селекционных работ необходим поиск неслучайных ассоциаций между количественными и биохимическими признаками, что позволяет на основе четких и надежна* генетиче- • ских маркеров преподать отбор генотипов и улучшение хозяйственно- цеышх признаков. ■ -.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучеот.е полиморфных белковых систем пшеницы и шявление возможностей их использования в качестве маркеров генетических систем и хозяйственно ценных признаков.

В связи с этим основными задачами работы явились:

- г -

1. Изучение полиморфизма ферментных систем катодной пероксидазы (PRX), алкогольдегидрогеназы (ADH), эстерэзы (est), кислой фос-фатазы (асрн), а-амилазы (а-АЫУ) и малатдегидрогеназы (Ш>н) мягкой пшеницы. Изучение частоты встречаемости и ареалов распространения аллелей соответствующих энзимкодируодих локусов.

2. Изучение характера наследования и генетического контроля полиморфных ферментных систем prx, opd, est и асрн.

3. Изучение филогенетических связей ди~, тетра- и гексаплоидных видов пшеницы.

4. Выявление возможной взаимосвязи между полиморфными биохимическими признаками пшеницы и урожайностью.

б. Выявление взаимосвязи компонентного содержания низкомолекулярных глиадинов и качества муки мягкой пшеницы.

Научная новизна. В настоящей работе выявлены новые аллель-ные варианты локусов Ргх 4, Adh 1. Обнаружена изменчивость по локусу Gpd 1, контролирующему ферментную систему глхкозо-6-фос-фатдегидрогеназы, ранее считавшуюся мономорфной. Установлена различная адаптивность аллельных вариантов Ргх Adh 1, Aoph 1, Est 1, Gpd 1, Kdh 1 и Mdh г. Изучен характер наследования gpd, prx, асрн и est. с помощью серии моносомных линий сорта казахстанская 126 определена локализация локуса сра 1 на 5в хромосоме. ^

Проведана биохимическая паспортизация 126 сортов мягкой пшеницы по комплексу ферментных систем. Выявлены глиадиновые биотипа сортов-популяций Богарная 56 и ОПАКС I, характеризующиеся уникальным сочетанием аллельных вариантов локусов Ргх 4, a-Amy 2, Aoph 1, Est i и Opd 1 и превосходящие соответствующие сорта-стандарты по комплексу продуктивных0 технологических и хлебопекарных, свойств. Обнаружены корреляционные связи между сочетанием аллелей Ргх Л-1 и a-Amy-2-A и урожайностью.

Установлена устойчивая достоверная связь между отношением содержания низкомолекулярных глиадиновых компонентов 25 к 27 и удельной работой деформации теста. Предложен критерий оценки силы муки мягкой пшеницы по относительному компонентному содержанию низкомолекулярных глиадинов с Мм 25 и 27 кД. В результате кластерного анализа 28 сортов мягкой пшеницы, возделываемых на юго-востоке Казахстана, установлены их сходстве и различия по комплексу признаков, в именно по силе муки, общей хлебопекарной оценке качества хлеба и относительному содержанию глиадиновых

компонентов 35 Ж 37. '

Практическая ценность. Выявленные в результате элвктрофоре-тического анализа ряда ферментных систем 3 перспективные линии с уникальным сочетанием аллелышх вариантов энзимкодарувдих локу-сов передаются на Госсортоиспытание. Полученные результаты свидетельствуют о том, что полиморфные белки ферментной и неферментной природы являются эффективныш генетическими маркерами и могут применяться в целях идонтифш<ашш сортов, линий, форм пшеницы,, для локализации энзимкодирущих локусов и повышения эффективности селекционных работ, направленных на создание высокоурожайных сортов пшеницы.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на конференциях молодых ученых Института ботаники (Алма-Ата, 1989, 1990, 1991), на 4-ой Всесоюзной конференции "Физиология растительной клетки" (Минск, апрель 1990), на 2-ом Всесоюзном симпозиуме "Генетика развития" (Ташкент, август 1990), на республиканской конференции "Проблемы теоретической и прикладной го-нетики в Казахстане" (ноябрь 1990) и на генетической секции Института физиологии, генетики и биоинженерии АН РК.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 раоот.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, б глав, заключения, выводов, списка цитируемой литература и приложения. Диссертация изложена на 4до страницах машинописного текста и содержит 21 рисунок и 13 таблиц. Список литературы включает юз ссылки на работы отечественных и зарубекяых авторов.

Объекты и метода исследований

Для изучения полиморфизма ряда ферментных систем, частоты встречаемости и ареалов географического распространения аллелей энзимчодкрухшх локусов использовали зерна коллекции мягкой ливийцы, состоящую из 126 сортов, возделываемых на юго-востоке Казахстана; нэ Волчэнском, Прилукском и Старосомбурском ГСУ Украины и на Памире, полученных от Е.В.Кожемякина (КазНЖЗ АСХН FK), Й.А.Созинеш (УкрШЮ) я К.Абдулламояова (Ишсадозмскйй ОП Измирского биологического Института АН Таджикистана)„ Кроме того, в анализ были вовлечен линейный материал сортоэ озимой мягкой ше-ниш Безостая I, Богарная 56 (Бсзостая I - один из родоначальников данного сорта), Коопораторка и ОПАКС I (Кооператора и Безостая I являются одними пз родоначальников ОПАКС I), любезно ггрч-

доставленные E.B.Кожемякиным. Изучение динамики частот аллелей энзимкодаруюцих локусов пшеницы проводили, используя гибридные популяции нескольких младших поколений от скрещивания сортов Славония и Степнячка (Украина), а также линий сорта-популяции Богарная 56. Для определения локализации генетическокого фактора Qpd 1 в работу была вовлечена серия моносомных линий сорта Казахстанская 126, полученная от К.К. Шулембаевой. Изучение филогенетических связей различных видов пшениц проводили, используя растительный материал, получешшй из ВИРа. Для оценки силы муки пшеницы были использованы сорта, возделываемые в Алма-Атинской области, полученные от КазНЖВ АСХН PK и Госсортосети Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан.

Электрофоретическов разделение ферментных систем мш, ADH, CPD, PRX, EST, АСРН и a-AMY проводили в вертикальных блоках по-лиакриламидного геля с использованием прерывистой трис-алкми-ний-лактатной, непрерывной трис-глиииновой буферных систем (Фурсов, Дарканбаев, 1978). Электрофорез запасных белков проводили по методике, описанной U.Laemmly (1970). Гистохимическое окрашивание белков в геле после электрофореза проводили по общепринятым методикам (Shaw, Prassaä, 1970) с незначительными модифика-кациями.

Для выявления взаимосвязей между количественными и биохимическими признаками изучали показатели урожайности в связи с ал-лельным состоянием локусов Ргх 4 и а-лту г. Взаимосвязь между компонентным содержанием низкомолекулярных глиадинов и качеством муки оценивали ■ с помощью прикладных программ дисперсионного и кластерного анализа на персональном компьютере ibm ат-286.

ПОЛИМОРФИЗМ ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ КОЛЛЕКЦИИ СОРТОВ И ЛИНИЙ МЯГКОЙ ПШЕНИВД

1. Полиморфизм ферментных белков мягкой пшеницы, контролиру емых локусами Mdh i, Udh 2. Adh 1, Prx 4, Est i, Acph 1, a-Amy 2 b Gpd. 1. Анализ коллекции мягкой пшеницы, состоящей из 550 линий 126 сортов, позволил обнаружить изменчивость глюкозо-6-фос-фатдегидрогеназы, ранее считавшейся мономорфной (рисЛа). Наблюдаемые наш электрофоретические варианты f и s включали по три зоны активности фермента - блок аллоферментов. На зимогрэммах сдвиг электрофоратической подвижности осуществлялся целым блоком, что, по-видимому, мокет свидетельствовать в пользу их одно-

лсжуоного (Opd 1) контроля. к ром« того, бил выявлен ФЕНОТИП В' ,

отличающийся от s дополнительной ферментативной зоной активности. В результате анализа ферментных систем алкогольдегидрогена-зы, эстеразы, мадэтдегидрогеназн, катодной пероксидазн и а-амя-лазы было выявлено два типа электрофоретических вариантов по ло-кусу Adh 1 (рис.16), три - по Est 1 (рис.1в), по четыре - для локусов Mdh 1, Mdh (рисЛд) И Acph 1(рис.1е) и по пять типов спектра - по I'rx ^ (р.тсЛг) и а-Ашу 2 (рисЛж), Причем, по локу-сам Adh 1, Ргх 4 и 1 были обнаружены новые фенотипические варианты, отличающиеся от известных электрофоретической подвижностью отдельных изофермзнтов.

2. Внутрисортовой полиморфизм катодной пероксидази, глико-. зо-б-фосфатдогидрогоназы , а-амилазы мягкой пшеницы. Скрининг 364 линий сортов-популяций Богарная 56, Безостая I и ОПАКС I позволил выявить внутрисортовой полиморфизм по ферментным системам катодной пероксидазы, глккозо-6-фосфатдегидрогеназы и а-амилазн пшеницы. Обнаруженная изменчивость продуктов экспрессии локусов Ргх 4 и Gpd 1 наблюдалась только внутри сорта Богарная 56, в то время как для Ферментной системы а-амилазы был характерен высокий уровень изменчивости среди линий всех вышеупомянутых сортов. Так, линейный материал сорта Богарная 56 был подразделен на два класса по аллозимзм глюкозо-6-фосфатдогидрогенази, различия между ними заключались в разной скорости миграции множественных молекулярных форм фермента (рис. 1а, вар. р и S) . Причем, сдвиг электрофоретической подвижности наблвдался одновременно у всех трех зон активности OPD на одинаковое расстояние, что позволяет нам предположить об их однол ;сусном, возмокно полиаллельном контроле. Частота встречаемости обоях фенотипов Шла ф-зктачески одинаковой ("F"- бз линии; "S"-52 линии). У сорта Богарная 5в частота встречаемости эллельного варианта А а-AMV преобладала над частотой альтернативного варианта В к составила 35,6 % <рис.1'я). У Безостой I, наоборот, наблюдалось преобладание аллельного варианта в (65%). Среди 138 линий сорта ОПАКС I било вдентифгэдгро-пзно 5 типов спектров а-амилазы: а - 39 линий, 3-36 линий, с -2 ЛИНИЙ, D - 16 И Е - I линия (piic.Ia).

3- Встречаемость и ареалн распространения аллелей локусов Mdh 1, Mdh. ?., Adh 1, Ргх 4, Est 1, Acph 1 и Gpd 1. С цельп определения частот встречаемости и ареалов распространения аллелей локусов, контролирующих ферментные системы алкогольдегидрогенг-зы, глюкозо-6-фосфатдегилрогеназы, малатдегидрогеназы, зсторагн, кислой фосфатазы и катодной пероксидазы нами било изучено 65Q

- б -

Ор<1 1

А (Ш 1

а) глякозо-б-фосфатдегацро-геназы

1 2 0) апкоголъдегидрогеназы

1 2 Э

в) эстеразы

Езг 1

РГХ 4

ист г

1 2 3 4 5 6

Г) катодной пероксидазы

мак 1

д) малатдегщюгеназы

Асрй 1

А в э) КИСЛОЙ

С. I)

а В С Б Е а) а=рмнлазы'зерновок 3 -дневных проростков

Рис. 1.

сортов и

нтных систем зрелых зерновок мягкой пшеницы

г

линий 126 сортоЕ мягкой гаюницц, возделываемых в кепкх областях Казахстана к Украины, а также на Памире.

Обную долю сортов, обладающих тек или иным еллслем определенного Л'жуса, рассчитывали в зависимости от фактического количества сортов конкретного региона.

В результате скрининга коллекции мягкой пшеница нами выявлен различный уровень чстрочаомости изофермектсв, кодируемых, почти всеми изучодвшв лзчусзми. Для некоторых аллелей определенных локусоь сияя характерны зоны преимущественного распространения. Так, аллель "?" лохуса ЛсШ 1 бнл обнаружен только у сортов, выращивав?«,-* на Памире. агл&л» "I" полностью детяпшро&эл а казахстанской и украинской• пслдояцяях (табл. I). Подобная ситуация наблюдалась по локусу /еря 1, контролирующему кзоферментн кислой фосфатазы зрелого зерне лотнкцн. Аллель "В" йнл выявлен только в Казахстане и линь среди образцов двух.линий сорта Богарная 55, тогда как аллель "А" встречался с оаутямой частотой (33,6 %) на Памкре, явно доминировал на вго-востоке Казахстана, а на Украяне оказался единственным (табл.1). Частота встречаемости аллеля Сра. 1 составила 69,6 % на Украине, а зонами прешувествеш'огс• распространяя продуктов экспрессии аллеля "г" оказались Казахстан и Егшр (табл. I). Результаты пашис исследований показали, что во всех трех регионах аллеля "1" локуса Ргх 4 было присуще явное преобладание нал остальными (табл. I). Пакирскзя популяция отличалась прису?смкем дополнительно трех аллелей - "3", "4" г "5" (табл.1).

Получении«» результаты сг^етальству»? о том, что ферьйштяае снстеуи катодной яероясидаг»;, эстеразн, кислой фссфатазы, а-ька-лэзн, йякогольдегикрогвэазк, калатдоталрогеназы к глщозо-б-фос-фатдогшрогвнэ.'зн могут пртзняться в целях яденткфх-езцкя ссргса и линий, установления чистоты и яодоашоста семян сортов мягкой ткшш, а тага» могут отражать генетическую структуру присно-ссблоштых к коккр-зтшм регионам возделывания сортов кягкей гепо-нкцы.

ШШЧЕСКШ КОНТРОЛЬ НЕКОТОРЫХ «ВЕНИНХ СИСТЕМ К ЛОКАЛИЗАЦИЯ ЛОКУСА ОрА 1 ЭДВШДО

1 - Генетический контроль г»текос'-о-вгфосфэ?дегадр.?гвказн. к локализация локуся срА 1 кягкой шеницы. Анализ зерен гиорндшх расний ?2 от скрезяодш сортов Славония я Степнячка ко позволил обнаружить новых вариантов по продуктам локуса орй 1, численные

соотношения классов "s" и "У составили 93:7 (рис. 1а), соответ-ствекно (п «■ юо, » 8,64).

Таблица 1

Частоты аллелей локусов Ргх 4, Adh. 1, Acph i, Est 1, Gpd. 1„ Mdh 1 и M(2h 2 э различных географических зонах, %

Локус | Аллель | Казахстан | Украина | Памир

Ргх 4 1 59,05 69,7 33,9

" 2 40,95 30,Э 21,4

3 ,------------16,7

4 ------------25,6

5 ------------. 2,4

Adh 1 1 100 100 61,4

2 ' —- _ 38,6

Acph 1 А 99,3 100 38,6

В 0,1

С ------------61,4

Est 1 1 100 8?,5 100

2 -----"0,7

3 ----1,8

Gpd 1 S' ------26,8 6,6

S 96,95 3,6 89,8

J 3,05 69,6 • 3,0

Ъ --- ------0,6

Kdïi 1 A

В 100 100 76,5

С ------------23,5

Ней. 2 a 100 100 88,6

b --- '------7,8

о --- ------1,8

d --- ------11,8

Количество линий | 312 i 75 i 116 ^

Количество сортов | 20, J 56 I 47

Анализ серия моносомных линий сорта Казахстанская 126 также позволшз выявить образцы „ вариантные по электрофоретическому профилю глюкозо-б-фос^атдегилрогеназы. На рисунке 2 показаны зи-ыограмки CPD 1 Казахстанской 126 и моносомиков этого сорта по 5В хромосоме. На зимограммзх моносомных ланий не выявлялась шта слабо проявлялась 'активность наименее подвижной зоны группы изо-еимов (рио.2, sep. s")» Данный факт позволяет предполагать, что

хромосомы 5в являются критическими в отношении определенных изо-зимов cpd. Возможно, что минимальной дозы гена (генов), контролирующего gpd недостаточно для выявления активности Фермента. Кроме этого, настоящий результат можно объяснить, предположат, что в 5В хромосоме пшеницы локализованы структурные гены, как- ■ дый из которых контролирует соответствующую субъединицу qpd. Наличие трех зон активности глюкозо-6-фосфатдегидрогенззы свидетельствует о днмерной структуре данного энзима, который формируется в результате случайной ассоциации двух субъединиц, причем зона с промежуточной подвижностью соответствует гетеродимвру. Полученные результаты предполагают возможность использования моносомных линий для локализации некоторых мономорфных энзкмкодк-рущих локусов на соответствующих хромосомах пшеницы.

2 Генетически контроль катодной пэроксидазы, кислой фосфа-тазы и зстерззы мягкой дзэницы. Генетический контроль катодной пероксидазн пшеницы осуществляется пятью полиморфными локусзми, белковые продукты которых являются тканвспецифичшми и субстрз-тоспецифичнкми (Bosch st al., 1987; Liu et al., "990).

Анализ индивидуальных зерновок растений' Р2 от скрещивания сортов Славония и Степнячка показал различия между родительскими образцами по локусу Ргх 4, локализованному на хромосомах 7-ой * гомеологической группы мягкой пиеницы и по локусу Eat 5. локализованному в длинных плечах хромосом 3 группы (рис.3, 5). На рисунках 3 и 5 представлены электрофорегрэммы РЯХ и 1ST 5 обоих сортов и гибрида между ними. На спектрах, принадлежащих гетерозиготным зернам, не было обнаружено никаких дополнительных бон ферментативной активности, что свидетельствует о кодоминзнтном характере наследования аллелей локусов Ргх 4 и Est 5 к о мономв-рной биохимической структуре контролируемых ими ферментов. Численное соотношение классов в ?2 по PRX 4 соответствовало теоретически озшдаемому 1:2:1 (п = юо, %2=0,Z4), по Est 5 ~ не соответствовали и значение критерия х2 (п - юо, %а 36) . свидетельствовало о неслучайности отклонения от теоретически ожидаемого .

Скрининг линейного материала сорта-популяции Богарная 56 позволил выявить два электрофоретических' варианта кислой фосфа-тазы (рис. 4). Линии 556 и 674п, характеризующиеся варианта® а, и в, соответственно, были вовлечены в создание гибридной популяции. Все электрофорегреммы зрелых зерновок растений Р2 можно подразделить на три класса в' зависимости от изоферментного сое-

Gpd 1

Ргх 4

Рис. 2 1 12 2

Рис. 3.

Рис. 2. Зимограммы глюкозо-6-фосфатдегвдрогеназы зрелого зерна пшеницы

Рис. 3. Зтгагрьмш катодной пероксидазы зрелого зерна пшеницы I - Славония; 2 - Степнячка; 12 - гибрид мевду ниже

Est 5

Acph 1 v _ _

м t и

S

1 12 2

РИС. 5.

В

Рис. 4. Зимограммы кислой фосфатазк зрелого зерна сорта Богарная 56*. А-линия 550; В-линия 6?4п; ав - гибрид между ними

Рис. 5. Зимограммы зстеразы зрелого зерна мягкой гшенжш

I - Славония; 2 - Степнячка; 12 - гибрид мезду ними

тава: Первый бил предсташюн гомозиготами по локусу Acph 1 с ал-лелем первого родителя -линии 556, второй - изоформенты, характерные для второго родителя (линия 674п), и, наконец, третий, представляющий зимограмму гетерозиготного зерна - все зоны фос-фатазной активности обоих родителей (рис. 4). Числешше соотно-иения перечисленных классов приблизительно соответствовали теоретически ожидаемому 1:2:1 (п=1го, хг=о»85),.

Таким образом, анализ У2 показал, что в данных комбинациях скрещивания различия между родительскими образцами были.обусловлены продуктами шлиаллельных локусов Ргх 4, Acph 1, Est 5 и Gpd 1. Причем, продукты локусов Рис 4, Acph 1 и Est 5 наследовались

А АВ РИС. 4.

по кодоминантному типу, а в случае глюкозо-6~фосфатдегидрогенззы аллель одного родителя доминировал над аллелем другого. Кроме того, по Est 5 было выявлено несоответствие наследования теоретически ожидаемому.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ В ИЗУЧЕНИИ ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ТРИБЫ TRITICEAS

Разработка новых научно-обоснованных методов селекции пшениц требует детального изучения генетической природы и структуры их генома. Это в свою очередь предполагает выяснение происхождения и установление диплоидных предшественников современных полиплоидных видоз паениц.

Несмотря на многочисленные исследования в области изучения филогенетических связей видов трибы Triticeae с различным уровнем плоидности и набором геномов, до сих пор нет установившегося мнения по поводу возможных доноров геномов айв для современных тетрзплоидных и гексаплоидных видов пшениц. В настоящем исследован;™ нами была предпринята попытка выяснения возможного донора генома а для полиплоидных видов пшениц с геномам! ав и abd с помощью сравнительного анализа электрофореграмм малатдегидрогена-зы, кислой фосфэтазы, эстеразы, глвкозо-6-фосфатдегидрогеназы, катодной пероксидазы и алкогольдегидрогеназы сухих- зрелых зерновок.

В результате электрофореза в ПААГе выше перечисленных ферментных систем удалось отчетливо выявить различия по элоктро-форетичвской подвижности iffDH 2 между т. urartu и г. boeotloum. Вместе с тем обнаружена идентичность спектров Ш1 2, принадлежащих ?. urartu и полиплоидным видам, характеризующимся наличием геномов ав и abd (Рис. 6). а твк:ке сходство электрофоретических профилей мш г T.boeoticum и пиетщ, представлегешх геномами ag и aag. Вероятно, этот фзкт свидетельствует в пользу выдвинутой рядом ученых гипотезы, что непосредственным донором генома А для видов с ав и abd геномами и в частности мягкой пшеницы является Т. urartu.

Кроме того, были выявлены различия между т. urartu и T.bos-oticum, касающиеся электрофоретической подвижности продуктов ло-куса Est 1 (Рис.7). Однако-, спектры изоферментов эстеразы всех тетра- и гексаплоидных видов пшениц, включая и виды с геномами AG и aag.были полностью сходны между собой, что, пс-видимому.

свидетельствует о сложном характере взаимодействия продуктов генов данного локуса и не дает возможности использовать их в филогенетическом анализе.

Кроме того, электрофоретический анализ, использованный в данной работе, позволил сделать предположения о возможных путях наследования различных генов, контролирующих изоферментные системы, -на различных этапах эволюции тетраплоидных и гексаплоидных видов пшениц.

Анализ электрофореграмм est 5, позволил предположить о ко-доминировании продуктов локуса Est 5 соответствующих геномам а и В (рис. 8). По-видимому, наиболее подвижная зона принадлежит геному в, поскольку она встречалась только у видов с геномами ав и ABD, и не была обнаружена на электрофореграммах est видов с геномом а. С другой стороны, наименее подвижная зона, вероятно, характерна только для генома G, поскольку встречалась лишь у видов с геномами AG и aaq. Как видно на рисунке 9, проявление изо-ферментов, контролирующихся геном Aopti-Al, полностью ингибирова-но на зкмограммах как тетраплоидных, так и гексаплоидных пшениц. Наиболее быстроподаижные электрофоретические полосы, по всей ве-

<< tr „_____________________ II _н ____________.__,_____________

Mdh 2

I . _ ,_

Est 1

Рис. 6

12 3 4 5 FHC. 7

Рис. 6. Схемы зимограмм малатдэгидрогеназы зрелого зерна ше-ниц: 1 - Т.urartu, T.turgidum, í.clloooouffl, T.polonioum, T.aophióploum, T.oompaotura» T.masha, T.spelta, T.aestlvuai; 2 - T.monooocoum K-42789 и N2-4, T.pseudomonocooous, T.boe-oticum, T.araraticum, T.tlrnophearii, T.zhukovskyi

Рис. 7, Схемы зимограмм эстеразы (est 1) зрелого зерна пие-ниц: 1 -Т.- urartu, 2 -U.monoooooum К-42789 и N2-4, T.pseudd-' monococoum, 3 - T.turgidum, T.dicoccum, T.polonlcvm, T.aephi-opioum, T.araratioum, Г.timopheevii, T.oompaotum, T.nacha, T.spelta, T.aestivum, 4 - T.boeotioum, 5 - T.zhukovekyi

Est 5

1 2 3. 4 5 .6

РИС„ 8 Рис. 9

Рис. 8. Схемы зимограмм эстеразы зрелого зерна пшеницы: 1 - T.urartu, T.monoooooum, T.boeotioum, 2 - T.araratioum, T.timopheevii, T.ztmlcovskyi, 3 - T.turgidum, T.diooooum, T.polonicum, T.aephiopicum, T.oompaotum, T.macha, T.spelta, T.aesttmn

Рис. 9. Схемы зимограмм кислой фосфатазы зрелого зерна пшениц: 1 - T.urartu; 2 - T.monocoooum К-42789 И N2-4, C.pseudomono-ooocua, T.boeoticum, 3 - T.turgidum, T.dicoocum, T.poloni-oum; 4 - T.aephiopicum, T.milltinae, T.araraticum, T.timophe-eviij, T.zhukovskyi; 5 - T.oompaotum, T.masha, T.spelta, T.aestivum; 6 - T. aestivtmi (X-1376 из Памира).

роятности,принадлежат геному о, и не встречаются у видов с а, ав и abd геномами. Наименее подвижные полиморфные продукты данного локуса, по-видимому, принадлежат геному D, поскольку встречаются только у гексаплоидных видов с геномами abd. Кроме того, анализ данной электрофореграммы свидетельствует, очевидно» о кодомини-ровашш продуктов этого локуса по в и D геномам, и о полной репрессии продуктов генома А у тетраплоидных (АВ) и гексаплоидных (abd) видов пшеницо

Таким образом, результаты электрофоретического анализа по комплексу изоферментных систем различных видов трибы Triticeao позволили сделать вывод о том, что полиморфные белковые системы могут слушть надежными генетическими маркерами различна видов растений и с успехом использоваться в филогенетическом анализе. Анализ электрофореграмм мэ^атдегвдрогеиззы позволил установить, что донором генома а для различных видов пшениц с геномами АВ и abd является Triticum urartu. Результаты электрофоретического анализа свидетельствуют о возможности использования полиморфных

ферментных систем в изучении характера наследования продуктов различных локусов у аллополипловдных видов пшениц, и таким образом, позволяют расширить наши знания об эволюционных этапах различных видов растений.

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ БЕЛКОВЫХ МАРКЕРОВ

В СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ I. Идентификация сортов мягкой пшеницы с помощью изофермен-тов. Наличие аллельной изменчивости генетических факторов Ргх 4, ЛорЛ 1, Est 1, Gpd 1, Adh 1, Mdh 1 и Mdh 2 позволило произвести паспортизацию 126 сортов мягкой пшеницы по комплексу биохимических признаков. В таблице 2 приводится информация о генотипах некоторых сортов мягкой паеницы, отличающихся аллельными состояниями одного или более энзишсодирувдих локусов. Все исследованные ферментные системы, за исключением est 3, обладали достаточной степенью полишрфности, что является одним из обязательных условий пригодности изифермонтов и белков вообще для идентификации сортов.'

Таблица 2

Генетический паспорт сортов мягкой пшеницы по знзимкодарукщш локусам Ргх 4. Adh 1, üäh 1, Ысйг 2, Gpd 1, Est 1, Acph. 1 И а-Аиу-2

I Аллели и локусы

! Ргх 41 Adh ИЫсОг 1 /2! Gpäl! Estl {Acph11 а-Агау

Казахстанская 4 t 1 а В S 1 А А

Казахстанская 126 2 1 а В S 1 А А

Днепровская 521 2 1 а В S 1 А В

Мироновская 61 2 1 а в F А А

Мироновская 28 1 1 а в Р 1 А А

Мироновская 808 2 1 £1 в F 3 к А

Харьковская 81-2 1 1 а в Г 2 А А

Р-АНХ-7 2 1 с с S 1 А А

Р-АНХ-63 3 2 а 0 S 1 С А

P-AHX-8I 2 1 а 0 S 1 А А

Таким образом, коглплексное изучение группа изоферментов катодной пероксидазы, алкогольдегащрогеназы, мзлатдегидрогеназы,

глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, эстеразы, кислой фосфатазы и a-w1 амилазы позволяет более надекно наряду с другими методами идентифицировать сорта, линии пшеницы при умеренных затратах средств и получать дополнительную информацию, потенциально важную для генетиков и селекционеров.

2. Изучение сопряженной изменчивости биохимических и количественных признаков■ Изучение закономерностей наследования полиморфных белков и применение статистических методов, позволяющих оценивать несколько признаков одновременно является одним из возможных подходов для выявления положительных корреляционных связей между количественными и биохимическими признаками- С целью обнаружения таких взаимосвязей нами была изучена серия глиа-диновых биотипов сорта-популяции Богарная 56, состоящая из 114 линий, различающихся по компонентному составу глиадинов (Абуга-лиева А.1985; Кожемякин и соавт., 1991), Каждая линия тестировалась- по признаку урожайности в условиях необеспеченной осадками богары ("родная" для сорта зона) а продуктам экспрессии аллелей локусов Prx 4. a-Amy 2 и Gpd t. Результаты дисперсионного анализа трех генетических факторов Ргх 4, a-Amy2 и Gpd 1, обозначенных А, в и с, соответственно» з связи с урожайностью представлены в таблицах 3 и 4. Каждый фактор шел два по уровня, соответствующих аллелям "1" и "2" катодной пероксидазы, "А" и "В" - a-амилазы и "F" и "S" - глюкозо-в-фосфатдегидрогеназы. Из возможных восьми комбинаций перечисленных уровней принимались во внимание лишь пять: 1:1:1; 1:1:2; 1:2:2; 2:1:1 и 2:1:2, представленные в десяти повторностях„ Остальные комбинации либо игнорировались в связи с низкой частотой встречаемости либо не были обнаружены вообще.

В результате дисперсионного анализа каш было выявлено, что F фактическое превосходит F табличное при вероятности 0,95, а по повторностям ?факт меньше ?та,зл Следовательно, между урожайностью линий с упомянутыми выше комбинациями аллелей локусов, контролирующих prx 4, a-amy г и gpd, есть различия, повторности выровнены и разница между ниш лээхит в пределах ошибки опыта „ Показатель наименьшей существенной разности (НСР) эксперимента, при вероятности 0,95 равный 1,282, позволил установить причастность аллеля а a-Aray 2 в сочетании с Ргх 4-1 к максимальной экспрессии признака урожайности и выявить достоверно значимые комбинации - 1:1:1 и 1:1:2. На основании полученных данных можно

сделать вывод о существовании корреляционных связей между соче-«

танием аллелей Ргх 4.-1 и а-Агау-гА и признаком урожайности. По-видимому, геш этих локусов входят в блок (блоки) генов, контролирующих урожайность пшеницы, или, по крайней мере, являются сцепленными с этим блоком.

Таким образом, результаты дисперсионного анализа свидетельствуют о том, что ферментные системы пероксидазы и а-амилазы могут использоваться в качестве генетических маркеров урожайности и применяться в селекционных программах для более полного вовлечения генетических ресурсов при селекции пшеницы.

Таблица 3

Результаты дисперсионного анализа локусов Ргх 4, а-Ату 2 и Орй. 1 и урожайнооти

Дисперсия! Сумма ¡Степени! 1квадратовI свободы1 Средний ! Рфакг, квадрат ! ^табл. ! !Ошибка I опыта

. А 410.075 4 102.519 52.013 2.643 ЗИ50

И » 18.945 9 2.105 1.068 2.159

АН 70.957 Эб 1.971

Итого 499.977 49

> И - повторностиг НСР при вероятности 0.95 = 1.262 ц/га

Таблица 4

Выявление * с помощью НСР комбинаций генетических

факторов, достоверно значимых при взаимодействии с признаком урожайности

АБС I Среднее ! Значимость

111 18.04 при 0,95

112 16.25 при 0,95 122 13.6

211 12.87

212 9.72

Среднее всех данных - 14.09 . НОР пои вероятности 0.95 = 1 .262 ц/га А,в,С* - факторы, соответствующие локусам Ргх 4, а-Ату 2 и бра 1

3. Согоякетюсть компонентного состава глиадинов с качеством муки мягкой пшеницы. Хозяйственная ценность пшеницы, основной зерновой культуры, определяется качеством зерна, т.е. совокупностью его технологических» хлебопекарных и пищевых свойств. Поэтому, важно располагать эффективными критериями в оценке семенного материала, вовлекаемого в селекционные программы.

С цель» возможного выявления сопряженности компонентного состава глиаданов и качества муки проводили электрофоретическое разделение проламинов в ПААГ в присутствии ДЦС натрия 28 сортов мягкой пшеницы. Обнаружена корреляционная связь между относительным содержанием низкомолекулярных глиаданов с Мм 25 и 27 кД (рис, 10) и удельной работой деформации теста. Из графика» отражающего сопряженность силы муки исследованных сортов с относительным содержанием низкомолекулярных глиаданов, следует, что для сильных пшениц значение а соответствовало 3,5 и выше, для средних было в пределах 1,5 - 3,5 и, наконец, слабые сорта имели низкий показатель 0. который не превышал 1,5 (Рис. II) (Иващен-ко» Бияшев, Абугалиевэ С. Авторское свидетельство N17.48059. Заявка N4855243 от 30 ИЮЛЯ 1990г.).

Рис. 10 Денситограммы глиадинов зрелых зерновок мягкой пшеницы: а - Днепровская 521; б - Спартанка; I и 2 - высоты пиков компонентов 25 и 27, соответственно

I'

2

■fi-

ts

г a if h

Y. *

ZS-

23 V

7 ¡4'"

■ га

: г/

20

6

Рис. II нентов

л гоо ' т '■ боо \ 'удеяьняpn$yra6e&^wu~'mecm,t.i.

График сопряженности содержания глиадиновых компо-25 и 2? и удельной работы деформации теста при соз-

дании новых сортов и форм в селекции пшеницы.

Кластерный анализ исследованных сортов по показателям качества муки и хлеба и относительного содержания глиадиновых компонентов 25 и 27 показал сходства и различия имеющегося в наличии селекционного материала. Результаты анализа свидетельствуют, по всей видимости, о том,что все изученные сорта пшеницы могут сыть отнесены к определенным кластерам по комплексу изученных признаков.

' Таким образом, в результате применения методов многомерного статистического анализа выявлена положительная корреляция между соотношением определенных компонентов глиадинов и силой муки пшеницы, а также между удельной работой деформации теста и общей хлебопекарной оценкой хлеба. Предложен критерий оценки силы муки пшеницы по относительному содержанию глиадиновых компонентов 25 и 27. Выявленные нами полипептида могут служить биохимическими маркерами, с помощью которых можно дифференцировать различные сорта мягкой пшеницы по силе муки. Несмотря на то, что показатели качества зерна по своей природе являются сложными признаками, обнаруженные корреляции меаду содержанием отдельных компонентов и некоторыми показателями качества могут быть использованы при создании новых сортов и форм в селекции пшеницы.

. ВЫВОДЫ:

1. Осуществлена биохимическая паспортизация 126 сортов мяг-гой пшеницы, возделываемых на юго-востоке Казахстана, Украины и на Памире» по ферментным системам а-амилазы, глюкозо-б-фосфатде-гндрогеназыр катодной пероксидазы, кислой фосфатазы, малатдегид-рогеназы и эстеразы.

2. Определены частоты встречаемости а ареалы преимущественного распространения аллелей локусов Acph 1, a-Amy, Gpd i,Est 1, iidh t, Mah 2 и Prx 4 мягкой пшеницы. v

3. Обнаружена изменчивость по локусу Gpd т. ранее считавшемуся иономорфшм. Осуществлена локализация генетического фактора Gpd 1 на 5 в хромосоме шеницд. Выявлены новые аллельше варианты локусов Adh 1 ш Ргх 4.

4. Изучен генетический контроль и характер наследования ферментных. систем ACPH, GPDC est и РНХ мягкой пшеницы.

5. Получено доказательство, что донором генома А современных полиплоидных пшениц с геномами ав и abd является т.urartu.

6. Выявлена полоштельная корреляционная связь меаду сочетанием генетических факторов Ргх 4-1 и а-Ашу-2А и.урожайностью.

- 19 -

7. Обнаружена корреляция между компонентным содержанием низкомолекулярных глиадинов и качеством муки пшеницы. Предложен критерий оценки силы муки пшеницы по относительному содержанию глиадиновых компонентов с Мм 25 и 27 кД- -

8. Выявлены линии сортов-популяций Богарная 56 я ОПАКС I с редким сочетанием биохимических признаков„ отличным от сортов-стандартов и превосходящие их по комплексу качественных показателей, передающиеся на Госсортоиспытание.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ г

1. Абугалиева С.И., Бияшев P.M. Генетический контроль гло-козо-в-фссфатдегидрогенэзы мягкой пшеницы Triticun aestivum I. // Материалы 4 Всесоюзной конференции по Физиологии Растительной Клетки. - Минск.-1990. -С.2?,

2. Бияшев P.M., Абугалиева С.И. Биохимические маркеры генома пшеницы. // Тезисы докладов 2 Всесоюзного оовещания "Генетика развития". - Ташкент. - 1990. - С. 45-Ш.

3. Абугалиева С.И.', Бияшев P.M., Мумишоева 3., АОдуллако-нсв К. Новые аллели Энзимных локусов adh 1, нен i,'odh 1 и PRX а пшеницы Trltioum aestivum L. // В кн: Проблемы теоретической и" прикладной генетики в Казахстане. - Алма-Ата. - 1990. - C.6I-S2.

4. Абугалиева С.И.. Бияиев P.M., Кожемякин Е.В. Полиморфизм ферментных белков пшеницы.// В кн: Повышение устойчивости и продуктивности зерновых культур.-Алма-Ата,Гылым.-1991;~ C.I86-I9I.

5» Абугалиева А.И., Абугалиева С»И. Генетический паспорт сортов пшзницы. // Новости науки Казахстана. - Алма-Ата. - 1991. - 112. - С. 52-53.

е. Иващенко А.Т., Бияшев P.M., Абугалиева С.И. Способ оценки силы муки мягкой пшеницы. // Азторское свидетельство Я 1743059. Заявка я 4855243 от 30.07 Л990 г. Зарегистрировано-15.03.1992 г. Бюлл.МЗб.

7. Turuapekov Ye.К., Biyashev R.M., Abugalieva S.I. Geneti-cal diversity and geographical distribution of isozymes eodsd genes of barley Hordeu® vulgare L.// Izveetiya Akademii Nauk Kazakhetana. 19ЭЗ.- Y.3.- P.25-29.

ЦОРНТНВДИ ЭБУГА1ИЕВА СЭУ1В ИТЕ1ЩНЗН «идайдыц eeioBfaptiNUif к« туршш вакс aiapx» eipun тау-гене?)т*лщ зерттеулерде да1да1еиудмц иуия1я«цц»вр1.

Биология гилымдарыииц »анд*да?м аташи аду 03.00.15 - генетика

Вумис аумсац бмдвйдич беяоятарыныц сеяекцил~генетмкаяьц ауиистарды ыанизин эертуге аркаяган

ввриентрдщ »sreprinrtri аанг генетикаяыц бацыяау. энлшом ММ8Н1 тшрдн^ атше^нц *вае1Ш8 мен беШмдиич, века-яеиген бмокиияллц Шрсегшвгердщ ®зара ¿айяаныстары аерттедген. Бурня <Jlp ране ?yp*t деп саналш! кеяген бидаЯднц гявяозо-б-фосфат-дегидрогвиазасикиц esreprisivim байцаяды. 5В хромосомдагы генетика-лиц Ргк i, Adh i яокустаркны^ ваца аллельдер! аныцталди, АВ жане АВ геноиды полиплоиды бндайдыц А генеыыниц доноры Т. uiatfu еяен аны^аядн. Квптегем бкохккаялщ я»рсе?к литер неммнде «умсац бн-даЙдич -526 еорттарв паспортталды,, Богарная 56. Безостая £, опаке 4 еорттарынич бкох*и«лЛ1Ц вергетяиатершц артурл! болип кеяетш бан-цаади. Бидайдиц 4-£, d-kuy-2h аллельдер! иен шидшгищ ар»- ' снидв tufus байлвнис бар екеш аны^таядн. Темен мояекулалы гяиадин меи цпныц вув| арасыида да пкелей байланые бар екещ байкалды.

RSZUME .

ABUGAIjIEVA SAUbE IZTELEUOVKA "The polymorphism of common wheat proteins and possibility of its using in breed-genetical investigations"

Рог PhD degree receiving 03.00.15 - Genetics This research has been devoted to genetics of common wheat proteins

In present work the variability and genetics control oi en- • zymea, localisation and adaptivity of enzymes coded loci were studied, and relationships between polymorphic biochemical and quantitative trait a as well. The new alleles of Prx 4 and Adh 1 looi were observed. The variability of glucose-6-phosphate dehydrogenase of wheat, whioh has been considered as ¡¡¡onomorphio, $ the localization of Opd 1 was oarried out on the 5B chromosome. The evidence that T.urartu is the donor of A genome for modem polyploid wheat speoiee with A3 and ABD genomes was received. The passportization of 126 соашюп wheat varieties has been done on the eooplex of bioohamic&l traits. The intravarietal variability oZ Bogarnaya 56, Bezostaya 1 and OPAKS 1 was determed. The correlation between oonbination of Prs 4-1.and а-Ату 2Л alleles and productivity was conducted and between relative content of . low-Koleoul&r gliadins and quality of wheat dough as well.