Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние генотипа на изменчивость аминокислотного состава белка кукурузы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Влияние генотипа на изменчивость аминокислотного состава белка кукурузы"

УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА ИМ.В.Я.ЕРЬЕВА

на правах рукописи

ЛАПИНСКИИ ВИКТОР АДОЛЬФОВИЧ

УДК 633.15:575.2

ВЛИЯНИЕ ГЕНОТИПА НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ АМИНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА БЕЛКА КУКУРУЗЫ

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Харьков - 1992

Работа выполнена з 1989-1991 гг. в Институте растениеводства им.В.Я.Юрьева (г.Харьков).

Научные руководители:

академик ВАСХНИЛ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кандидат биологических наук.старший научный сотрудник .

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,старший А.А.Белоусов

научный сотрудник

кандидат сельскохозяйственных наук, Л.В.Козубенко

старший научный сотрудник

Ведущее учреждение - Институт кукурузы УААН (г.Днепропетровск)

Защита (юстоится4^_§^£25^992 г. в 13 часов на заседании специализированного совета К.020.22.01 в Институте растениеводства по адресу: 310060 , Харьков, Московский пр. 142.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института растениеводства им.В.Я.Юрьева.

Автореферат разослан 1992 г.

Б.П.Гурьев

С.М.Тымчук

Ученый секретарь специализированного совета кандидат сельскохозяйственных наук

Л.В.Бондаренко

}СУ£; . V;

ОБЩАЯ ХАРМТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Несмотря на значительное количество исследовательских работ, проблема селекционно-генетического улучшения качества белка кукурузы далека от полного разрешения.

Практически единственным источником высококачественного белка является кукуруза опейк-2. Однако кукуруза на основе о2 характеризуется рядом прдащипиальных недостатков, сдерживающих ее широкое практическое внедрение. Кроме того, биохимический эффект ' гена о2 отличается нестабильностью и зависит от общей генотипи-ческой среда. В этой связи о2 не может рассматриваться как единственный генетический фактор системы регуляции биогенеза аминокислот. Однако исследования эффекта неаллельных к о?, генетических систем, контролирующих качество белка, дс нестоящего времени не проведено в объеме, гарантирующем надежное воспроизведение улучшенного качества белка и его сочетания с другими хозяйственно ценными признаками. Эти соображения и предопределили необходимость выполнения настоящих'исследований:

Цель к задачи работы. Цель' работы состояла в исследовании . характера взаимодействия гена опейк-2 с другими генетическими системами, регулирующими аминокислотный состав белка кукурузы, для его дальнейшего селекционно-генетического улучшения. В этой связи были поставлены следующие задачи: '

- анализ генотипической и экологической' изменчивость аминокислотного состава белка у инбродшц линий кукурузы

- определение коррелятивных взаимосвязей между содержанием различных аминокислот

- установление плейотрогаюго воздействия серии генов структуры эндосперма, а также их неаллельных взаимодействий на амино-

. кислотный состав белка

- изучение характера наследования аминокислотного состава белка, выявление комбинационной^способности линий и генетических параметров изменчивости по аминокислотному составу

- исследование онтогенетической изменчивости аминокислотного состава белка в процессе созрэвания и прорастания семян различных генотипов кукурузы.

Научная новизна работа состоит в установлении характера взБимодействия гена о2 с генетической системой, регулирующей

- г -

биогенез аминокислот, независимой от крупных мутаций структуры эндосперма, но способной усиливать их действие, а гакже выявлении эффекта комплементарных взаимодействий генов структуры эндосперма по аминокислотному составу белка.■

фактическая ценность работы состоит в идентификации ряда новых доноров улучшенного качества белка на обычной и мутантной генетической основе для практической селекции в северной зоне возделывания, получении серии экспериментальных гибридов, сочетающих улучшенное качество белка с высокой -продуктивностью и другими хозяйственно ценными характеристиками, а также разработке метода получения генных рекомбинантов кукурузы для селекции на улучшенное качество белка.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конкурсе'научных работ молодых ученых (Харьков, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых (Одесса. 1991), заседаниях секции Ученого совета Института растениеводства (1990, 1991, 1992).

Публикации. По теке диссертации опубликовано четыре печатных .рабом.

Структура* ■ обуви рабсты. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех экспериментальных глав, выводов, предложений для практики, списка литературы и приложений.. Работа из- ■ ложена на 150 страницах машинописного текста я содержит 35 таблиц. Список литературы лклвчает 298 наименований, в том числе 167 ино- -странных авторов. Приложения содержат 7А таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Материал и методы исследований.

В качестве материала для исследований был избран представительный набор обычных и мутантиш (на основе 14 мутаций структуры эндосперма) линий кукурузы. Общий объём проанализированных линий 302, в том числе на основе о2 - 60. Получение гибридов на основе обычных и мутантных линий осуществлялось в ходе реализации даал-лельных схем ,скрещиваний 2 метода Гриффинга.

В ходе опытов были реализованы 5 диаллелыш схем скрещиваний. Неамельные взаимодействия генов структур« эндосперма иссле-

довались на серии рекомбинантных форм, полученных от скрещивания различных мутантов структуры эндосперма. Аллельное состояние генов структуры эндосперма контролировали анализирующими скрещиваниями с достоверными источниками из генетической коллекции ВИР.

Аминокислотный состав белка созревающих семян изучался на 45 генетически разнородных линиях с интервалом взятия проб в 10 дней, начиная с 20 дня после опыления, а при прорастании семян -с интервалом в 3 дня по 12 день включительно при Т=+15°С и +25°С. Выращивание кукурузы осуществлялось по общепринятой для Харьковской области технологии возделывания. Размножение и гибридизация, линий проводились исключительно при контролируемом опылении.

Анализ содержания оелка, масла и крахмала проводился на анализаторе кормов "йнфрапид-61Для построения калибровочных кривых белок определяли полумикроме тодом Кьельдаля, масла - методом С.В.Рушковского, крахмала - поляриметрическим методом Эверса. Содержание триптофана анализировали по реакции щелочных гидролиза-тов белков с пара диметиламинобензальдегидом (А.И.Ермаков,1987), ■ Анализ аминокислотного состава белка осуществлялся на автоматическом аминокислотном анализаторе Т-339 (ЧСФР) по методике В.Г.Рядчикова (1978).

В ходе статистической ооработки опытных данных использовали вариационный, 1,2 и 3-х факторные дисперсионный, корреляционный и регрессионный анализы. Результаты диалпельных схем скрещиваний обрабатывали с помощью алгоритма Хеймана в версии П.П.Литуна (1988).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ.

Изменчивость аминокислотного состава белка и других хозяйстве нночшшшх признаков у инбредных линий кукурузы.

В ходе исследований обнаружена широкая генотипическая изменчивость основных хозяйственно ценных признаков и выделены лучше линии кукурузы по продуктивности, содержанию белка и масла. '

Испытания большой выборки инбредных линий кукурузы в 5-7 летней репродукции опыта позволили выявить достоверные вариации аминокислотного состава белка в зависимости от генотипа. По содержанию серила, треонина, глицина, аланина, изолейцина, валяна.

фенилаланина различия между линиями были выражены слабо. В то же время прослеживалась заметная генотшшческая изменчивость содержания аспартата, глутамата, пролина , лейцйна и триптофана. -' большинства линий доля лизина в белке редко превышала 2.5-2.6%. Однако пределы изменчивости содержания лизина оказались значительно шире и составили 1.9-3.1 Ж. Минимальное содержание лизина имели высокобелковые линии. В то же время идентифицированы линии с содержанием лизина в белке более 3%.

Характер экологической изменчивости для отдельных аминокислот также различался. Содержание треонина, серина, валина, изо-лейиина оказалось довольно стабильным, тогда как для аспартата, глутамата, пролина, лейцина выявлены существенные вариации.по годам.

Содержание лизгаа по годам было .весьма стабильным и отражало генетическую разнокачественность инбредных линий кукурузы. Линии с генетически обусловленным как низким, так и высоким содержанием лизина устойчиво сохраняли это свойство по годам.

В целом генотипическая изменчивость аминокислотного состава перекрывала средовую, что создает предпосылки для селекционного улучшения.

Влияние генов структуры эндосперма и их взаимодействий на аминокислотный состав белка кукурузы.

Полученные результаты подтвердили, что снижение продуктивно-ти мутацией о2 может быть сведено к минимуму в ходе селекции. Однонаправленного воздействия мутации о2 на содержание бежа, масла, и крахмала не обнаружено. В этой связи идентифицирована группа линий с содержанием белка порядка' 14% и масла - порядка.6%.

. Рецессивк о2 характеризовались повышением содержания аспартата, треонина, глицина, гистид;ла, аргинина,' лизина, триптофана и снижением содержания глутамата, пролина, аланина, лейцина, фенилаланина, тирозина.. Однако при этом выявлены достоверные вариации в содержании отдельных аминокислот в зависимости, от генотипа линии (табл.1). Пределы изменчивости содержания аспартата у линий о2 составили 9.4-11.1%, глутамата 18.5-21.5%, пролина 4.9-7.1%, лейцина 8'.7-12.IX, лизина 3.3-5.0%. Аминокислоты, имеющие низкие ьаризпсы генотипичеилй изменчивости (треонин, серии, валин, изо-

Таблица 1.

Аминокислотный состав белка доминантных и рецессивных гомозигот 02.

содержание (чь в оелке)

Линии асп |тре 1 глу |вал I леи 1лиз

ВИР 44 7.7 3.7 22.5 4.9 12.7 2.7

ВИР 44 02 10.7 3.7 21.9 5.0 9.2 4.1

W 153 7.0 3.4 21.7 5.4 13.4 2.5

W 153 о2 10.0 3.7 20.5 4.8 9.6 4.2

Чр 21 7.1 З.б 21.8 4.8 13.5 2.4

Чр 21 02 11.0 4.0 18.7 5.3 3.5 '4.4

Т 22 7,6 З.б 21.9 5.0 12.8 3.0

Т 22 02 10.4 3.8 19.8 4.9 10.2 4.2

ВИР 38 7.5 З.б 21.7 5.4 12.2 2.8

ВИР 38 02 8.4 3.9 20.5 5.2 12.0 3.7

НСР 0.05 0.2 0.1 0.4 0.1 0.3 0.1

лейцин, тирозин) сохраняли стабильное содержание и на уровне кукурузы о2.

Однако в прзделах генофонда линий кукурузы о2 оказалось возможным -. выделить формы,"обеспечивающие стабильное содержание лизина в различных экологических условиях произрастания (ВИР 4Со2, F 2о2).

Изменчивость аминокислотного состава белка по годам у кукурузы о2 была значительно более выражена,' чем у обычной кукурузы.

При этом характер экологической стабильности признака не ассоциировался с его'количественным уровнем. Это указывает на возможность идентификации линий, сочетающих высокий количественный уровень признака и его экологическую стабильность. В ходе исследований были также выделены перспективные суперлизиновыз линии, точетавдие повышенное содержание лизина й белка (ОД 152 ЛБ о2, ОД 154 ЛБ 02, ОД 120 ЛБ о2,- СЛ 5934 о2, СЛ 5921 о2).'

Использование системы генов-модификаторов для улучшения структуры зерновки кукурузы о2 повышало прочность зерновки, но приводило в большинстве случаев к снижению качества балка.

Более предпочтительным представляется использование взаимодействий о2 с другими генами структуры эндосперма. Выявлено, что взаимодействие о2 с крахыалмодифщирувдими генами по структуре зерновки осуществляется путем эпистаза. При этом мутация о2 пшо-статична ко всем генам, кроме wx.

В этой связи разработан метод выделения генных рекомбинантов кукурузы в F3 путем инцухта семей, имеющих фенотип гипостатично-го гена. Преимущество такого метода состоит в сокращении сроков получения генных рекомбинантов на один год.

Влияние генов структуры эндосперма на ьродукгивность, содержание белка, масла и крахмала сильно опосредовалось через генотип рекуррентных родителей, и путем направленного отбора указанные признаки могут быть значительно улучшены.

Повышение качества белка вызывали также мутации о1, 112, sh1, sh2, bt2. ае, что сопровождалось сходным с о2 перераспределением соотношения аминокислот. В то же время отмечена специфичность воздействия некоторых мутаций на аминокислотный состав зерна. Так, мутации sut и su2 повышали содержание триптофана- до уровня кукурузы о2, однако это не ассоциировалось с увеличением содержания лизина.

В пределах выборки линий-доноров эндоспермовых мутаций в зависимости от генотипа наблюдалось выраженное варьироьание по содержанию большинства аминокислот. У линий su1 размах изменчивости .по содержанию аспартата находился в пределах б.6-9.ОХ, глутамата 20.8-23.0%, пролина 5.5-8.5%, лейцина 11.1-14.1%, лиЗина 2.0-3.0%, у lvZ - соответственно 7.5-8.7, 20.6-24.6, 6.1-3.4, 11.0-12.6, 2.5Т3.2%, у линий тес - соответственно 6.9-8.0, 22.4-25.0, 7.1- ■ 9.1, 11.4-13.9, 2.1-2,6%.

Взаимодействия генов структуры эндосперма по аминокислотному составу белка в ряде случаев приводили к комплементарному эффекту, что выражалось в значительном увеличении содержания аспартата, треонина, глицина, лизина и снижении содержания глутамата, пролина, лейцлна, аланина (табл.2). Лучшие рекомбинанты (o23h2, o2ah1, o2bt2, o2su1) по качеству белка превосходили не только обычную кукурузу, но и моногенные рецессивы о2. Генные рекомбинанты в ряде случаев-превосходили обычную кукурузу по содержанию белка и масла.

Коррспятивные взаимосвязи между содержанием различных аминокислот для линий-доноров эндоспермовых мутаций в основном не за-ьисели от аллельного состояния генов структуры эндосперма. Это укасывает на существование общей системы контроля соотношения аминокислот, незавигтйой от эффекта мутаций структуры эндосперма.

Таблица 2.

Аминокислотный состав белка при взаимодействии гена о2 с другими генами структуры эндосперма.

Содержание (% в белке)

Генотип

Ш.Ц 4.Ь Ц.Ц 4.3

12.9 4.4 19.4 4.9 7.0 5.0

13.3 4.3 18.2 4.8 7.1 5.0

10.6 4.6 19.0 4.8 7.1 5.5

11.9 4.3 19.7 4.2 6.3 5.3

12.? 4.0 20.4 4.3 7.6 4.8

9.6 3.9 20.1 4.7 12.0 3.8

9.2 3.8 20.1 4.4 8.7 3.7

0.2 0.1 0.4 0.1 0.3 0.1

асп тре глу [ вал лея лиз

о2зП?

о2эи1

о2з!11

02зЬ2

огтг

о2ае

о2(1и

02*1

КОР 0.05

Наследование аминокислотного состава белка кукурузы в условиях различных геяотипических сред.

. Результаты .дисперсионного анализа диаллельной схемы скрещиваний 18 опейковых линий показали достоверные частные разлл чия между гибридами по содержанию большинства аминокислот. Наиболее существенные различия наблюдались го.аспартату, глутамату, аргинину, пролину,(Рфакт. соответственно 6.77, 11.13, 96.06, 6.91 при Fo.ee табл.=1.39), в то время как по треонину, серину и изо-лейцину результаты были достаточно стабильны.

По содержанию лизина просматривалась четкая генотипическчя изменчивость. При среднем уровне лизина в выборке 3.9% все гибриды с участием линии И. 14 о2 имели этот показатель не ниже 4%, ь для гибридов с участием линии * 153 о2 содержание лизина колебалось в пределах 2.9-3.4%, что связано с влиянием генотипа линий на проявление биохимического эффекта гена о2.

В этой связи подтверждена гипотеза, в соответствии с которой варищии аминокислотного состава белка у рецессивна* гомозигот ог объясняются суммированием эффекта о2 с действием другой генетической системы, аллельное состояние которой у линий о2 рзагача-ется.

Полученные результаты прямо указывают на количественный тип наследования аминокислот я пределах линий о2, уклоняющийся в большинстве случаев в сторону комплементарного эпистаза.

При тождественном аллельном состоянии гена о2 у высоколири-новых линий выявлены высокосущественные разлыия по эффектам ОКС и константам СКС для большинства аминокислот. Наиболее стабильным оказались эффекты комбинационной способности по содержания треонина, серина, изолейцина, глицина, валина, тирозина, фенилалани-на, в то время как по аспартату, глутамату, пролину, лейцину, аргинину комбинационная способность высоколизиновых линий существенно различалась.

По эффектам ОКС в отношении лизина выделялись линии КЬ 14 о2 и МК 159 о2 (табл.З). По константам СКС лучшие показатели выявлены у линий № 153 02, Т 22 02, ВИР 38 02.

Содержание отдельных аминокислот скорее всего определяется различными генетическими системами или генетическими факторами. По содержанию большинства аминокислот, за исключением аминокис-

Таблица 3.

Оценки эффектов комбшпционной способности по содержанию аминокислот у рецессивных гомозигот о2._-__

Линии Аминокислоты

, аспартат глутамат леицин лизин

ОКО I ОКО икс да око юко ОКО ЮКО

КЬ 14 02 , 0.05 . 0.73 -0.20 0.73 -0.18 0.60 0.36 0.06

Р 2 02 -0.02 0.62 -0.23 .0.44 -0.13 0.11 0.18 0.14

I 153 02 0.09 0.74 0.43 0.71 . 0.04 0.68 -0.33 0.55

Р 502 02 -0.11 0.27 -0.20 0.98. 0.05 0.26 0.24 0.17

Т 22 02 0.26 0.48 -0.11 2.40 0.06 0.29 -0.02 0.24

МК 159 02 0.57 0.44 0.37 0.50 -0.83 0.76 0.36 0.15

ВИР 44 02 0ь22 0.43 - 0.54 0.86 0.02 0.51 -0.07 0.12

ЧР 21 о2 0.49 0.37 -0.43 1.49 -0.26 0.20 -0.00 0.13

ВИР. 38 02, -0.92 0.48 0.49 0.80 1.54 0.58 -0.69 0.25

ОД 128 Л 62 -0.17 . 0.44 -0.22 0.73 -0.23 0.80 0.05 0.19

КЛМ ЛОТ 02 0.07 0.85 -0.31 0.76 -0.27 0.72 0.25 0.21

И 151 02 -0.17 0.52 О.ГЗ 1.38 0.05 0.28 -0.04 0.09

Рфзкт 19.05 . 5.41 15.09 10.74 24.10 4.04 15Э.22 30.93

Ро.оо табл. = 1.28

дот, имеющих низкий размах генотипической изменчивости (треонин,-серин, валин, изолейцин), прослеживалась надежная дифференциация линий опейковой кукурузы по соотношению доминантных и рецессивных аллелей гипотетической полигенной-системы (табл.4). В отношении содержания лизина наиболее выраженной доминантностью характеризовались линии КЬ 14 о2 и Р 2 02, а рецессивностью -* 153 02.

Сопряженность соотношения доминантных и рецессивных аллелей с эффектами комбинационной способности указывает на тенденцию к направленному доминированию. Так, линии с количественным преобладанием доминантных аллелей по лизину отличались наиболее высокими эффектами ОКС, а линии с преобладанием рецессивных аллелей - низкими. Можно предположить, что в гипотетической генетической системе существует по меньшей мере один ген. который в доминантной форме усиливает действие гена о2, а в рецессивной - ослабляет.

Проанализированные линии по концентрации как доминантных,так и рецессивных аллелей далеки от теоретических Пределов концентра-

Таблица 4.

Генетические компоненты дисперсии по содержанию аминокислот у

рецессивных гомозигот о2.

Линии Р: аспартат Iглутамат лейцин лизин

КЬ 14 02 2.09 3.78 ■ 2.50 1.21

У 2 02 3.53 3.23 2.89, 1.30

Щ 153 02 2.26 2.45 0.78 0.36

Р 502 о2 4.17 1.34 3.00 0.98

Т 22 02 1.61 -1.70 1.99 0.53

МК 159 02 1.84 3.72 -0.94 1.10

ВИР 44 02 3.57 2.62 1.60 1.03

Чр 21 02 1.49 -0.15 2.00 0.63

ВИР 38 02 3.82 4.13 3.74 0.57

ОД 128 Л 02 2.60 4.57 1.39 0.91

КЛМ 407 02 1.23 2.28 -0.46 0.88

Н 151 02 1.65 1.36 1.05 0.81

д 1.85 1.71 1.78 0.61

¡и 3.41 5.96 3.17 1.35

а 0.22 0.19 -0.04 0.04

Ъ 0.70 0.01 .0.57 0.17

ции, в этой связи на уровне существующих высоколизиновых линий кукурузы использование эффекта полигенной системы вполне возможно путем улучшающего внутрилинейного отбора.

Общий тип наследования белка, масла и крахмала также уклонялся в сторону рецессивного эпистаза. Однако эффекты комбинационной способности и генетические параметры дисперсии для этих показателей качества зерка существенно различались. Разнокачествен-нэсть высоколизгаовых линий в отношении комбинационной способности по содержанию масла и крахмала была выражена меньше, чем по белку, однако и в этом случае имела место достоверная дифферен-1 цвация.

Такая дифференциация отчетливо прослеживалась и на соотношении доминантных и рецессивных аллелей генов, контролирующих указанные признаки. По содержанию белка максимальной концентрацией доминантных аллелей отличалась -линия МК 159 о2, по маслу - КЛМ 415 о2, а по крахмалу - И 151 о2. При этом взаимосвязи между концентрацией доминантных и рецессивных аллелей и эффектами комбинационной способности не наблюдалось.

Нетождественный тип наследования и дифференциация генетических параметров дисперсии между содержанием аминокислот, белка, масла и крахмала позволяют вести независимое селекционное улучшение этих показателей в рамках общей программы.селекции на качество зерна. Действительно, лучшие гибриды имели содержание белка перядка 12.5-13.0% и лизина - более 4%.

Для суперлизиновых линий кукурузы и линий-ги1 также были обнаружены достоверные различия по комбинационной способности в отношении аминокислотного состава. Основным типом наследования содержания аминокислот явился рецессивный эпистаз, а линии различались по соотношению доминантных и рецессивных, аллелей генов, контролирующих аминокислотный состав зерна.

Таким образом, можно выделить 2 пришгииальных подхода к решению проблемы качества белка кукурузы. Первый из них состоит в усилении действия сндоспермовых мутантов за счет использования эффекта комплементарной генетической системы и селекции высоколизиновых линий на другие хозяйственно ценные признаки, второй - в оптимизации аминокислотного состава белка без использования' мутаций, что устраняло' бы принципиальные недостатки, связанные с неблагоприятной консистенцией эндосперма.

Даке при отсутствии гена о2 некоторые гибриды обычных линий кукурузы находились по содержанию лизина на уровне нижнего предела признака для кукурузы 02.

Обнаружена достоверная разнокачественность обычных линий по комбинационной способности (табл.5) и соогношению доминантных и рецессивных аллелей, контролирующих аминокислотный состав.'

По эффектам ОКС в отношении содержания лизина выделялись линии Т 22, ND 230 и Ш 11, а по оценкам констант СКС - линия W 11. Варианса ОКС значительно превосходила вэриансу константы СКС, что указывает на преимущественно аддитивный характер наследования.

Содержание белка,, масла и крахмала также испытывало значительную генотилическую изменчивость, однако сна оказалась менее выраженной, чем по аминокислотному составу.

Большинство корреляций между содержанием отдельных аминокислот в целом зерне и в эндосперме обычных и мутантных '(о2, sul, su2) линий высокосущественны и не зависел! от аллельного состояния генов структуры эндосперма.

•Таблица б.

Оценки эффектов комбинационной способности по содержанию аминокислот у обычных линий кукурузы.

Линии аминокислоты

acnai зтат глутамат - лещин лизин

ОКС СКС ОКС СКС ОКС СКС ОКС СКС

Ер 1 0.06 0.21 0.20 1.11 0.09 0.84 -0.08 0.14

Р 502 -0.12 0.09 -0.08 0.70 0.24 0.25 -0.05 0.11

KL 16 0.01 0.^3 0.05 .0.21 0.13 0.13 -0.16 0.07

ND 230 0.08 0.09 0.22 0.06" 0.02 0.48 0.11 0.06

W 153 -0.26 0.21 -0.28 0.26 -0.11 0.26 0.02 0.06

ВИР 44 - 0.14 0.20 -0.25 1.10 .0.08 0.41 0.06 0.13

т 22 0.08 0.25 -0.05 0.60 -0.28 0.77 0.13 0.13

Р 346 0.25 0.25 0.34 -0.03 0.50 0.26 -0.21 0.09

GG 10 0.01 0.31 -0.22 0.49 -0.43 о.зз- 0.08 0.15

w 11 0:29 0.33 -0.Z7 1.02 -0.33 0.9С 0.10- 0.27'

А 508-7-1 0.11 0.17 0.50 0.04 0.18 0.46 -0.10 0.16

SV 56 0.16 0.39 -0.16 0.00 -0.03 0.20 0.00 0.04

Гфакт 4.52 4.37 3.71 2.90 10.91 6.09 32.32 29.21

Fo.os табл=1.56

Положительные корреляции лизина с другими незаменимыми аминокислотами (треонином, аргинином) указывают на возможность параллельного генетического улучшения белка по нескольким незаменимым аминокислотам.

В целом можно заключить, что у кукурузы имеется полигенная система, регулирующая аминокислотный состав зерна, независимая от крупных мутаций структуры эндосперма, но способная усиливать их действие. Эффект полигенной системы проявляется на уровне как му-твнтных, так и обычных линий, а сами линии надежно дифференцируются по аллельному состоянию выявленной системы.

.'Лучшие линии, выделенные в ходе исследований, используются в селекционной программе Институтута растениеводства им.В.Я.Юрьева ■по.качеству белка, а гибриды на основе о2 находятся в производственных испытаниях з хозяйствах Волынской, Ивано-Франковской и : Харьковской областей..

Изменчивость, аминокислотного состава в процессе созревания и прорастания семян кукурузы.

В ходе формирования семян у линий кукурузы проявлялось четко < выраженное снижение содержания аспартат?. глицина, вдлинализина и возрастание содержания глутамата, лейцина и пролина в' целом зорне и эндосперме. Указанные особенности прямо свидетельствуют о взаимосвязи синтеза аминокислот и зеина.

На общие тенденции изменчивости аминокислотного состава накладывались генетические особенности линий. Для ряда аминокислот (аспартат, лейцин, тирозин, гистидин, лизин, аргинин) на всех этапах онтогенеза существовали выраженные генотшгаческие различия рйк по содержания, так и по характеру онтогенетической изменчи-| роста. Взаимосвязи между продолжительностью вегетационного периода и онтогенетической изменчивостью аминокислотного состава не было обнаружено.

Рецессивы о2 отличались более высоким содержанием Лизина и триптофана на всех фазах созревания семян и более выраженной оь-.тогенвтической стабильность» этих признаков. Линии кукурузы с?, как иглинии обычной'кукурузы, существенно различались по содержании лизина и Характеру его онтогенетической изменчивости на всох стадиях формирования семян. Как и для обычных линий, вариации

аминокислотного состава белка были сугубо индивидуальными» однако проявлялись сильнее.

Коррелятивные взаимосвязи (табл.б) мегхду содержанием аминокислот в эндосперме и в целом зерне по фазам развития в целом были стабильны, что свидетельствует' о наличии общей системы регуляции состава аминокислот.

Между содержанием аспартата с одной стороны,' и треонином, лизином с другой, установлены гасокосуществерные положительные корреляции, что подтверждает роль аспартата как возможного источника повышения содержания незаменимых аминокислот. Указанные аминокислоты отрицательно коррелировали с доминирующими аминокислотами зеина - глутаматом и пролином.

В процессе прорастания семян установлено возрастание содержания аспартата и лизина при параллельном снижении доли глутамата, пролина и лейцина в белке, особенно выраженные у рецессивов о2. •

Суммируя полученные результаты, можно заключить, что экспрессия генетических систем, регулирующих аминокислотный состав белка кукурузы, проявляется в ходе всего периода формирования и , прорастания семян.

Таблица б.

Коррелятивные взаимосвязи ,(г) между содержанием аминокислот в процессе созревания семян 45 инбредных линий кукурузы.

Корреляции (г) Лии после опыления

.20 I 30 40 I 50 60

лизин:аспартат .0.57 0.76 0.33 0.64 0.64

лизин:глутамат -о.и -0.68 -0.16 -0.78 -0.66

лизин:лейцин -0.79 -0.83 -0.45 -0.60 -0.85

лизин:трескин 0.38 0.72 0.15 0.67 0.48

аспартат.тлутамат -0>4 -0.55 -0.45 -0.71 -0.65

аспартат:лейцин -0.69 -0.81 -0.80 -0.64 -0.82

аспартат:треонин 0.62 0.67 0.70 0.74 0.67

глутамат:треонин -0.52 .-0.65 -0.78 -0.88 -0.70

глутамат:лейцин 0.16 О.бб 0.18 0.78 0.76

лейцин:треонин -0.33 -0.77 -0.51 -0.76 -0.52

Коэффициенты корреляций суп?ственич на Г% у плие 'три (г »0.33

ВЫБОДН.

.1. Изменчивость содержания отдельных аминокислот белка кукурузы. существенно различается. Одни аминокислоты (аспартат, глута-мат, пролин, лейцин. лизин, триптофан) подвержены значительной генотипической и экологической изменчивости, тогда как уровень содержания других (серии, треонин, глицин, аланин, изолейцин, вали, фнилаланин) очень стабилен. Основным источником изменчивос-. ти аминокислотного состава являются генотипическио факторы, эффект которых перекрывает изменчивость, связанную с условиями выращивания.

•2. Среди генов структуры эндосперма наиболее выраженным воздействием на аминокислотный состав белка отличаются рецессивные гомозиготы о2. Улучшение физической консистенции семян путем взаимодействия о2 с системой генов-модификаторов приводит к снижению качества белка. Вместе'с тем в пределах линий с модифицированным эндоспермом встречаются формы, не уступающие то качеству бежа кукурузе о2.

■ 3'. Взаимодействие гена о2 с друггми генами' структуры эндосперма по консистенции зерновки проходит по типу рецессивного эпистаза, причем ген о2 гипостатичен ковсем генам структуры эндосперма, за исключением ягх.' На этой основ? разработан способ идентификации генных рекомбинонтов кукурузы уже в УЗ, путем ин-чухта семей с фенотипом гипостатичного гена.

4. Неаллелыше взаимодействия о2 с другими генами структуры эндосперма по аминокислотному составу Силка в ряде случаев приво лят к комплементарным эффектам, связанным с повышением содержания лизина, аспартата, треонина, глицина и снижении содержания' глута-мата, прсишна, лойцина, алашша. Лучшие из гешдах рекомй&антов (о2в}12, 028111, о2Ы2, о2аи1) п^ качеству Голка превосходят не только обычную кукурузу, но и кукурузу 02.

5. Действие генов структуры эндосперма на аминокислотный состав болка опосредуется через эффект общей генотипической среда. Генетическая система, регулирующая соотношение аминокислот, имеет полигенный характер и независит от эффекта крупных мутаций структуры эндосперма. но способна усиливать их действие.

»

-156. Инбредные линии надежно дифференцируются по комбинационной способности и соотношению доминантных и рецессивных аллелей полигенной системы. Преобладающим типом наследования большинства аминокислот явпяется рецёссюлшй эпистаз, а оами линии далеко отстоят от теоретических предплов селекции по концентрации как доминантных, так и рецессивные аллелей указанной системы.

7. Биохимический эффокт лолйгенной системы проявлявтя на всех этапах созревания и прорастания семян. Иибредаые линии характеризуются генотипической специфичностью в.отношении изменчивости аминокислотного состава белка.

8. Перспективным подходом к улучшению качества белке кукурузы является использование биохимического эффекта полигенной системы, регулирующей биогенез аминокислот, как для селекции на основе мутаций структуры эндосперма, так и без участия этих мутаций.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИКИ.

1. При селекции кукурузы на улучшение .аминокислотного состава белка рекомендуется использовать линии кукурузы КЬ и о2,

МК 159 о£ л обычные линии Т 22, Ш) 230, »11,- отличающиеся высокими эффектами ОКС, и * 153 о2 и И Н, выделяющиеся по константам СКС в отношении содержания лизх'аа.

2. Для повышения _ содешания белка в гибридах высоколизиновой кукурузы рекомендуется использовать линии КЬ 14 о2, ВИР 38 02 и

Т 22 о2, а для. увеличения масличности семян - КШ 407. о2 я . КС 204 о2.

3. Генофонд исходного материала для селекции на качество бежа может быть расширен за счет получение генных рекомбинантов о2з1т2, о2эМ, о2Ы2, о2зи1, у которых достигается содержание лизина в белке 5.0 - 5.55.

4. Для ускорения на 1 год получения генных рекомбинантов о2 с другими генами структуры эндосперма рекомендуется проводить отбор в 12 семей с фенотипом гона о2 с последующим инцухтом.

5. Гибриды кукурузы КЬ'4о2хР2о2иКЬ14о2х583го2 с улучшенным качеством белка находятся в производственных испытаниях г. Харьковской, ВолынскоЧ и Ивано -Фра:шогской областях.

СШСОК РАбОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Лапинский В.А. Аминокислотный состав белка кукурузы при взаимодействии гена опейк-2 с другими генами структуры эндосперма// Современные проблемы генетики и селекции сельскохозяйственных растений: Тез. докладов Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых, 22-26 апреля 1991 г.- Одесса, 1991 - С.66.

2. Тымчук С.Ы., Лапинский В.А., Супрун О.Г. Изменчивость аминокислотного состава прорастающих семян кукурузы, подвергнутых стрессовому холодовом! воздействию // Зимостойкость сельскохозяйственных растений: Сб. науч. тр. Института проблем криобиологии и криомедецины. - Харьков, 1991. - С. 142-146.

3. Тымчук С.Ы., Лапинский В.А., Супрун О.Г. Влияние общей генотипической среда на аминокислотный состав белка кукурузы опейк-2 // Управление генетической изменчивостью сельскохозяйственных растений: Тез. докл. Междунар. симп» 28 сент.-2 окт. 1992. - Ялта,1992..-'0.99-100/ ;

4. Тымчук М.Я., Тымчук С.М., Лапинский В.А.,. Исаенко A.A. Селекция озимой пшеницы на улучшение аминокислотного состава белка в зерне // Селекционно-генетические и биотехналогйчёские метода создания и улучшения исходного материала зерновых и зернобобовых культур: Сб. науч. тр. Харьк. гос. агр. ун-та. - Харьков. 1991. - С. 8-14.

Ответственный за выпуск кандидат сельскохозяйствкнных наук Н.М.Чупиков

Подписано к печати lS.n.i992r. усл.п.л. 1,0

Сиз.п.л, 0,56 заказ ,IQfl . Тираж 120 экз.-

¿ротапринт Института растениводства им. В.Я.Юрьева, • г-; ; Харьков., Московский пр., 142