Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Полиморфизм и генетический анализ запасных белков сортов мягкой пшеницы, районированных в Азербайджане

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Полиморфизм и генетический анализ запасных белков сортов мягкой пшеницы, районированных в Азербайджане"

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ

На правах рукописи УДК 575.112.826:633.11:479.24

Ахмедов Мохтасим Гуреш оглы

ПОЛИМОРФИЗМ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ СОРТОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ .РАЙОНИРОВАННЫХ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ

03.00.15 — генетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Баку - 1992

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

Научные руководители: академик АН УССР и ВАСХНИЛ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор СОБИНОВ A.A., кандидат биологических наук МЕТАКОВСКИЙЕ.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук АЛИЕВ Р.Т., кандидат биологических наук ШАХМУРАДОВ И.А.

Ведущее учреждение: Кафедра генетики биологического факультета Бакинского Государственного Университета им. М.Э.Расул-заде.

Защита диссертации состоится » _1992 года в_час._мин. на заседании специализированного Ученого

совета Д 004.20.01 при Институте генетики и селекции АН Азербайджанской Республики по адресу: 370106, Баку - 106, просп. Азадлыг, 155.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан « >>

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор биологических наук _

Алиев A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Изучение генетичей'ки детерминированного полиморфизма запасных белков пшеницы, прежде-всего глиадина и высокомолекулярного (ВМ) глютенина, позволило разработать способы идентификации генотипов и выявить сопряженность изменчивости данных белков с изменчивостью некоторых хозяйственно-ценных признаков (Рауле е1: а1 . ,1984,В«ш1аг<1 е*;.а1 .,1985, Созинов ,1985). Обнаружение таких связей позволяет использовать данные полиморфные белки ь качестве генетических маркеров на всех эта.ах селекционного процесса, существенно повышая его эффективность (Созиноз . ,1985). К началу настоящей работы не были,однако, идентифицированы некоторые аллели глиадин-кодирующих локусов даже у такого хорошо изученного в генетическом отношении сорта, как Чайняз Спринт (Чс) (Созинов и. др.,1979). У часто используемого в селекционных программах сорта Безостая I, так же, как у сорта ЧС, не' было изучено наследование ряда компонентов электрофоретического (ЭФ) спектра глиадина (Метаковский и др.,1985). У сорта Безостой I не было изучено наследование компонентов спектра ВМ глютенина. •

Ценную информацию дает анализ распространения аллелей глиадин-и БМ глютенин-кодирующих локусов в разных регионах и экологических зонах. Обнаружено, что для сортов каждого региона характерен.определенный комплект аллелей (Созинов и др.,1983, Метаковский и др., 1990, е1;.а1 .,1990). Предполагается, что присутствие

данных аллелей связано с определенными селекционными преимуществами генотипов, имеющих данные аллели, в конкретных экологических условиях. В связи'с этим большой интерес представляет изучение распространения глиадина и ВМ глютенина в очагах' происхождения культурных пшеницы. Одним из таких древнейших регионов возделывания пшеницы является Азербайджан (Вавилов, 1987).

Цель и задачи работы. Целью данной работы являлся анализ полиморфизма и наследования компонентов глиадина и ВМ глютенина у сортов озимой мягкой пшеницы, районированных в Азербайджане. В ходе этой работы предполагалось решить следующие задачи': I) завершить ранее начатый анализ наследования и установить генетический контроль всех компонентов ЭФ спектров глиадина и ВМ глютенина у сортов Безостая I и ЧС, часто используемых в различных генетических и селекционных исследованиях; 2) определить генетические расстояния между глиадин - и ВМ глютенин-кодирующими генами, находящимися в хромосомах пер-

вой гомеологической группы; 3) изучить межсортовой полиморфизм и внутрисортовую гетерогенность по запасным белкам у озимой мягкой пшеницы Азербайджана, определить частоту встречаемости различных ьллелей, характерных для данного региона; 4) проверить наличие корреляций между присутствием в генотипе определенных аллельных вариантов блоков компонентов глиадина и проявлением хозяйственно-ценных признаков путем сравнительного анализа биотипов сортов Азербайджана, гетерогенных по глиадину.

Научная новизна.Изучен характер наследования всех компонентов глиадина сорта ЧС. На основании аллельности строго установлена хромосомная принадлежность блоков компонентов глиадина и Ш глютенина у с орта-маркера Безостая I. Обнаружен и картирован глиадин-кодирую-щий ген, находящийся в хромосоме 1А и рекомбинпруищай с основными глиадин- и ВМ глютешш-кодирующими локусами с частотой 29,6$.и 27,9?, соо1ветственно.

Описан межсортовой полиморфизм и внутрисортовая гетерогенность по запасным белкам у сортов, районированных в Азербайджане.Показно, . что у одного из биотипов сорта Перзиван I кластер генов, контроли- * руюдих синтез блока компонентов га адана хромосокы 1Д, перенесен в хромосому 1А и наследуется сцепленно с основнш глиадин-кодирующим локусом этой хромосомы.

Практическая ценность. Глиадинкодарувдь* ген, картированный между основными глиадин- и ВМ глютенин-кодируюдаш локусами хромосомы 1А, могло использовать в качестве дополнительного генетического маркера. Установление хромосомной принадлежности глиадин- и Ш глютенин-кодирующыс локусов у сорта Безостая I тает возможность использовать данный сорт в качестве стандарта при анализе £Ф спектров этих белков. Данные о генетических формулах глиадина сортов,районированных в Азербайджане, дают возможность проведения правилного семеноводства эт.ос сортов и позволяют контролировать их чистоту и сохранять биотишгай состав гетерогенных сортов.Данные, полученные при сравнении биотипов сорта Перзиван I, показывают, что наличие в генотипе дополнительного участка хрокосомы, маркированного блоком глжадкна ИЛ 1ДЗ, может вызывать снижения показателя седиментации я содержания белка я зернах и увеличение массы 1000 зерен.

Апробация цаботы. Основные результаты диссертации изложены на ВсесосзисЗ конференции "Рекомбшогенез: его значение в эволюции и селекции" (Кишинев,1985),на конференции молодых ученых ИОГен /Л

СССР (Москва,1985), на Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва,1987),на научном семинаре Института генетики и селекции АН Азерб.ССР (Баку,1988;.на проблемном семинаре "Генетические основы эволюции и селекции" ИОГен АН СССР (Uoc-ква,1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и I тезисы в отечественной и зарубежной печатя. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состтт из введения, обзора литературы, экспериментальной части и обсуждения результатов, списка цитируемой литературы. Объем работы ¡ Sb страниц, включая 2Я рисунка и Д.1 таблиц. Список литературы включает 144 наименования.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Основной растительный материал разных сортов «ягкой пшеницы был любезно представлен сотрудниками отдела генетики пшеницы Института генетики и селекции АН Азерб.ССР и отдела селекции пшеницы Института земледелия Азерб.ССР. Нуллитетрасомные линии сорта ЧС получен от д-ра Е.Н.Sears (США, ун-т Миссури). Гибридизация проводилась лась путем скрещивания колос на колос.

Глиадин исследовали стандартным методом ЭФ в ПААГе в алюмшшй-лактатном буфере (РН 3,1) (Bushui , 2:111шад,1978), в модификации для вертикальных гелей (Новосельская • .■ и др. ,1983). Идентификацию аллелышх вариантов блоков глиадина проводили, используя каталог блоков компонентов глиадина (Matakovsky et.al. ,1984), а также его расширенный вариант, имеющийся в лаборатории. ВМ глютенин исследовали методом ЭФ в ПААГе в присутствии« додецилсульфата натрия (ДДС) ( ЬаешОу ,1970).Массу 1000 зерен и показатель седиментации определяли известным методикам. Содержание белка в зерне бы-

ло определено в лаборатории технологии Лн-та земледелия Азерб.ССР по модифицированному методу Къельдаля (Рядчиков,1970). Сравнение выборочных средних по количественным признакам проводили с использованием двухвыборочного Т-критерпя (Доспехов ,1985). Вероятность соответствия полученных данных ожидаемым а сцапленность или независимость анализируемых генных факторов оценивали по Тг (Ра-кицкий . ,1973). Тесноту сцепления между генами определяли по формулам и таблицам Allard ( Aiiard , 1956).

-4-

РЕЗУЛЪТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ I. Генетический контроль и наследование компонентов глиадина

у сортов мягкой пшеницы Безостая I и Чайниз Спринг. С целью получения данных о генетическом контроле компонентов глиадина изучены нуллк':етрасомные линии сорта ЧС, имеющие измененное число хромосом I и 6 гомеологических групп.Спектр компонентов глиадина зерен дисомных растений сорта ЧС при разделении по стан- . дартной методике ЭФ В ПААГ (ВивЬи&^Штов , 1978) насчитывает 31 компонент (Рис.1.).Анализ линий нуллитетрасомикоь, имеющих измененное число хромосом Г и 6-гомеологических групп,покзал, что у сорта ЧС за синтез компонентов № 5,9 и 21 отвечает хромосома 1А, компонентов № 4,6,7,11,13 и 24- хромосома 1В, компонентов № 1,2,3,10, и 15 - 1Д, компонентов № 25,26,29,30 и 31 - 6А, кощюнентов Л 12,14, 15,1а,19 и 22 - 63, компонентов Л 17,20,23,27 и 28 - хромосома 6Д. У линий, имеющих четыре дезы определенной хромосомы, как правило наблюдается усиление интенсивности окраски тех компонентов, которые отсутствовали в линиях, не_ имеющих данной хромссомы.

л

ад бв

6А

1А

235-И б.

7 &

9ч

то> 12-Т4-1618ч 20,

22«; 24Г"

4

-8 10

/т2 '' Ы

1В ш

•Лб •/18 20

■22 4

-24 ■26 28 .30 ■31

6В 6Д

и 6А

Рис.1.ЭФ спектры глиадина сортов Безостая I (Б) и Чайниз Сп/ринг (ЧС).Схематически представлзны блоки совместно наследующихся компонентов, контролируемые Х| ./осомами 1А,1В,1Д, 5А,6В и 6Д.

т

Б ЧС

Сравнение ЭФ спектров глиадина сортов ЧС и Безостая I показывает, что компоненты * 1,2,10,17 и 27 спектра ЧС имеются также у сорта Безоотая 1.Эти компоненты присутствуют также в ЭФ спектрах всех 260 зерновок Р2 01 скрещивания этих ссртов и имеют оди-

наковую интенсивность окрашивания. Поэтому можно утверждать, что соответствующие гены идентичны у родительских сортов.

Характер наследования компонентов глиадина, ко,-.даруемых хромосомами 1В,1Д и 6А у сорта ЧС, изучался ранее (Созинов . и др., 1979). Однако недостаточная разрешающая способность использованного в этой работе метода ЭФ в крахмальном геле не позволила выяснить характер наследования компонентов, контролируемых хромосомами 1А, 6В и 6Д.Необходимо было определить характер наследования компонентов, контролируемых этими хромосомами, у сорта Ч", а также хромосомную принадлежность всех, компонентов, выявляемых при разделении глиа-дина этого сорта в стандартных условиях ЭФ.

При анализе ЭФ спектров зерен установлено, что два компонента, контролируемые хромосомой 1А (й 9 и 21), присутствовали в 186 ' и отсутствовали в 74 зерен. При этом не было встречено зерен, в которых присутствовал бы лишь один, а не оба компонента. Расщепление по признаку присутствия или отсутствия этой пары компонентов, соответствует соотношению 3:1 (Х2= 1,66; Р> 0,10) .Группа компонентов, ■ наследуемых как менделирующий признак, названа блоком (Созиноз и др.,1976). Аналогичным образом в спектре сорта ЧС были'идентифицированы другие блоки совместно наследующихся компонентов глиадина (Табл.1). Все (кроме одного) учитывавшиеся, при анализе компоненты сорта ЧС, гены'которых локализованы в одной хромосоме,.либо присутствовали в спектре, либо отсутствовали т.е. составляли блоки (Рис.1).

На основании аллелизма была установлена хромосомная принадлежность блоков компонентов глиадина сорта Безостая I, идентифициро- . ванных ранее (Метаковски4 и др.,1985).Например, показано, что при отсутствии блока, контролируемого хромосомой 1В сорта ЧС, всегда присутствовали компоненты^,7, и 18 сорта Безостая I, и наоборот. Полученные фактическое распределение зерен по феяотипическим классам (присутствие блока Безостой I: присутствие обоих блоков:присутствие блока ЧС) не отличается зчачимо. от теоретически ожидаемого соотношения 1:2:1. Аналогично установлена аллелькость и других блоков (Табл.1).

2.Рекомбинация между глиадин-кодирующими генами, локализованными в хромосоме 1А..

В целом гены, находящиеся в 6 основных локусах, контролируются у сортов ЧС и Безостая I сичтез почти всех компонентов глиадина,исключение составляют компоненты № 5 у каждого сорта.

"•б1""

Таблица I

Число зерен Р2 скрещивания Безостая I х ЧС, имеющих различные блоки компонентов глиадина

Хромосома '

IA m 1Д 6А 6В 6Д

Блок Безостой I 74 71 56 72 63 67

Гетерозигота 128 137 137 135 126 137

Блок ЧС 58 52 67 53 71 56

X2 (1:2:1) 2,03 3,53 1,68 3,16 0,74 1,68

Р > 0,25 0,10 0,25 0,10 0,50 0,25

Анализ присутствие или отсутствия компонентов №5 был проведен у 179 рендемизгрованно бзятых зорен С'^абл.2). Из табл.2 Ьидно, что каждый из компонентов ,!£5 наследуется в соответствии с расщеплением 3:1, и, следовательно, контролируется одним геном.

Таблица 2

Распределение зе_рен ?2 по фенотипическик класса!,1 в зависи-• мости от наличия компонентов глиадина в спектрс

Компонент Сорт Наличие компонента Соотношение

' . •, + - + -

№5 л • ЬезоСтая I + + + ? НО 45 " ;

•';-. Ое -чс - + + ? + 134 36

.Число зерен S2 36 65 45 9 24 110:45 134:36

Г(3:1);" , • 0,48 0,38

Р > ' 0,25 0,50

Показано, что компонент £5 и пара компонентов 9 и 21, все контролируемые хромосомой 1А у сорта 40, наследуются сцепленно [Хг (1:2:1:2:4:2:1:2:1) =26,47; Р< 0,01). Аналогично, сцепленно наследуются и компоненты 5 и 9 Безостой I. Оба компонента №5 контролируются парой аллельных генов ( X2 (1:2:1) = 2,92; Р > 0,20). Величина рекомбинации мевду геном,'контролирующим синтез компо-' нента .4-5, и основнш глиадик-кодирующим локусом хромосомы 1А составляет 36,0 + 3,7$. •

В зависимости от неконтролируемых факторов компоненты Л5 на

разных плектрофореграммах могли перекрываться с компонентами А<4 и 6 сорта ЧС. Вызывало также трудности обнаружения этих компонентов на электрофореграммз в тех случаях, когда контролируйте их гены находились в одной дозе. Поэтому ЭФ разделение каждого образца повторяли 4-8 раз в присутствии на той ае пласту.но геля родительских сортов. Тем не менее однозначное присутствие или отсутствие компонента ИЪ Безостая I удалось установить только в 155 обрзцах, а компонент ЧС - 170 (из 179) (Табл.2). Для подтверждения результатов, полученных при'анализе зерен ïg от скрещивания сортов Бо- . зостая I и ЧС по зернам Р3 ( исследовали по 10-12 зерновок, взятых с главного колоса) (Табл.3).

Таблица 3

Число растений в фенотилических классах в зависимости ' от присутствия или отсутствия компонентов на фона ал-лельных вариантов блоков хромосомы ДА .

Компонент . Основной локус хромосомы IA . Всего. '

Безостой I Гетерозягота ЧС ■

№5 Безостой I II 5 0 16

Оба компонента 5 24 II 40'

№5 ЧС 3 3 • 7 13

Всего 19' 32 18

Для основного глиадин-коди-

рующего лскуса хромосомы IA X2 (I: 2:1) = 0,36; Р> 0,75

Для компонентов №5 X2 (I: 2:1) = 2,02; Р > 0,25

Величина рекомбинации между геном, контролирующим синтез компонентов №5, и основным глиадин-кодирующим локусом хромосомы 1А, рассчитшшая из данных табл.3, составляет 25,3 + 6,5$.

3. Картирование гонов, контролирующих"синтез аапасннх белков в хромосоме 1А.

Для картирования генов, контролирующих синтез запасных белков и локализованных в хромосоме 1А, был исследован специальный гибридный материал (Безостая I х ЧС (с1ап° 1Д )) х ЧС (нуллиТД-гетра 1В) , созданный д-ром Р.1.Раупв (Англия,Кембридж). Анализ глиадина гибридных зерен;' снова показал, что гены, контролирующие синтез компонента #5, и основной глиадин-кодарувщий локус, наследуются спепленно, т.к. нззависимое расхождение этих генов хромосомы 1А.

иоключается (X2 ( 1:1-1:1 ) = 48,42; Р <• O.OOI). Величина рекомбинации составляет 29,6 ± 3,3%.

Исследование нуллйтетрасомных и дителосомных линий сорта ЧС позволило установить, что компоненты ВМ глютенина контролируются кластерами генов, локализованными в длинном плече хромосом IA, IB и 1Д ( Biets et.al.I97ö, Lmvroiice et.al.I98I,Радив -et.al ,1981).

Анализ'присутствия или отсутствия компонента ВМ глютенина (90 : 89), Контролируемого хромосомой IA сорта Безостая I, подтвердил, что данный компонент контролируется одниы геном (X2 (1:1) = 0,01; Р> 0,95). Согласно данным по распределению зерен по фенотипи-ческим классам в зависимости от присутствия компонента К 5 на фоне аллелей локуса 'ВЫ глютенина, гены, контролирующие синтез компонентов №5 и ВЫ глютенина, рекомбинирушт между собой с частатой 27,9 + 3,3%.

Таким образом» установлено, что ген, контролирующий синтез компонента № 5 ЭФ спектра глиадина сортов Безостая I и ЧС, находится между локусами глиадика и глютенина на расстоянии около 30$ рекомбинации от каждого из них.

Рассчитанное расстояние межд„ ВМ глютешш- и основным глиадии -кодирующим локусами хромосомы IA составляет 46,4 + 3,6?.

4.Необычные спектры глиадина зернах и от скрещивания сортов Бдзосгая I и ЧС.

При анализе ЭФ спектров гибридных зерен нам встречались зерновки с необычными спектрами глиадина. Напримег , в одном зерне ?2 уменьшилось подвижность компонента № 4 Безостой I, который входит в состав блока, контролируемого хромосомой 1В.(рис.2,дор 3).0дно зерно в одном из исследованных растений Р2 имело в своем ЭФ спектре два дополнительных минорных компонента в (¿-зоне геля (дор.5). В ЭФ спектре одного зерна другого растзнпя Р.-, присутствовали другие два компонента/ отсутствующие у родителей (дор.4).

У одного из растений ^ в 4 из 27 исследованных зерен была обнаружена потеря всех компонентов, контролируемых хромосомой IB сорта Безостая I (дор.6). По-видимому, при формировании одной из зерновок произошла потеря участка хромосомы IB, маркированного глиадин-копирующим локусом, либо целиком хромосомы IB (расщепление по прчоутставд/отрутсташ) данной мутации 3:1, Х2= 1,48; Р > 0,20).

Рис.2. Необычные спектры глиадина, найденные среди зерен 55 Р3.1 -Безостая I, 2 -Чайниз Спринг, 3 -уменьшение ЭФ подвижности компонента В 4 спектра Безостая I ( зерно является гетерози-готсй но глйадин-кодирующему локусу хромосомы 1В), 4, 5 - присутствие в спектре 2 компонентов, отсутствующих у родительских сортов, б -потеря блока компонентов,контролируемого хромосомой 1В Безостой I.Схематически показан блок 1В1 сорта Безостая I.

Аналогичные спонтанные мутации глиачин-кодарующих лонусов, проявляющиеся в изменении подвижности дли потере отдельных компсяелтов спектра или целых блоков, были описаны разними авторами(Рзуъо 1984,^о£оуаку , е0г1аоу , 198?, ХаЛапдга et.al.J985, 1989).

5. Генетический контроль и наследование компонентов ВМ глю-теяина у сортов Безостая: I, Одесская полукарликовая и Бол-Бугда.

Для того, чтоб;; использовать еорг Безостая I в качестве стаа-дарта-тестера также по ВМ глютенину, необходимо било установить хромосомную принадлежность генов, контролирующих синтез компонентов ВМ глютенила Безостой I, я изучить их наследование. Для этого были проанализированы ЭФ спектры зерновок нуллитетрасомных линий и эуплоида сорта ЧС и затеи габриднге .зерновки от скрещивания Безостая I и ЧС.

ВМ глютечяй сорта ЧС при ЭФ в ДДС-ПААГе разделяется на 4 компонента (Рис.3). В линии,"лишенной пары хромосом 1В, отсутствует компоненты 2 я 3 . Следоватэльно, гены, контролирующие сия-тзз этих компонентов, расположены в хромосоме ГВ. Аналогично, хромосома 1Д контролирует синтез компонентов I и 4. Хромосома 1А сорта ЧС несет "ь;,';;.тз" агулль ВМ глатенин-кодарующего локуса (?а-уие о1;.а1. 1983). Три из четырех компонентов спектра сортов.Бе-

эоотая I и ЧС совпадают по подвижности (Рис.3).

1-

2—,

чд -в

—т -2

ОГ К1

Рис.3. ЭФ спектры ВГЛ г-шпнина сортов Безостая I (Б), Чайниз Спринт (ЧС), Одесская полукарликовая (ОГО и Бол-Бугда (БЕ). Схематчески представлены бло*.и субъединиц, контролируемые хромосомами 1В и 1Д сортов ОН и ББ.

Анализ спектров 137 зерен от скрещивания сортов Безостая I и ЧС показал, ^что гены, контролирующие синтез компонентов № 3 обоих; сортов, .адлельны и находятся в хромосоме 1В (Х^ (1:2:1) = 1,00; Р> 0,50) . Учитывая присутствие компонентов )р 1,2 и 4 во всех исследованных зерновках 3?2 можно предполагать, что у родительских сортов синтез контролируется одинаковыми генами.Следовательно, гены, контролирующие синтез компонентов I к 4 сорта Безостая I вероятно, локализованы в хромосоме 1Д, а ген, контролирующий синтез компонента №2, - в хромосома В.

Для того, чтобы изучить характер наследования компонентов й I 2, 4 спектра ВМ глютенина, мы исследовали гибриды от скреидаания сортов, хорошо отличающихся по набору компонентов этого белка. Однако лревде путем анализа зерен ?2 01' скрещивания сортов Безостая I и Одесская полукарликовая (Од п/к) мы установили тождество ЭФ спектров ВЫ глютенина у родственных сортов Безоотая I и Од п/к: у сорта Од п/к, как у сорта Безостая I, биосинтез компонентов I и 4 контролируется хромосомой 1Д, а компонентов 2 и 3- хромосомой 1В.

Анализ ЭФ спектров ВМ глютенина НО зерен от скрещивания сортов Од п/к и сорта Бол-Бугда, созданного в Азербайджане показал, что компоненты _№ I я 4 присутствуют в спектре всегда вместе и наследуются как моногенный-признак (Рис.3). Гены, контролирующие синтез этих компонентов у обоих родительских сортов, аллельны: распределение числа зерен ц0 тРем фенотипическим классам (24:57: 29) хорошо соответствует теоретически ожидаемому для пары кодоми-иантно наследующихся аллелей (X2 ( 1:2:1) = 0,60; Р>0,50).

Компонзнти 2 к. 3 обоих сортов также либо вместе присутствовали, либо отсутствовали i спактре и наследовались у oöoit: сортов моногенно. Гены, контролирующие синтез утих компонентов у обоих сортов, аллелыш: соотношение 34:43:2? незючительно отличается от теоретически ожидаемого для пары кодомпнантних а;уюлей (Х2(1:2:1) =2,45; Р > 0,20).

Таким образом, установлено, что у сортов Од п/к и Бол Бугда гены, контролирующие синтез компонентов й 1+4, и компонентов 2+3 локализованы в хромосомах 1Д и IB, соответственно (Рис.3). Гены каждой пары тесно сцеплены модду собой я наследуются вместе-блоком. Установлены хромосомная принадлежность и характер наследования компонентов спектра ВЫ глютоняна сорта-маркера Безостая I, районированного, в частности, в Азербайджане.

6. Определение расстояния ме.тду, глиадин- и ВМ глвтетш-• ■■ „кодирующими локусами, находящимися в хромосомах IB и ГЛ.

Дня определения расстояния между локусами запасных бс.пшв локализованных в хромосомах IB и 1Д, в тех же НО зернах от С1Фа~ щивания сортов Од ц/к к Бол Бугда были проанализированы спектры глиадина. Установлено, что Бол Бугда имеет блоки компонентов глиади-на ЮЛЯДЗ и GXJ3IBI7, а сорт Од п/к - йШД1 и GLDIBI, ран о о идентифицированные у других сортов и внесенные в каталог (üetakov-iky ег.а!. ,1934) ( для упрощения обозначение GIB в дальнейшем везде опущено) . Распределение зерен ?2 по тРем фенотишпеским классам незначимо отличается от теоретически ожидаемого для пары кодоминантных аллелей (X2 (I:2:I)=I,58; Р>0,25 для хромосомы 1Д и Х^ (1:2:1) = 3,57; Р>0,10 для IB). Величина рекомбинации между глиадин- и ВМ глютенин- кодирующими локусами, рассчитанная из данных по анализу зерен от скрещивания Од п/к и ¿ол Бугда, составляет по хромосомам 1Д и JB, соответственно, 44,6 + 4,6%' и 45,3 + 4,6%. Сладнатель-но, оцепление между генами глиадина я ВМ глютенина, распелохсшшия на одной хромосоме, практически отсутствует.

Согласо литературным данным (L8*rence efc.el ,1981, Рвупе ut,al,I982), рекомбинация между глиадин- и ВМ глютенан-кодаувщшл;? локусами составляет около 45$.

7. Адлель."ые варианты блоков компонентов глиадина у соь-тов мягкой пшеницы Азербайджана.

Для идентификации блоков компонентов глиадина у сотой

байдаана использовали набор маркерных сортов, блоки компонентов у которых были выявлены ранее с помощью гибридологического анализа (ВДакотоку «1;.аЗ;. ,1984), Например, сравнение ЭФ спектров глиада-на сортов Бол Бугда и Безостая I (Рис.4) показало, что в ЭФ спектре Бол Бугда отсутствует самый медленноподвижный компонент, характерный для блока 1Д1. Следовательно, Бол Бугда не имеет 1Д1. Сравнение ЭФ. спектров сортов Бол Бугда и Саратовская 39 показало присутствие у Бол Дугдг всех компонентов, составляющих блок 1ДЗ у Саратовский 39.

Д

. EF

h ББ

ТА 1Д IB-

IB

6В 6Д

6А

6А

5

% Р

/тд %

-20 о п

/24 ¿25 -26 "S27

IB

6А

Рис.4.ЭФ спектры глиадина сортов Безостая I (Б) ,Бол>-Бугда (ББ).Дордава (Д) и Одесская полукарликовая (ОП).Схематически показаны блоки компонентов глиадина, идентифицированные у сортов с помощью сравнения спектров и подтвержденные путем гибридологического анализа. •

ОП Д

Аналогичные образом, сравнение с маркерными сортами Лесостеп-ка, Дукат, Русалка, Кызыл-Бас, Клуж 650 и другими показало, что Гол Бугда, вероятно имеет блоки глиадина: 1А2,1В17,1ДЗ,6А15,СВ4 и 6В12 (разные биотипи),6Д9. Эти даннкз были подтверждены при анализе зерен ?2 скрещивания сортов Бол Бугда и Од п/к: всегда компоненты, составляющие выявленный путем сравнения с маркерными сортами блок, действительно наследовались совместно.Блоки компонентов глиадина, идентифицированные у сортов Азербайджана,дривьде-ны в Табл.4. Из 10 изученных сортов 4 имели один биитип-по компонентному составу глиадина, а остальные 6 били гетерогенными и имели по 2 биомпа. Сорта , гетерогенные по глиадашу^, обнаруживались и другими авторами ( Созинов • • .,..Поперел® '..,1376;:; Мбтаковский и др.,1985.)

Таблица 4

Блоки компонентов глиадипа некоторых сортов, созданных и районированных в Азербайджане

Сорта Число исслэ- дованных зерен -Биотипы Частота биотипов./» Хромосомы IA 13 1Д 6А 6В 6Д

Фарруги- 60 I 100 9 15 I I ? 13

неум м/п

Альбидум 140 I 97 4 I I 14 I I

25

Гюргана I 210 I 94 2 I 3 15 4 I

Бол Бугда 150 I 83 2 17 3 15 4 9

2 17 2 17 3 ■ 15 12 9

Арзу 125 I 76 2 II 3 15 4 14

2 24 2 II 3 15 ? 14

Перзивая I 185 I 76 16 17 5 15 12 14

2 24 16 17 3+5 15 12 14

Ширван 4 115 I 69 4 3 3 I I I

2 30 4 3 3 I I 6

Зардаби 100 I 60 II 15 3 15 15 13

п i« 39 II 15 3 15 V 13

Дюрдаяа 1X0 I 68 II 19 3 27 18 8

2 24 II 19 3 27 ? 8

Безостая I 50 I 100 4 I 1 1 I I

При анализе сортов мягкой пшеницы были обнаружены блоки, не внесенные ранее в каталог. В частности, у сорта Дсрдана при анализе зерен 1?2 от скрещивания сортов Дюрдана х Од п/к выявлены новые блоки компонентов, контролируемые хромосомами 1В и 6А. В состав этих блоков, внесенных теперь в каталог как 1В19 и 6А27, входят компоненты » 4,5 и 7 и » 23,25,26 и 27,соответственно (Рис.4).На основании данных табл.4 составлен каталог вариантов блоков компонентов глиадияа, идентифицированных у сортов мягкой пшеницы Азербайджана. В небольшой выборке исследованных сортов яабладаехоя неожиданно широкий полиморфизм (более 33 аллелей), по сравнение о данными анализа других регионов.Например, у 27 сортов.созданных в Са-

ратове встретилось около 25 аллелей глиадин-кодирующих локусов, а среди 14 Шортандинских сортов - 23 аллеля (Созинов и др.,1986).Наибольшее разнообразие по числу аллелей наблюдается по хромосомам 6В и 6Ц. Из табл.4 видно, что у сортов Азербайджана часто встречаюся аллели 1ДЗ и 6А15. ,

Анализ генетических формул подтверждает родословные ряда сортов. Так, сорта Арзу, Перзиван I, Зардаби и Гюргана I имеют в родословной сорт Бол Бугда. Исходя из генетических формул можно сказать, что данные сорта получили от Бол Бугда определенные блоки по следующей схеме:

Ферругинеум (местная популяция) Бол"Бугда ( 2.17.3.15.4+12.9)

I

Отбор или гибридизация с другими сортами

Зардаби \ Перзиван

(11.15.3.15.15+7.13) \ (16.17.5+3/5.15.12.14)

Безостая I х Арзу (4.1.1.1.1.1.) / (2.II.3.15.4+7.14) Гюргана I (2.1.3.15.4.1.)

8. Полиморфизм субъединиц ВЫ глдтенина у сортов, созданных и районированных в Азербайджане.

Все исследованные сорта мягкой пшеницы по компонентному составу ВМ глютепина имели один биотип.Опираясь на литературные и наши собственные данные к- генетическому контролю субъединиц ВМ глютенина, среди исследованных сортов можно предположительно выделить да., меньшей маре II аллеле'ппо хромосоме 1А - 2 аллелей, по хромосоме 1В -6 аллелей и по 1Д - 3 аллеля.Однако из-за отсутствии сортов-маркеров, упомянутых в каталоге ( Рауле , Ьаихепсе, 1983), мы не смогли определить какие конкретные аллели ВМ глютении- кодирующих локусов присутствуют у исследованных сортов Азербайджана.

Очевидно, что сортов Азербайджана выявляется широкий полиморфизм по ВМ глютенин- кодирующим лекусам, Поэтому определенных закономерностей по частоте встречаемости различных аллелей выявить не удается. Сравнение ЭФ спектров показывает лишь, что некоторые сорта унаследовали свой спектр Ж иытешша от одного из родителей.

При анализе ЭФ спектров глиадина и ВМ глютенина некоторых ' сортов были обнаружены зерновк:! (1-8 %), сильно отличающиеся по ЭФ спектрам обоих белков. Очевидно,'что данные зерновки представляют собой примеси, т.к. в большинство случаев они отличались от основного типа как по нескольким аллелям глиадина, так и.ВМ глютенина.

9. Особый случай внутрисортовой гетерогенности глиадина у сорта Перзилан I.

Кз табл. 4 видно, что сорт Перзиван I гетерогенен по глиадин-кодирующему локусу хромосомы 1Д а состоит из двух биотипов, отличающихся по ЭФ спектру глиадина (Рис.5). При этом сорт гомогенен по компонентному составу ВМ глютенина.

I 2 3

Рис. 5. ЭЪ спектры глиадина двух биотипов сорта Перзиван I (I и 2) и сорта Кзыл-Бас (3). Схематически соотватственно продотав-Л01Ш компоненты, контролируемые хроиосомой 1д.

12 3

Из табл.4 и рис.!] видно, что в основном биотипе сорта Перзиван I присутствует блок 1Д5, а зерновки второго биотипа имеют все компоненты глиадина, которое обнаруживаются обычно в блоках 1Д5 я 1ДЗ. Образцы сорта полученные от ориглнатора (1983 год) и элитный семена, из удаленного ые^та репродукции (19Й6 год), не различались по чаототь встречаемости двух биотиаов (второй биотип сосг^оляет 24-25,а всех растений сорта).Кроме того, анализ всех зерен растоний выращенных их половинок зерновок второго биотипа, показал, что а эт1-х растениях не происходит расщепление по глиадину. Следователь-

но, второй биотип сорта Перзиван I не является обычной гетерозиго-той. Тем нр менее электрофореграммы глиадина отдельных зерен второго биотипа сорта Перзиван I, суда по интенсивности окраски компонентов , входящих в состав 1Д5 и 1ДЗ, всегда выгладят как истинная гетерозигота. Сравнение различных спектров глиадинр показало, что спектры второго биотипа сорта Перзиван I приблизительно соответствуют гетерозиготе, имеющий одну дозу 1Д5 и две дозы 1ДЗ, а также спектру смеси сортов, состоящей аз I части сорта, имеющего 1Д5 и 2 частей сорта, имеющего 1ДЗ. Можно предположить, что кластер генов, контролирующий синтез блока 1ДЗ, экспрессируется во втором биотипе вдвое интенсивнее по сравнению с 1Д5,

Для установления локализация в геноме кластеров генов, контролирующих синтез блоков компонентов глиадина 1ДЗ и 1Д5 во втором биотипе сорта Перзиван I, были проанализированы зерна от скрещивания сортов Перзиван I и Кзыл-Вас feo .глиадин-кодирующему локусу хромосомы 1Д этот сорт имеет блок 1Д6) (Рис.5). Теоретически возможно, по крайней мере, три варианта расположения в геноме одновременно двух аллельных кластеров глиадин-кодирующих генов, локализованных обычно в хромосоме 1Д, у второго биотипа сорта Перзиван I.

1. Кластеры генов, контролирующие синтез блоков 1ДЗ и Д5, могли оба быть сцепленно в хромосоме 1Д. В случае отсутствия рекомбинации между этими кластерами среди зерен Р2 не должны обнаруживаться гомозиготы да и 1Д5. .

2. Кластеры глиадин-кодирующих генов, контролирующие синтез блоков 1Д5 (Перзиван I) и 1Д6 (Кзыл-Бас), аллельны, а участок хромосомы, контролирующий синтез блока 1ДЗ, не находится в коротком плече хромосомы 1Д. Характерной особенностью набора фенотипов является наличие зерновок гомозиготны?- по блоку 1Д5.

3. Кластеры генов, контролирующие образование блоков компонентов 1ДЗ и 1Д6, аллельны, а участок хромосомы, маркированный блоком 1Д5, находится в другой хромосоме. В этом случае должны наблюдаться зерновка F¿, имеющие блок компонентов глиадина 1ДЗ в гомозиготном состоянии.

Анализ ЭФ спектров 49 зерен Р2 01 скрещивания сортов Пераиван I х Кзыл-Бас показал, что среди них встречаются гомозиготные зерновки, имеющие блок 1ДЗ, но отсутствуют гомозиготы по 1Д5. Появление гомозигот 1ДЗ опревергает I и 2 гипотезы и соответствует третьей.

Распределанио числа зерен (14:25:10) по трем фенотипическим классаи (1Дб);(1Д6+3):(1ДЗ) хорошо соответствует теоретически ожидаемому для пары кодомияантншс аллелей соотношению 1:2:1 (Х2=0,67; Р >0,50).Соотношение числа зерен с присутствием и отсутствием блока 1Д5 (34:15) соответствует теоретически ожидаемому растеплению 3:1 (Х^=0,82; Р>0,20). Клок компонентов 1Д5 наследуется независимо по отношению к аллельной паре 1Д6/1ДЗ (3:6:3:1:2:1)-»,09; Р>0,10).

Анализ спектров глиадина зерен показал, что блок компонентов глиадина 1Д5 не сцеил..'Н с глиздиновыми маркерами хромосом 1В, 6В и 6Д. Однако независимое расхождение генов, контролирующих синтез блока 1Д5 и основного глиадян-кодирующего кластера хромосомы 1А исключается: блок 1Д5 наследовался сцепленно с блоком компонентов глиадина 1А16 сорта Перзяван I (X2(3:6:3:1:2:1)=22,2Э; Р<0,01). Величина рекомбинация между глиадин-кодирующям локусом хромосомы 1А и гонами, контролирующими синтез блока 1Д5 у второго биотипа сорта Перзиван I, составляет 18,0 + 6,0$.

Для картирования генов, контролирующих синтез блока 1Д5, били проанализированы ЭФ спектры компонентов ВМ глатенина в тех же зернах Р2* Показано, что гены контролирующие синтез блока 1Д5, и ВМ глютенин-кодирующий локус хромосомы 1А, расходятся независимо (Х^ ( 9:3:3:Г) =3,35; Р>0,25) . Величина рекомбинации между этими генными кластерами составляет 42,3 + 12,1%. При этом рекомбинация между основными локусами, контролирующими синтез градина и ВМ глюте-нина хромосомы 1А составляет, по данным этого скрещивания >3,4 + 13,35?. . Т

Таким образом, при анализе небольшой выборки зерен 1?2 нам 110 удалось однозначно картировать перенесенный участок хромосомы 1Д, маркированный блоком 1Д5.

Очевидно, что этот участок довольно мал и не обнаруживается при исследовании дифференциально окрашенных метафазних хромосом (цитологический анализ любезно проведен А.А.Лушн;:ковой).

Таким образом, установлено, что кластер генов, контролирующий синтез блока глиадина 1До, аллелен блоку 1Д6 сорта Кзил-Б.', а участок хромосомы, маркированной блоком 1Д5, перенесен в короткое пл^чо хромосомы 1А и наследуется сцеплскиО с основным глиадин-код;:руюаим локусом этой хромосомы. На новом месте гены, перенесенные в хромосому 1А, нормально экспрессируются, причем ах экспрессия скоордйн/;,о:;

на с генами, находящимися в хромосоме 1Д. Перенесенный участок хромосомы довольно мал и не обнаруживается при исследовании мета-фазных хромосом.

10. Сравнение биотипов сорта Перзиван I по некоторым хозяй-ственно-целным признакам. > .

Второй биотип сорта Перзиван I отличается от первого биотипа наличием дополнительного генетического материала хромосомы 1Д.По-этому представляло интерес сравнение биотипов сорта Перзиван I по некоторым хозяйственно-ценным признакам (показатель седиментации, коррелирующий,как известно с качеством муки, масса 1000 зерен и содержание белка в зерне).

Мы обнаружили, что два биотипа сорта Перзиван I достоверно (на 0,05 уровне значимости) различались по всем этим трем параметрам урожае 1986 года. Различие между первым и вторым биотипами составило 5,3 мл, ~3,1г и 1,45%, соответственно. Однако в урожае 1935 года различий не наблюдалось.

Таким образом, сравнение биотипов сорта Перзиван I показала, что присутствие в генотипе аллеля 1ДЗ в некоторые годы сопровождается снижением показателя седиментации и содержания белка в зер^-нах и увеличением массы 1000 зерен. Однако для окончательного решения вопроса о достоверности различий биотипов сорта Перзиван I по хозяйственно-ценным признакам необходимо иметь подобную информацию за большее число лет.

ВЫЕОДЫ

1. С помощью гибридологического анализа в элекгрофоретическом спектре ( полиакриламвдный гель, алюминий-лактатный буфер, рН 3,1) гяиадина сорта Чайниз Спричг, широко используемого в различных генетических исследованиях, вперьые идентифицированы блоки компонентов, контролируемые всеми основными глиадин-кодирующцми локусами. На основании аллельности строго установлена хромосомная принадлежность блоков компонентов у сорга-маркера Безостая I.

2. С помощью анализа зерен 3?2> растений а также сложного бик-кросса покасано, что в хромосоме 1А сортов Чайниз Спринт и Безостая I имеется дополнительный глиадин-кодирувдий локус, контролирующий синтез одного из компонентов (¿-зоны спектра глиадыщ и ре-комбанирующий по данным беккросса с основным глиадия-кодируодим лонусом этой хромосомы с частотой 29,6 + 3,3 а с локусом высокомолекулярного глютенина- с часто™ о Г!" 27,9 + 3,3 %.

-193. На основании нуjtлиге трас ошого и гибридологического ан,члиза установлено, что у сорта Бсзостая I компоненты высокомолекулярного глютенина (ЭФ в присутствии додецилсульфата -No) находящиеся под контролем хромосом IB и 1Д, наследуются х, виде блоков cjоъе-диниц. Гены, :сонтрслирующие синтез глиадина и высокомолекулярного глютенина и локализованные в хромосомах IA, 1Б и 1Д, рекомбиниру-юг меаду собой с частатой, соответственно, 46,4 ±13,3$, 45,3 + А,6% и 44,6 + 4,62. Т . Т

4. Описан межсортовой поли;'.орфизм и внутрисортовая гетерогенность глиадина и высокомолекулярного глютенина сортов мягкой пшеницы, созданных и районированных в Азербайджане. Составлены каталог идентифицированных у них блоков. Показано, что у всех сортов в родословной которых имеется местный сорт Бол Бугда, присутствуют блоки компонентов глиадина 6AI5 и 1ДЗ, что может указывать на високуюо селекционную ценность соответствующих вариантов глиадин-кодирующих локусов.

5. Обнаружено, что один из биотипов сорта Перзиван I имеет лее компоненты глиадина- , обнаруживаемые обычно в блоках 1ДЗ i: 1ДС. С помощью гибридологического анализа показано, что учгсток хромосомы 1Д, маркированный блоком 1Д5, перенесен в короткое плечо хромосомы IA. Частота рекомбинации между кластерами генов, контролирующим синтез блока 1Д5 (находящимся в перенесенном участие), и основам глиадин-кодирующим локусом хромосомы IA сорта Перзиван I составляет 18,3 + 5,9$.

6. Присутствие в генотипе сорта Перзиван I блока компоненто! глиадина 1ДЗ ( у биотипа с перестройкой) в I96G году сопрововдгиось снижением показателя седиментация и содержшыя белка в зерно н упе-личением массы 1000 зерен. Однако данные различия но обнаружены в материале 1985 года.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. Ахмедов 1,1.Г. ,!.1етаковский Е.В., Созинов A.A. Полиморфизм глиадина у некоторых сортов озимой мягкой ппйнады.-Докл.ВЛСХПгЫДЭСо, Jf-1 с. 3-5.

2.Meтаковский Е.В., Ахмеде ¡л Ы.Г. Случаи рекомбинации в райге глип-дин-кодирующих локусов у мягкой пшеницы, выявляемые npi. анализе оистип;:ой структуры сорта.-Материалы Всосоюзной конкуренции "Pc-г.окбииогенез: его значение в эволюции и селекпиап.В Kjtuu.sD, "Штииниа", 2966. с. 2Ы-284.

3. Uetakoveky i.V., Akhaedov. M.G., Sozinov A.A. Genetic aaalyele of gliadln-eacoding geaeo reveal» gene cOucter as well a8 aIngle remote gonea. - Theor. Appl. Genet., 1986, v. 73, H 2, p. 276 -2£5.

4. Ахмедов М.Г. Исследование полиморфизма и генетической анализ высокомолекулярного глютенина у некоторых сортов мягкой пшеницы* -Тезисы доклада на У1 Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов".Москва,1987,с.109. 5. Ахмедов М.Г., Метаковскяй Е.В. Наследование компонентного coa-Tasa. глиадина гибридами от скрещивания сортов Безостая I я Чай-низ Спринт.-Генегика, 1987,т.23, J88,с. 1478-1490. В. Ахмедов М.Г. Рекомбинация между глиадиновыми генами у сортов пшеницы Чайнкз Спринг и Безостая I.-Сб."Проблемы молекулярной генетики ."Москва,1988,с.99-104.

7.Ахмедов М.Г,, Метаковский Е.В., Созинов A.A. Мехгеношшй перенос генетического материала у мягкой пшеницы, выявленный с помощью анализа генетических маркеров.-Докл.АН СССР,1988,т.299,

« 3,0.734-737.

8. üetakoveky E.V., Afchaedov И.О., Payne P.I. A caee of spontaneous intergenomic traaefer of geaetic material containing 811-adla genes in bread wUeat. - J, Genefc. sad Breed., 199O ( in preee).