Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РОЛЬ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОМА В ФОРМИРОВАНИИ РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ РАСТЕНИЙ

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "РОЛЬ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОМА В ФОРМИРОВАНИИ РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ РАСТЕНИЙ"



госагропром ссср всесоюзный научно-исследовательския институт

сельскохозяйственной радиологии

На правах рукописи

ГЕРАСЬКИН Станислав Алексеевич

УКД 577.391 : 582.1 : 581,19

роль структурной организации генома в формировании радиорезистентности

РАСТЕНИЙ

03.00.01 — радиобиология

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск — 1988

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии Госагро-прома СССР.

Научные руководители — доктор биологических наук, профессор, академик ВАСХНИЛ Н. А, Корнеев

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Б, И. Сарапульцев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В. И. Корогодин — Объединенный институт ядерных исследований {г. Дубна) кандидат физико-математических наук С. В. Фесенко — Всесоюзный научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии (г.Обнинск).

Ведущая организация — Агрофизический научно-исследовательский институт ВАСХНИЛ (г. Ленинград)

Защита диссертации состоится 1988 года

в . . . . часов на заседании Специализированного совета Д t20.8t.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии Госагропрома СССР по адресу: г. Москва, ул. Белинского, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии.

Отзывы просьба направлять по адресу: 249020, г, Обнинск, Калужской области, ВНИИСХР, Специализированный совет Д 129,81.01.

Автореферат разослан 1988года.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат биологических наук Й. И. САНЖАРОВА

- I -

. ОБШ ХАРАлТШШт РАШШ

■ - Актуальность темц. Интенсивное развитие атаикол энергетики и широкое применение радиационных биотехнологий существенно повысило интерес к проблеме радиорезистентности хатах организмов.: Радио-Г резистентность ввдов, находящихся на разных уровнях эволюционного развития, существенно варьирует, в поэтому установление закономерностей фотынрованпя дифференциальной устойчивости представляет не-соынениый интерес в нуждается в систематическом и всестороннем исследовании. ..','■•.'•"

Введение в работах А. Спэрроу и В. И. Корогожина фундаментальных понятий радио- и карио таксонов позволило резко продвинуться вперед в поникании взаимосвязи структурной организации генетических систем и радиационной устойчивости организмов. Необходимо отметить, 'что различные карнотаксоны объединяют организмы а принципиально различной структурной организацией Генетического.аппарата. Однако" в рамках этих представлений невозможно объяснить весь диапазон на- . йлгадаемой изменчивости уровней радиорезистентности в частности, существование внутривидового полиморфизма, Представляется вероятг- ' ни:, что причины наблвдашого внутривидового радиополиморфизма также связаны с особенностями эволюционной выработанной тонкой структурной организации генома при неизиенннх физических параметрах клеточного ядра. Такт образом, дальнейшее развитие взглядов А.Снэр-роу 'и В,И.Корогодина требует применения качественно новых, подаодов;" пригодных для установления тонкой структурной организации генети- ' . ческих систем. ; . -. \ - ' ■

Выявление тонкой структурной организации генетических систем,. ' отражающей внутривидовые различия генетического аппарата, открыва- -ет возможность установления генетического контроля радиорезгетент-ности и других фенотипических проявлений устойчивости растительного организма. . * ■: ; .*■„■._';■

ЙЗ-ТЬ И я^уичаГисследованиа. Целью настоящей работы является изучение роли структурной организации генсша в формировании радио— * резистентности растений'. Для достижения указанной цели были'поставлены следующие конкретные задачи:

■ I. Разработать методические подаоди дяя обьеквивной классификации биологических объектов, в зависимости от их радяорезиотент- ' ности и структурных параметров генома.: . .:.-'•'-.■

■ : \ Цгктрыьидя !

~ Изубрав Скв*соте::а , "о?:твс:;ой очд

.■"■'■V .■ • " сьдьсиох.укЦс.в.'«. ая-ДИС'в-

вм. К. А. —----

- 2 - .■ ' ' .■

2. Провести радиотаксовокию организмов, репрезентативно представляющих все известные тыш структурной организации генсш (ка- .' риотшш). . - '.'

- ' ■ - 3, Изучить еозшшюсть редкотаксоншип высших семенных растении в зависшоота от параметров клето^ого ядра и определить грани-цц ее пршешыости. " ■ .*■■

' 4, .Разработать метода выявления тонкой стр1*ктуриой ■ организации генома и исследовать ее роль б ¿оптировании внузривдцового ра-дкоиолшор^язма. " ■ '

' Полоненкя. гмттигявмне на защиту:

1. Иерархия радаотавзонов непосредственно отражает ст^ктур? •кые преобразования генома в ходе прогрессивной эволюции. ■'■'",■'■

2. Внутривидовая дифференциация радиорезистентности .растений обусловлена особенностями тонкой структурной организации генома.

Научная новимр. ^Впервые:

- проведена. объективная компьютерная классификация организмов в за-бпсеыости от их радиорезистентности и структурных параметров генома Выявлена иерархия радиотаксонов я установлена ее связь о иерарх»* ческой системой биологических видов; -V' '

- проведена радаотаксонскдя высших растений. Продемонстрирована связь полученных кластерных решений с филогенезом высшюс растений; .

- установлена корреляция кеаду радпорезистентностью покоящихся се-" ш и вегетирующих растений;

- выявлена тонкая структурная организация генетических систем, контролирующих биосинтез запасных белков мягкой пшеницы;

- показано, что внутривидовой полжорфнзы по радиорезистентности мягкой пшениц» обусловлен особенностями тонкой структурной организации генсш.

Теоретическая ц прастдц'^кая зцаримоста. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что структурная организация генома является одним из ведущих факторов, определяющих как межвидовую , так и внутривидового дифференциацию организмов по уровню радиорезистентности. Соответствие иерархии радаотаксонов иерархической система биологических видов позволяет на основе радиобиологи-, ческой пнузряации и структурной организации генома оценить эволюционную близость и филогенетические связи представителей различных груш растений.

Высокая эффективность н универсальность развитых в работе ые-тоднческих подходов к радиотаясонсмии широкого крута биологических

объектов позволяет рекомендовать их для внедрения а практику ра-. диобиологических исследований. ■ . .

. Разработан компьютерный метод для оперативного установления геномной, хромосомной, кластерной и локусной организации полиморфных систем цроламщов, вкдючагщий факторный анализ нераввовесности по сцеплению компонентов влектро^юретических спектров исследуемых сортов пшеницы и отщмваадий возмояность генетической їздеитигрикащш "белковых" формул .сортов и линий сельскохозяйственных растений. Указанный Метод нашел применение в практике. работы отдела молекулярної биологии Всесоюзного НИИ растениеводства ш. В. И.Вавилова при идентификации эталонных спектров в Каталогах мировой коллекция ВИР.

Струтугура и объем работы. Диссертация состоит из введения, :Г четырех глав, заключения, выводов в списка литературы. Работа изложена на 119 с траншах машинописного текста, вклочает 10 таблиц и 20 рисунков. Список литературы содержит ІГ7 наименований, в т.ч. 43 иностранных. ..

: - Дттппііяття. Результаты исследований доложены на Ш Цездународ- ' .ном симпозиуме ШІ4 по биохимической идентификации сортов (Ленинград, ІЗ&7), Биофизическом семинаре Объединенного института ядер, ных исследований (Дубна, 1Э88), представлены на Всесоюзной совещании по применению физического и химического мутагенеза в сельском хозяйстве (Кишинев, 1087) и конкурсе научных работ, посвященном /.. памяти В.Ы.Кдечковского (Обпинск, 1987).

>'■'■ * РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЩОВДІШ ■■'..■" 4

I. Кетаэдсн* то тлю таксонов к Диалогическая эволюш^. Вопрос о том, какие ректоры обуславливают дифференциации организмов по радиоре- . • зиотекткости дасно интересовал многих исследователей. Терзи (1963) была установлена корреляция мегду радиочувствительности) (1/^) вирусов , бактерий,. культур клеток высших организмов и содержанке« в них нуклеиновых кислот.-Исходя из того, что на радиочувствительность влияет не только количество но и ее организация, Терзи разделил имевшуюся в его распоряжении выборку на 4 грушш, отражающие принципиально различные уровни организации генетического »материала, внутри которых наближалась линейная заипсшость ыедду радиочувствительное тью и содержанием ДДИ (РНК). Каплан к І*озес (ІЗД4) показали, что различая ¿;с&цу лмшз.Л реірессии, определоощжи 2 и " 3 группы, статистически не достоверны и на этой основании выделили

- 3 группы. Спэрроу. (196?), исследуя зависимость радиорезготентнос-" - -г ти (дф) от объема ЕНТер^взннх хромосом, разделил выборку из 79 ■, ганлзыов на 8 групп, нязванных дм радиотахсонами. Однако в один и",.','1

■ • тот же радиотаксон попадали организмы, прия i (мгнд отличамциеся., -;ino структурной организации геаоыа, на"основании чего бил сделал". ' -'.у л вывод о тем, что радиотаксовсшш не имеет отношения к биологичес-; » .

• кой систематике и не отражает эволюционных преобразований генома.

• Ц.И.Шальнов (1977) иа^основе данных о содержании-нуклеиновых '-кислотг с труктурной' организации.генома и эффективности репарации ' ДИК - выделил 6 раднотаксонов,. принципиально соответстьующих эволюци-. онныы изменениям структуры генша. Идеи Ы,И.Шальнова ползгшлк раз- ..

витие в работах-В.И.Корогодина (1962, 1983), где в качестве радио-; " ; таксонов рассмотрена - группы организмов с близкой удельной надеж- '' .1 ностью геноыа. При этом распределение биологических объектов по ра-."" диотаксонаы соответствовало их . распределению по 4 известным уров-, ' ^ вда структурной организации генома (карйотшш*). - . '',:■}- с'Следует ошетить," что использованные в .работа! этих авторов принципы объединения биологических_ объектов в радиотаксонн с' по-; мощш линейной"регресоии не позволяют применить количественные Кри-, терии для определения числа радиотаксонов. Выбор количества радпо- -' _; - ..' Таксонов на основании ввешего критерия -; известного числа карио- ', " '; -. типов, даже в случае хорошего совпадения с экспериментальными данными/ не является , достаточным основанием для вывода'о соответствий -Г радио-, и карибтажсонов.' К'тему же, если расположение эксперимен-; '■-*." .-'. тальных точек на плоскости характеризуется значительной неодаород-: "' Ностью. что и наблюдается при анализе зависимости Д^дг размера ге, ' нома, аппроксимация такого материала несколькими линиями peipeccra . - неизбежно приводит, к искусственному. Объединению ff один таксон. ор- , ';'. ганизков, весьма далеких по своей организации генома и радиорезистентности. . ' -■ ч ■ ■, ■ Ч .:■*'.;■:-..■ ".'■,* ■

■ Указанных недостатков позволяют пзбелать методы .объективной * > : ^ашьютерной кдасси|икации. При э том полученная ■ классификация оце- V

/ ; нивается с двух точек зрения: удачно ли она разделила представлен- -.'; ; ч пне данные, наблюдение (внутренний критерий точности) и сохраняется ; ■ ' -;ли она на других шюдествах независимое данных (внешний критерий -"

* ■ непротиворечивости).'. Критерии точное та и непротиворечивости явля-

ются независимые. п не сводятся др;т к другу. В качестве принципа : объедше^шя'объектов в таксон при этой, i,¡сдает быть использована не * ; лщнЕйная' зависимость радиорезистентности объектов от параметров ■-

■ > г-

-.

^ V: :. Г -т ,

ядра, а их близость в эвкдшдовок пространстве.рассматриваема при- ,■", : знаков...'-': ■■ '' •.. • \ -V. .;

. ' Для ввделшшя таксонов использовался алгоритм а' средних со ' случайным выбором, центров. Качество классификации оценивалось по -' Величииа норлгроваиной внутритаксонвой дасперспи:. Т- ; , . ■

¿где & - вкутритаксоннал дисперсия,: п- количество ввдЬляешх так- '

соиов,. н-объем внворюц Полученные-решения тек точнее описывает :.'- структуру исследуекых, объектов, чем кеаыпе величша Т.' При этом ' - участки кривой Т( а ),' параллельные .оси абсцисс соответствуют реше-ншм. объяснявщииравпую доля общей дисперсии выборзш. В соответс- . ' твии со второЯ теоремой Шеннона та решений. объясняющих одинаковую) ' доле общей дисперсии, выбщштся содержащее нашеньыеё количество- .;', таксонов. ; •',, • .'•. • -V . - •..;••. • ' » ' •• •. ' '

. ; .'-Описанный подход был использован для атализа эксдершенталь^*' > г. них данных,. на основе которых Спэрроу. сфохкулировал концепцию 8 ра. доотаксонов. Анализ изменения 1фитерия такооналш (рис. I)' свиде- ; . .

.тельствуег о существовании нескольких поддавдшсся содержательной ;' ■ ■ интерпретации решений в вше 2, /3, 4 и 7 таксонов.' Следуетособо ошетить; факт получения целого ряда последовательных кластерных1. '*-*■ решений,, удовлетворяющих внутреннему критерию/. ■ ; - ^ ' " " ' '-1'

т ■ ■ _ Рис. I." Изменение критерия таасонсшта.' ; ^

■ .■■..'" дри анализе выборки из. ?9орга- ^ ; " .".„.Л > низков,, сфоршфованной Спэрроу, . • / при различных кластерных решениях 1

Полученные решения тшютчеткий ба- . - ологеческий сшсл я легко подцавтея содер- „ - лательной интерпретации.: Решение,. содерва-; щее. 2 таксона, отделяет вщрусы"и наиболее .

' . ' "тттггггпгг мелкие бактерии от остальных организмов; ■ . ■ »содержащее 3 таксона - делит ваборку на

- вирусы (I), низшие растения (прокариотические клетки бактерий и примитивные ; эукариотические клетки дроотей и водорослей) (П), ; а такке'; эукаркотическве клетки внешие растений и ниво'тных (и). Выделение ■

- 4 таксонов дополнительно приводит к достаточно чоткоцу разделении

- вирусов, нуклеовд которых содеркит 0Д110-; или двуцепочечные иолеку- : лы нуклеиновых кислот! 7-кластервая модель позволяет, разделать вы-. -

- боркуна одноцедочечные вирусы (I) прешудествешюдвуцеаочечныо '

ыелмге: (И) :i 1фушше (Ь) Bigpyca, нгаише растения (1У, У), клетки: висшх растений (У1)■ и ливотных (УП>. ' • ■'-.■'-■■'•;

. п С целых установления непротиворечивости подученных решений (Зила cÇ ojfcBpobaHa и подвергнута классификации везавясилая выборкаиз IÎ.3 организмов 'о известный по лктератлдам'данным соотношением ыо- ' лекулярноИ шссы ДЬС (РНК) и Анализ изменения критерия таксоно-иш (рш^г^свидетедьствует о тоы, что непротиворечввши являются ^ .только решения в вике 2,-3 х 4 таксонов.' ■■ " V;/1 :• '

Рис. 2. Изменение 1фнтервя таксшсяши при •' :анализе независимой выйорки из - • .-' ■ 1СЗ организмов цри различных клас-■■ - ТврНЫХ ревепиях .

; - -;*: Содержательная штерпретация полученных на незаьисшоК выборке решений (рио.' 3).' принципиально совпадает с результатами.' ' подученными при классификации выборки Спз-• рроу. Анализ рио. 3,. горизонтальные уровни ■. которого соответствуют подученным решениям, . ■ - позволяет сделать вывод о принципиально ■ _

вавясы свойстве радио таксонов - их иерархичности. Совпадение. виде-:. лепных решений с'общебиологической таксономией свидетельствует о ~ тесной'связи радиорез истентности со структурной организацией генетических систем'И ИХ сопряденкоа ЭВОЛЮЦИИ. ■ 1 V

i-l'I i |-r»*|% i A « ,

(181]

CM)

г

z

s:

(se)

s

идо!

Вроивде«* ■ - ryujtffll

«уздрАотк (77) VT :

1

i 1 mm, '

V "ГЗГ ■

: v , Рис. 3. : Иерархия радио-;\ * /.,'.:;.; таксонов, полу; ■ ченаая при, -

классификации '"' .,..163 организмов

а- (веэависдаая '••• ви<Зорка) '

Разделение организмов на 2, 3 и 4 радио-'

летворяет внешнему и внутреннему критериям качества классификации, что свидетельствует об объективной к универсально« характере выяв-'

лепных закономерностей. Полученная классификация характеризуется -, не только сходством входящих в радио таксоны организмов ; ной поло-, жеянем б древе иерархии общепринятое спста-аита;, vj-o свидетельствует об общобиологической значимости радаотамсоноиии, непосредственно отражающей ^ основные этапы структурных преобразований генома . в ходе прогрессивной эволюции. ' ■ г .■ . ; > : ". '..,*- ; ■'. -

3»"^B^ffi^ Тя'гшТ|ВЧ1П,Ш'и^та Л ЙР"МЧ?Яд3' ^шга тастенра. В свете лобученных результатов бодызой-интерес представлял вопрос овоз-кодности радиотакешами в пределах • одного кариотша; На рис. V представлены данные о соотношении радиорезистентности (Jffigj;) веге- ■

. Рис. 4. • Соотвопенне радиореэис-:; н тентнооти вегетирующих ", ; ;растений (Д%о».15с>).и - 4 обьеш иатерйазвых хро- ■ -.'..' мосш (иш3) у предста-- : вителеИ 65 гадов вас-.'. tiiuj} роствдой т

тцрупшос растений и объе- ' " ^ ыа шс интер^азних зохшо-. сои. Всего, с учета: раз- • новшдаостеЙ, сортов, линий, ■ а также донята разных ав-' торов об идентичных бота— v- ^ - ' - '-■'■ шческих объектах,' кошы)- ."

терноыу анализу било подвергнуто экспериментальные характерно ти- -кх 65 видов twí""*^ растений, относжехся к 2 сеиёйстваи класса ■ " ■ ■ хвойвые отдела голосеменные,.3 сшействаы класса однодольные 'и 18 ~.Л семействам класса даудодьные отдела погфууосшенкые. - ■;* ■ ■ _ лЫа ртае.-5показало'извинение критерия таксоношк, свидетельс-. твующпе о: существовании-даух решйщй, соответствующих 2- и З-квас- ;, - тернш ыоделяч. Результаты класси^ пкацки представлены- на pao, в. ; .•• Анализ получениях кластерных рошенвй свидетельствует о свези ради-отагеономии о\1да>генезш внежх растений; 11ри этом более древние <^орщ (голос шекдые). оказываются более радиочувствительными к огра- -кичены рашаш Ш радаотаксона. С нродеженкем по филогенетическому ; ., древу'радаополшлр,.®^ растешй возрастает: цредзтаввтеж одцодоль-

- Л вых присутствуют как во П, так и в Ш радшзтавсонах, а представите- •

;>■..*'■--.; , Ржи 5. Изыененхе КрЗТврИЯ Т6КС080*

Ч . - , ЮШ радиорезвотентаости'

'.; ' : представителей 65 видов ве-

*>. Ч гетируицих растений при р&з— ,

'.. .'•.,'. . • '-- личных кластерных ршэниях -

' ли 8ВОЛШЦИОННО наиболее продаину- *, ... , ~ того -класса двудольные присутству— -V | '. * '".*' ■ ■ ■ "■ вт в Ш, Ц радиотаясадах и, креме . " ; V У:-; - ' "того, "формируют свой собственный ■"*■.-■ • ' 4 ■ ' • I рфвготаясон, обмдвшакций наибо- * ^ * ^* | ^ ~^ ^ ^ ^ лее радаореэистентныэ вида.. ..."^ ■'; ■ о,-.4■ V.." ■ "': ч Для ответа та вопрос,:сохраня-;

. "Л; ^ ■"••' = '-*'• • '..' ' »тел ли обнаруженные закономерное- ■..;■

та в стадии покоящихся семян, была проведена классификация 143 эк- './.-. \ ; сперииентальннх характерно так 99 ¿ядов высших годгот <2 семейства)'

Ряс. 6. Иерархия радиотек-" V * сонов, подученная V' ~ . .. . при ОбЬекТЕВНОЙ "'I. ! коштиотерной влас- "; . сификацла, 65 видов

'Вегетирующих рас- * ; ..' тений ,-■'". -..'." 1

и покрытосеиенных (3 се-.' ыейства класса' одаодоль-; • вне и 25 семейств класса -. двудольные) растений.;. 'Практически полное совпа-

Г

гг : 1

Яри

•■^■-^шш яя тш жш

: деаие'получешшх-при »ток резуЗштатов с класс иСтеацией вегетпрувдих : растений свидетельстъует о тш, ;что в пределах одного кариотаксона. ■ структурные факторы продолжаю^ рграть вазшую роль'в ^орщровашл ^'радиорезистентности, а позволяю^ объяснить дифференциации до атсму; -•.призиакунейог отделами, классами а семействами высших растений. -' ■ Ааалиэ 'даншя о. соотношении радиорезистентности (Д%д) 42 от-Чвосяцихоя ко ¿сш трем радио таксонам видов растении в Сазе вегета-Г

Г"

щта и в<]:аэ е'по^ояццхсяг сшян., скдетельстсует о тоц;"; что полосе- ' ние ■ экспериментальных точек на плоскости сеаян (у) u Ut^i--'■■ вегетпруимих растений Сх).описывается урЕшно1йюи'лспейн<й pei^ec-: -СИИ ley "к 0,652 + 0,93élgX скоэффициентом корреляции г»С,31 ';"' 4 '± О,D6.-Аналогичные згвксдожтв бала порчены отдельно ¿jai I? ■> *

- представителей редяоаолгаюр^ного класса двудольных,' 13 представителей класса одиодольнш: 0,31 н ü,G¡J ± С,43; соответственно). При анализе ^представителей pajgic&ioH<x:opjtioro отдала голосе-

..ueKffiaí flocTOBepaoít KOppearajjioimoa cB.'Bn He наблюдалось'- С г »0,53' .'.£0;67)..йиаы образам; линейная зависимость иежлу радаорезистен-. . тностъи покоящихся сешн и вегвтирутошс растений достоверно про-j слеживается цри рассмотрении всего диапазона изменчивости данного . -признака и исчезает' при переходе от радаополшороянх к радесмоно- . моргнса^.классам, ^V^i-Vf : " *'- :'■;: -Т-С-' ,'"*'"■'. '..' .*'..- ;; Принципиальное совпадение' результатов "класси^шгищи*данных О

- - радиорезистентности растений в ¿азах вегетации я покоящихся сешзн,'-

а такгэ значимая корреляционная связь ыедду, радиорезистентностью покоящихся семян и вегетцрущих растений, свидетельствуют ó возмок-

- воы сходстве эволюыионио выработанных генетических механизмов, участвующих в форзрованш и да^ферешЬавдси радиорезистентности на.

' разных этапах онтогенеза. •■-"■v -■■ V:;"'-

. ' В свете подученних результатов' представлял интерес вопрос о -' , возможности пршеневшг методов объективной компьютерной хлассвфв- ' . кации для объяснения рвдиошолиморгязма мелких таксономических ipypn : Численные ^эксперименты с датмшди о радиорезистентности 'различных .' v -представителей родов Кишех H .Triticum- " цоказаяк неэффективность у ■ швссЕцлкации, основанной на физических характеристиках клеточного : .ядра для объяснения их радиополиморфизма." Ыа рис. 7■ показано■ изме-;

'•К. ' - . Рис» 7.' Изменение критерия. таксономии при»

"ч I Л •" ; J :'. объективной коюшэтерной кдассифи-

/ \ :> - 7 • > . -- кации 33 видов рода - Вшмх по / V ' ' ; " их радиорезистентности в фазе веге^

/ ' V '''■*'■'•■''' тадиу; . v. у.:..V...-

; • V 'i -■ \' невие критерия таксономии, качественно от—

:'••.*•'.' личавдееоя от ранее наблюдаемых закондаер-

. - иостей (см. Рио. I. 2 и 5) х свядетельству-

» * » * » • ? пцее о гоногенвооти исследушой выборки

• / . . 10 - V • ...... ... .

и неэффективности дальиейаеЛ классификации, основанной искдрчитель- " но на <£зкческюс варакотрах клеточного ядра... —;.-=■. ■

.стстшмай 'тташаздяи

^рятпртрр» ря ггготх^ тецтности ддвдщи-''' Поскольку

число хромосом и касса ДК в ядре является вагнейппши видовыми признаками, описанный, шше подход принцип шльво нешзет быть применен~ для обьяспелия 'внутрпьидового радиополшор^изма^ существование ко-•горого показано в исследованиях Е.И.Преображенской (1Э62, 1ЭТ1)и. ¡¡.А.Корнеева с сотр. ,'(1Х5):и£иесте с геи, успешное применение прин-цзпов радпотаксонаюш на основе параметров ядра для объяснения видск-вой да^еренциацид организмов до радиорезистентности позволяет' пред-, полони», , что в основе внутривидового радиополпыор&изма также лежат ■ ¿Гдктори СТИГК1ЭТШ0Й щцрсаи, "связанные с тонной организацией гено- -ыа^' выработанные ; в ходе эволюции путш сопряаёния функционально / взаимосвязанных генетичеошг сштец. Для проверки »той гипотезы не-обходацобыло разработать католические подходы, позволяющие выяв- ■, . лять тонку» структурную организацию .генома. Удобным объекте®! для -проведения таких работ является ыягкая пжектда, обладающая высоко- ^ полЕ^ор^ной спстшоа генов; юаркирувщих хромооо-

ш 1-са и о-ой гоыеодогачесюп" групп аллогексаплоидного; генода.' -

■ -Основные закономерности структурной организации глиадщЕКодиру-дцтпг генов иягкойтзетши могут <5нть шявлекыпутш анализа неравновесности по 'сцепленш кошонентов в электро^оретических спектрах

- глиадива репрезентативной и рандомизированной выборки теветически неродствевшее сортов 7 линий* Анализ неравновесности ифцепленио проводился на основе матрацы наличия в электро^оретпческнх. спектрах -сортов компонентов эталонного спектра. В качестве керн связи использовали величину, о ;-■*.:-' -:>. *-. : \'

- . .о - (^аЬ-ГвВГАЬ)/<1АВ+'вВ>(1АЪ+*.Ь><1АВ+ХАьН*4В+Чь>1/г» где " - частота гамет о гашютиас« АВ,АЬ,»В,»Ъ.

,. : Параметр о ровен коэффициенту корреляции соответствующих ■да-.:;, хотоыических признаков, что позволяет для выявления структурной ор-^ , ганизации исследуемой генетической системы использовать £айторныйу. анализ. Для выделения факторов применялся ые?од главных компонент.: Количество подлежащих выделении факторов (груш сцепления) опреде— ДЯЛОС> по отклонениям от линейного хода КРИВОЙ объяснимой дисперсии. С целью получения интерпретируемых решений осуществлялось вращение систшы коордарат в уякторнш пространстве до получения простой . ,ч

. , .. . г".-- .... .....-

- структуры, удовлетворяющей критерию ЬАРШДКС.'

Для выявления структурной организации биосинтеза глиадша бы- ли использованы 163 сортовые фоддулн (41 вошонент эталонного сдек-тра);ез Каталогов ВИР и'алектрс>£орадрамад независшой выборки 165-сортов (53 компонентов эталонного спектра), полученные-в вашей лаборатории по кетоду-Н.А.Корнеева, Е.И.Саралульцева <1983) в пласти— нахЮ £-ного ДШУ. Анализ распределения кошонентов глввдива по , 1 вцделенным факторами сравнение их с результатами локализации у. " . анеупдовдных ликий'Чайниз Спринг позволяет сделать"вввсд о соот-л ветствиа подученных - факторных моделей геноиному.хрсыосошоцу,. г . кластернс«? илокусншу уровняй организации полиморфных систем про' лашиов." Принципиальное совпадение решений,,полученных на двух не-. .. зависимых выборках сортов с применением различных шдайикаций элек-.' троС'ореза в ПААГ, свидетельствует об _объективист характере внявден-: ных закономерностей структурной организации гашадвжодцрующих генов , и иерархичности 'втой системы у алдогексаплоидной пшеницы.. . . ...; -" Результаты генетической идентификации эталонного спектра поз-воляот без дополнительного счетанаЭШ.кинуя длительные и трудо-; шине процедуры гибридологического' иди ааеушюадного анализов, тановить геноилую,: хршосоынуи, кластерную в лоцусную детер.шкащго компсшентоа глиадина в алектро£оретических спектрах лэбого сорта . ^ 'пшеницы.'.'. .. V'," - Г" '."'■■' ■" - Л'/''--'--

- ■. Внутривидовой полшорСнзм по радиорезистентности формируется ,'* ,в условиях дифференциации тонкой структурной организации генош и,:' воэшано, определяется ее особенностями у различных представителей , вида.'Для установления роли тонкой структурной организации генома }в Оордировании внутривидового' полиморфизма радиорезистентности бы-г / да гапольэована модель контрастных сортов, описанная в работе Н.А. •Корнеева и сотр. ;-(19и4,1Э65). О радиорезистентности сортов судили по радиащюнноа депрессии длина'.''главного корпя 5-суточнах проростков при остром гвыш-облучешш сешш дозой IX Х^.СРДхоо» Ве-: -.. личина РЯ100 у. 12 радаорезпстентаых.сортов варьировала от 18 до 2?;>, .'а ¡г 12 радиочувствительных сортов - от 55 до йС,^ т.е. .различалась' в 2-5 раз. ;.. 'у ; • - ■

Проверка предположения 0 связи едутрпвздового радаОПОЛ1КОр4'пз-ыасбяохимичёскоЗ изменчивостью продакпнов была проведена,путем „' классификации контрастных по радиорезистентности сортов мягкой тле-;нищ о использованием только их генетических характеристик, исклю-. чая прк этой какую-либо ин^лроадаю. о радиобиологическое параметрах •

кЬсОЙЖЩИ 24 'КОНТРАСТНЫХ ПО РАдаРЕЗЖГПЯШОСТИ СОРТОВ МЯПСОЙ ' ' . ; ІШИМ НА ОСНОВАНИИ ЙАКГОШОГО АНАЛИЗА - КСШОНЕНТСВ ГШДДИНА" ' '

С о р т а- . ІРДтр^) { - ; Факторные ■ шщдгаки- .-:-;.

. - - 'ц а в а в ц и ; t £ - ' 12-фиясрная 14-фщш*рная(7-фажгорвая --. -. ;."у.. ; . ' I «одаль.-, I модель ... Г.. модель .

■■ : • ..V-''- • - -.-.-А''.-"' Фактор І , „Факте® І : , Фактор 4

І. Садова I ' ■ 25,3 0,605 ; - . 0,700 ^/0,357.

3. їуравка У'-.-. 22,4 0,633 . , : 0,690 .. ' о,4із ..

1 , II. Белорусская 80 ; 18,5 ; г 0,555 ' . 0.7Г7. , ■ ;.0,599

• ! " 8. - Янус .-,.'•. '•: .19,6- ч. 0,291 . , . 0,4ÇO 0,812

.-M ¡. 1 ': " ■-■ .... - ;.t' Фактор 6 ^ .

> • І.' 7. Свияга- .'.-•• • 26,0 . 0,686 - - .0,671 : : 0,396. :, " ;:

ЧГ t " 2.- Циннереум 2859 .:•* 19,0 .0,485 : V,- 0,633 - 0,530 ,

' 9. Ксшунар - • г ;-<•>. 26,6 0.742 J- .:. 0,590 - . 0,334 , . г.:

у " ■ -'¡ - -" ■■ 'Vі*.• '■>•■■■ .."•'■ г - • і7"', " • •• : : Фактор 4. : ■т.:Фактор 5,1

У'.т- 4. Ферругднеум 1746 27,3 0,386 ' - 0,490;. ; 0,752 - " ~

. ь ■ .6.; Луганская в ' - ■■„' .24,9 0,315 ' 0,479 • ' 0,774 . ,

' • 5.1^5роновская 3 , . 28,6 0,261 0,340 • > 0,391 . ^'

Фактор 2 ' Саіктсф 7 і' ■

; . -, 12.' Безенчукская 155 24,7 0,343 : ; 0,351 -V '• 0,843

' V; ■ •"' * " ' '■ '* IL -'л-^ "І : ~ Фактор І

.. V 17. Олимпия ' ~ v.-.r 83,4 ■ .ч 0,827 » 0,519 , • '.. 0,502'

- .'14..Новосибирская 67 60,3 : 0,731 V -,' 0,558 ..-,0,892 '

' 15, Саратовская 52 . ' 58,2 • .' . 0,765 ■ : л 0,429: -0,883 • ;

: . 18. Смекая 9; • 0,430 '..• о.зго • 0,619 .

•• ' , ;': V-■■!■■>. : Фактор 2 . " ' "" \ • •• '"А . .:'■ Фактор 3 :;■;■-.

: V I6.~ Cr - 109 '0,658 : • .■У^. о.агі- . .¿0,740

• ; 22. СВР 101 88,4 І 0,505 0,392 . 0,424 '- . .•

: 13." Московская 35..' -'•• 5Б,7; ' 0,413:' 0,833 0,856

' 24. Лешшградская 2 , £3,4 .. ,0,251 •„ , 0,863 À 0,902 . :ч

' '.'У-^.'і- -.;г «актор 3 • 7 '.Фактер Z 'yi

.„:■ V-'-1 20. Драбант '•'•* 55,4''. . '0,854 - ' ■''S 0,859 •" '. 0,899

. •';.'' 21. Селзек - ; 55,2 - 0,840 -. , 0,797 iv;. : - 0,853- ' . .'.

; 23. «Нароновскал яр.' \ 63,6 - 0,818• • у • 0,856 ; 0,775. '

• , •.•'19. Çopax . *-г.:-; •60,6; 0.7G4 • .0,812 - Ç 0,779... V •

.. ,ю." іира . - • : ■' ' "18,4 "і 0,516 ■ ■Vv 0,468 * . •. 0,527 . • m ' " і. "

_ Примечание: І-І2 — радаорезистентнне; 13-24 — радиочувствительные ; . .г- - ■ ■ сорта"пшеницы по тутт"»"* Корнеева H.A. и сотр. (1Эц5).

,v - - ' ., ' .;. 13 - ... ....

ТеСГИруеЫЫХ сортов. В случае разделения ВЫбОрКК на грушщ сортов ■в соответствии о' их уровнями радиорезистентности, 1C0Z6T быть сделав вывод'о генетической предопределенности этого признака и, еле-' , довательно. об участии кошфетных генетических' систем в'детераша- * цш устойчивости растений к действию ионизирующего излучения.",-' . у/Джя .классификации выборки контрастных во радиорезистентности сортов была использованаQ -fexapti фактсрдого анализа, позволяв-пая произвести группировку объектов по их близости в пространстве :' признаков.. В случае анализа генетических параметров, какими являются маркеры структурных генов — индивитргальные ксшшненш глттддтша, выявленные простые структуры отражают генетическую близость иссле- ■ ' дуемых сортовшадицы по иерархаческшу ксышюксу^ маркированных W ' .1руш "садвдеюм,(генакы, зфскосшы, кластеры и логусы). ■

" Факторный адалш проводился на основе матрицы наличия в-элек- -" тро^орбтическю: спектрах ' контрастных по радиорезистентности сортов - компонентов эталонного спектра. В качестве'меры связи использовалась -величина о • , близкая по'сшслу оценке .генетической близости Ы.Нея. Радиобиологическая ин<£0£шщи при построении Яяктс^дах коделей не" • использовалась. - >■..:.". .... . -

.'..: * В таблице приведены результаты - классаТккацп: контрастных по., -радиорезистентности сортов гексадлоидной шешщн," которые с'ввде- - v ■ 'тельствдют о генетической негагагенности исследуемой ыодели.-Таюы ' образш, без использования радиобиологической .информации, только : на основе данных о маркированной глиаииятодфуэдики генами тонкой ' структурной организации генома удалось выделить дпс1фегные генетически 1гаогвнные1Тру1шы,вклота1эдие сорта о близкими уровнями ра- ' диорезиотезткости. Поскольку тонкая структурная организация генош • . маркировалась . структуриыии генами хрокосш1-$4н6-ой гомеоло- ;. гичрских групп, представляется вероятным участие этих rpjrni сцепления в генетическом контроле радиорезистентности гексаплоидной. ■"...' . пшеницы. -ч■■г- J ■' - • '■'-■ - .. i.' - >'" Л..'-/: .:. ■ .. 4

-;..• .'•:...в'Ы В О Д U ■■'■■' ' .V \ 0. ,"

I. Структурная организация генома является одкш ю ведущих ^окто- ..; ' ров/ определяющих как меавидовую,. так и внутривидовую дифферентца-.-' , див организмов по уровню радиорезистентности. ' „..- ;-': 0 ■;

-г. Сри объективной кошьвтерной классификации радиорезистентности "(Дф) клеток 79 организмов,' распределенных А. Спэрроу по 8 радаотак- .' ' совам,' и независимой выборки из .'КЗ организмов показано сущеотвова-ние .иерархической системы клас тершее, решений в виде 2, - Зи 4 такс о-

ков, полностью удовлетворяющих "внешнему и внутреннему крптерпш ' качества классификации. Иерархия радиотаксонов непосредственно отражает структурные преобразования генома в харе прогрессивной эво-■ люцпи. " -'Л ... ■ *-.

3. Компьютерный анализ радиорезистентности Сеысшз: растений как в £азе покодакхся семян (99 видов), так а в ¿азе вогетащш (65 видов) показал существование трех дискретных кластерных реие-ний, соответствующих Филогенезу растений от голосеменных (Li радко-таксон). до одяодолыщх Ш радаотаксон) и двудольных (I радаотаксон) по1фытосшенных видов. Эвсиюдпошо продвинутые виды характеризуются большим раддаполиморГизмоы. * ■„."*' -

4. Линейная зависимость мекду радиорезистентностью (JQ^q) покоящихся семян и вегетнрущих растений достоверно просленвьается ( г =

0.31.± 0,Св) во всем диапазоне изменчивости данного признака и исчезает при переходе от радиополиморфных к радиомонялор^ншу"классам,

5. На примере рода Rumex показана неэффективность объективной -компьютерной классификации по ¿цзичоским параметрам клеточного ядра дня объяснения радаадолишр^изма -мелких таксоналческих грушд.

6. Разработан внсокоэ£фективпый метод для оперативного установления геномной, хромосомной, кластерной н локусной организации ПОЛЕЫОр^- :_. ннх систем проламжнов, -^клачаашшй факторный анализ неравновесностп по сцеплению ксьщонентов в электрофоре тических спектрах исследуемых сортов даеютш.;. >' ■ '

7. С помощью q -техники факторного анализа компонентов электроСоре-тическкх спектров 24 контрастных по радиорезистентности сортов гек-саплоидной пшеницы показано, что сходные по тонкой структурной организации глпаданкодирумцпх локуоов сорта шеют близкие уровни радиорезистентности семян. у'- " •

По тше.диссертации опубликована следующие'работы:

1. Саралульцев Е.И., Гераськпц С.А_. Структурный аиалпэ сопряженной-изменчивости заяасгах белков и ркдиоустойчивости семян шгеницы.-

В кн.: Применение физического и химического мутагенеза в сельской хозяйстве. Кишинев; 1067, с, 35.

2. Корнеев II.A.Сщроткин А.Н., Расин K.M., Герасышн С. А. ■ Актуальные вопросы сельскохозяйс твекйой радао экологии, - Вестник сельскохо- • зяйственной науки, ■ 19Ь7, ß II, о. II3-I2Ö. . '■ -.*. '

а,- Саралульцев Б.И., Гераськян С.А. НовыЕ подход к генетической идентификации запасных белков и нзо^ериедхов "растений. - 3 кн.:

111 Международной симпозиум по биохшичеокой идентификации сортов. Хенинград, 1987, о. 68.

Ч.'Сарапульцев'&И., Гвраоышн C.A. Иерархия радиотаксонов и эволюция гшша.- Еадио0иология, 1988, т. 2в( * 2, с. 153-159. . 5,. Гераськин С. А., Сарадульцев Б. II. Объективная компьютерная клас-.сифнкация радиоустойчивости организмов.- В кн.: Механизмы радиационного мутагенеза. U., 1988, с. 25«

6. ■ Сарапульцев Б.И., Гераськин С.А. Эволюция генома и дифференциация организмов по радиорезистентности.- В, кн. : Ш Всесоюзный симпозиум по современным проблемам молекулярной биологии. Ереван, 1988, С. 37-42.

7. Сарапульцев Б.И^, Гераськин С.А. Анализ неравновесности по сцес-. лениЕ) глиадиновых локусов мягкой пшеницы,- Генетика« 1988, т. 24,

Jï Q, в печати.

8. Сарапульцев Б. И., Гераськин С.А. Структурные ассоциации глиадин-кодпрукшщх локусов мягкой пшеницы.- Сельскохозяйственная биология, Iïfc8,4Ji б, в печати.

Э. SaréiRUlteev B.I., Geraakln S.A. A n»w approach to gen«tlo Identification of plant storage proteins ismd isoenaymea,- Ini 3-rd International Sympoaium. on Biochemical identification of varl*tlea. Leningrad, 19SÇ» p. 117. ' : ' .

v

C.

IM2U9 Dffiwnwi лиш 1ШЛ8 г. ОАмм 1 о. а. Тираж 100 Эжв 1643

Обишскм городскга типограф«*