авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Применение молекулярно-генетических маркеров на устойчивость к прорастанию зерна на корню у тритикале

На правах рукописи

МАЙЕР НИКОЛАЙ КОНСТАНТИНОВИЧ ПРИМЕНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ПРОРАСТАНИЮ ЗЕРНА НА КОРНЮ У ТРИТИКАЛЕ Специальность: 03.02.07 – генетика, 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2011

Работа выполнена на кафедре генетики и биотехнологии и в научно образовательном центре молекулярной биотехнологии Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор Соловьёв Александр Александрович кандидат биологических наук Дивашук Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Хавкин Эмиль Ефимович доктор биологических наук Драгович Александра Юрьевна

Ведущая организация: Краснодарский НИИСХ им. П.П. Лукьяненко Россельхозакадемии

Защита состоится «_21_» декабря 2011 г. в _14_час. _30_мин. на заседании диссертационного совета Д.220.043.10 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49.

Факс: (495)-976- E-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Н.И. Железнова РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и на сайте http://www.timacad.ru

Автореферат разослан «21» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Л.С. Большакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое распространение тритикале в мире обусловлено высоким потенциалом этой культуры, обеспечиваемым стабильной урожайностью, качеством зерна, устойчивостью к ряду болезней и возможностью широкого использования: для питания человека, на корм сельскохозяйственным животным и в качестве сырья для производства биотоплива (биоэтанола и биогаза).

Одним из факторов, сдерживающих более широкое распространение, является склонность к доуборочному прорастанию зерна в колосе. Прорастание зерна на корню является следствием нарушения периода покоя у созревающих семян, что приводит к активации физиологических процессов и началу роста зародыша. Эволюционно период покоя у дикорастущих видов возник как механизм избегания неблагоприятных факторов. Отбор человеком культурных растений на дружное и быстрое прорастание семян привел к большей чувствительности семян к факторам, провоцирующим нарушение периода покоя (Finkelstein et al., 2008). Эта проблема особенно актуальна для районов Нечерноземья, где прохладная и влажная погода во время уборки часто вызывает прорастание на корню. Предуборочное прорастание зерна наносит значительный урон, снижая урожай, ухудшая качество зерна и посевную ценность семенного материала (Mo & Wjtowicz, 2004). Прорастание зерна на корню является комплексной проблемой и детерминируется особенностями генотипа, среды, а также их сложным взаимодействием (Zanetti, 2000).

Важным решением этой проблемы может стать разработка надежных методов отбора селекционного материала, устойчивого к прорастанию зерна на корню. Это осложняется возможностью отбора селекционного материала по результатам полевой оценки только в годы с провокационными условиями.

Кроме того, все известные показатели оценки устойчивости к прорастанию на корню требуют сравнительно большого объема анализируемого материала, что практически невозможно получить в ранних звеньях селекционного процесса.

Разработка и применение молекулярных маркеров являются одним из оптимальных путей увеличения эффективности отбора и оптимизации селекционного процесса. Пшеница является достаточно хорошо генетически изученным объектом, и, будучи одним из родительских компонентов тритикале, может служить основой для поиска эффективных маркеров для использования в селекции тритикале. В то же время присутствие генома ржи влияет на проявление признаков, и как следствие, может сказаться на использовании маркеров, что требует более тщательного подхода к их выбору.

Среди множества маркеров на признак устойчивости к предуборочному прорастанию зерна у пшеницы, входящих в локусы QTLs, контролирующие этот признак, особый интерес представляют маркеры, локализованные в субгеномах А и В, которые обычно присутствуют у гексаплоидной тритикале.

Так, с помощью молекулярного STS-маркера (Yang et al., 2007) на ген Viviparous-1 показана высокая корреляция между аллельным состоянием данного гена и устойчивостью к прорастанию на корню.

Таким образом, применение молекулярно-генетических маркеров на тритикале открывает возможности практического повышения эффективности селекционных программ, и, кроме того, позволяет получить новые фундаментальные знания о частной генетике этой культуры.

Цели и задачи. Цель настоящего исследования заключалась в изучении возможности применения молекулярно-генетических маркеров пшеницы на устойчивость к прорастанию зерна на корню для изучения этого признака у тритикале.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

охарактеризовать образцы тритикале по показателям устойчивости 1.

к прорастанию зерна на корню;

подобрать молекулярные маркеры на устойчивость к прорастанию 2.

зерна на корню;

провести генотипирование образцов тритикале по отобранным 3.

маркерам;

выделить эффективные молекулярные маркеры для использования 4.



в селекции тритикале на устойчивость к предуборочному прорастанию зерна;

выделить перспективные образцы тритикале для селекции на 5.

устойчивость к прорастанию на корню.

Научная новизна результатов исследования Впервые показана взаимосвязь маркера на ген Viviparous-1В и устойчивости к прорастанию зерна на корню у образцов тритикале со светло красной окраской зерна.

Впервые установлено, что у изученных сортообразцов тритикале встречается 4 аллеля гена Vp-1В. С наибольшей частотой встречаются аллели Vp-1Вс и Vp-1Ва, которые встречаются как у озимых, так и яровых форм.

Установлено аналогичное с пшеницей проявление аллелей этого гена: образцы, устойчивые к прорастанию зерна на корню, имеют аллель Vp-1Вс, а неустойчивые – Vp-1Ва. Среди исследованных образцов яровой тритикале выявлены формы, несущие аллели Vp-1Вd и Vp-1Вe.

Впервые установлен полиморфизм тритикале по локусу Xwmc104, который проявляется в наличии 6 аллелей. Наибольшее распространение имеет аллель Xwmc104а, который встречается у 33% сортообразцов.

Впервые для тритикале показан полиморфизм по локусу Xgwm155, проявившийся в наличии 6 и 7 аллелей у озимой и яровой тритикале соответственно. Установлена тесная связь между аллелем Xgwm155с и устойчивостью тритикале к доуборочному прорастанию.

Практическая ценность На основе анализа 167 сортообразца озимой и яровой тритикале различного географического происхождения показана возможность использования молекулярных маркеров Vp-1В3, Xgwm155, Xwmc104 для повышения эффективности селекции тритикале на устойчивость к прорастанию на корню.

Сортообразцы озимой тритикале Е775, №222, Ставропольский 2, устойчивые к прорастанию зерна на корню и несущие аллели Vp-1Вс и Xwmc104b могут быть использованы в качестве исходного материала в селекционных программах на устойчивость к прорастанию на корню с использованием молекулярно-генетических маркеров.

Показана возможность применения молекулярных маркера Xgwm 539, локализованного в хромосоме 2D, Sec2, локализованного в хромосоме 2R, для отбора форм несущих 2R/2D-замещение и его использования при отборе устойчивых к прорастанию зерна на корню форм тритикале.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Молекулярно-генетический маркер на ген Viviparous-1В для контроля устойчивости к прорастанию зерна на корню у тритикале;

2. Полиморфизм и распределение аллелей гена Viviparous-1В у яровой и озимой тритикале;

3. Полиморфизм, частоты аллелей по локусу Xwmc104 и Xgwm155 у тритикале и их связь с устойчивостью к прорастанию зерна на корню;

Обоснование и достоверность научных положений Исследования выполнены на большом экспериментальном материале, по общепринятым методикам, рекомендованным научными учреждениями страны.

Все выводы и предложения подтверждены экспериментальными исследованиями, статистической обработкой полученных данных.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований доложены на Международной научной школе-конференции молодых учёных «Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях» (Звенигород, 2008);





IX Молодёжной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2009);

Международной научно-практической конференции молодых учёных «Молодёжь и инновации – 2009» (Горки, Республика Беларусь, 2009);

V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009).

Публикации По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 в журнале, рекомендованном ВАК, и 1 патент на селекционное достижение.

Объем и структура диссертации Материалы диссертации изложены на 118 страницах машинописного текста и включают 18 рисунков, 21 таблица. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов исследований и их обсуждения, выводов и списка литературы. Список цитируемой литературы включает 254 наименований, из них 218 иностранных.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Растительный материал Экспериментальная работа выполнена в 2007 – 2011 гг. на кафедре генетики и биотехнологии (до 2010 г. – кафедра генетики), в Центре молекулярной биотехнологии РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева и на Полевой опытной и селекционной станции. Исследование проводили на линиях и сортах озимой, 81 сортообразце различного географического происхождения яровой тритикале и 38 сестринских линиях яровой тритикале, полученных от скрещивания сорта Abaco с линией гескаплоидной тритикале 131/7.

Индекс прорастания (GI) рассчитывали по Walker-Simmons (1988):

GI=(7xn1+6xn2+…+1xn7)/7 x N, где n1, n2, …, n7 – число семян проросших на первый, второй, и последующее дни до седьмого дня, соответственно, N – общее число зерен. Индекс определяли в трех повторениях для каждого образца, анализировали по 50 зерен в повторении.

Число падения определяли по стандартной методике на приборе ПЧП- (Hagberg, 1960).

Интенсивность окраски зерна определяли по стандартной методике замачиванием в 5% растворе NaOH.

ДНК выделяли из молодых листьев и корешков по методу Bernatzky и Tanksley (1986) с некоторыми модификациями.

Для поиска маркеров на гены устойчивости к прорастанию зерна тритикале на корню использовали последовательности маркеров пшеницы, выявленные в базе данных NSBI, а также в литературных источниках. В работе использовали STS-маркер на ген Viviparous-1, локализованный в хромосоме 3В (Yang et al., 2007) и SSR-маркеры: Xwmc104, локализованный в хромосомах 6BS и 1AS;

Xgwm155, сцепленный с локусом QPhs.ccsu-3A.1 в хромосоме 3АL;

Xgwm 539, локализованный в хромосоме 2D;

Sec2, локализованный в хромосоме 2R. Все праймеры синтезированы в ЗАО «Синтол» (Москва).

Продукты ПЦР разделяли в 1,5% агарозном геле с буфером ТВЕ при напряженности поля 6 V/см. В качестве маркера размеров использовали «100 bp leader» (Fermentas). После окрашивания бромистым этидием продукты ПЦР визуализировали с помощью трансиллюминатора и документировали цифровой камерой.

Определение размеров амплифицируемых продуктов проводили на секвенаторе ABI-3130XL.

Статистические показатели и достоверность различий рассчитывали по Доспехову (1985), Смиряеву и др. (2007). Для определения тесноты связи двух качественных альтернативных признаков использовали коэффициенты ассоциации Пирсона () и контингенции Юла (Q). Связь считалась подтвержденной, если =0.3 или Q=0.5 (Das & Das, 2008). Для определения тесноты связи признаков использовали коэффициент взаимной сопряженности Пирсона (P).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1.1 Характеристика сортов и линий озимой и яровой тритикале по показателям устойчивости к прорастанию зерна на корню Для оценки устойчивости тритикале к прорастанию на корню используются различные лабораторные методы, поскольку непосредственная полевая оценка затруднена.

Наиболее часто используется оценка числа падения (ЧП). Выбор данной методики обуславливается, прежде всего, высокой степенью корреляцией между устойчивостью к прорастанию на корню и числом падения, и тем, что с помощью ЧП можно дать косвенную оценку хлебопекарным качествам (Zanetti, 2000;

Fofana, 2009). Пороговые значения ЧП при оценке устойчивости к прорастанию зерна на корню варьируют по годам и по селекционным программам (Roozeboom, 1999). Анализ ЧП у образцов озимой тритикале, выполненный на кафедре селекции и семеноводства полевых культур (данные любезно предоставлены доц., к.б.н. В.С. Рубец), позволил все сорта и линии классифицировать на две группы: неустойчивые – 28 образцов, относительно устойчивые и устойчивые – 20 (табл. 1, выделены темной заливкой).

Окраска зерновки является полимерным признаком, и её интенсивность может варьировать в зависимости от количества доминантных аллелей и степени влияния транскрипционных факторов (Nilson-Ehle, 1914;

Himi & Noda, 2005). Все образцы коллекции являлись краснозерными, но отличались по интенсивности окраски. Образцы как яровой, так и озимой тритикале были разделены на две группы: светло-красные и темно-красные. В целом, распределение по интенсивности окраски было одинаковым – у озимой и яровой форм.

Еще одним распространенным показателем устойчивости к прорастанию зерна на корню является индекс прорастания. Этот показатель, как и число падения, является комплексной характеристикой, но в тоже время весьма зависимой от погодных условий, при которых происходит формирование зерна.

Среднее значение индекса прорастания среди образцов яровой тритикале колебалось по годам и составило в 2009 году 0,49, в 2010 – 0,16 а в 2011 – 0,73.

Резкое снижение индекса прорастания в 2010 году обусловлено наблюдавшейся аномальной засухой с начала цветения и вплоть до созревания зерна.

1.2 Исследование возможности применения маркера на ген Viviparous-1В для идентификации форм тритикале, различающихся по устойчивости к прорастанию зерна на корню Группа светло-красных включала 25 образцов озимой тритикале, темно красных – 23 образца тритикале (табл. 1). В данном случае изучаемый нами признак имеет по своей сути два альтернативных варианта, измеряемых по дихотомической шкале наименований, поэтому для статистического анализа взаимосвязи устойчивости к прорастанию на корню и интенсивности окраски, мы использовали дихотомические коэффициенты корреляции: коэффициент контингенции () и коэффициент Юла (коэффициент ассоциации) (Das & Das, 2008). Так как при расчетах коэффициенты не превышали показателей 0,3 и 0, соответственно, то связь между устойчивостью к прорастанию на корню и интенсивностью окраски зерна отсутствует.

Таблица 1.

Показатели устойчивости, окраски зерна и аллельного состояния гена Vp-1B у сортообразцов коллекции озимых тритикале Светло-красные Темно-красные Сортообразец Аллели гена Vp Сортообразец Аллели гена Vp 1 2 3 Союз Тальва Vp-1Bc Vp-1Bа Хонгор Vp-1Bа 214406/96 Vp-1Bc Д-37 ПРАГ-Д 246/ Vp-1Bа Vp-1Bа Мара Гармония Vp-1Bа Vp-1Bа Таблица 1 (продолжение).

1 2 3 Тарасовский 1 Патриот Vp-1Bc Vp-1Bа Стрелец Marho Vp-1Bc + Vp-1Bа Vp-1Bа Авангард Амфидиплоид Vp-1Bа Vp-1Bc ПРАГ Fidelio Vp-1Bа Vp-1Bc Эллада Гренадёр Vp-1Bа Vp-1Bа Гермес Presto Vp-1Bа Vp-1Bа Конвейер Каприз Vp-1Bа Vp-1Bc Кентавр Корнет Vp-1Bа Vp-1Bc Линия TF 30 TL 1 Vp-1Bа Vp-1Bc Модуль Стрельна Vp-1Bc + Vp-1Bа Vp-1Bc Талисман Розовский 8 Vp-1Bа + Vp-1Bc Vp-1Bc Дон АД Vp-1Bc Vp-1Bа Е 775 ТИ Vp-1Bc Vp-1Bc АД 285 АДМ Vp-1Bc Vp-1Bа КS - 88Т Alamo Vp-1Bа Vp-1Bc №222 Vp-1Bc 21759/97 Vp-1Bc Антей Славянка Vp-1Bc Vp-1Bа Водолей Никлап Vp-1Bc Vp-1Bа Кастусь Полесский Vp-1Bа Vp-1Bc + Vp-1Bа Виктор 15 Vp-1Bа Ставропольский 2 Vp-1Bc Примечание: заливкой отмечены устойчивые сорта 1.3 Характеристика образцов тритикале по аллельному состоянию гена Viviparous-1В Анализ коллекции озимой тритикале показал, что 41,7% образцов озимой тритикале несут в своем геноме аллель Vp-1Bc, 50,0% – несут аллель Vp-1Bа и 8,3% – содержат в своем геноме и тот и другой аллель (табл. 1). Аллели Vp-1Bb и Vp-1Bd, у исследуемой коллекции выявлены не были. В исследовании Yang et al. (2008) среди сортов пшеницы распределение имело похожий характер:

44,2% сортов несли аллель Vp-1Bc, 55,8% сортов – аллель Vp-1Bа. Аллелей Vp 1Bb и Vp-1Bd также не было выявлено.

Статистический анализ взаимосвязи между устойчивостью к прорастанию на корню и аллельным состоянием гена Vp-1B проводили только по сортам, не имеющим полиморфизма по аллельному состоянию гена Vp-1B.

Было выявлено, что во всей совокупности образцов существует слабая связь между устойчивостью к прорастанию на корню и аллельным состоянием гена Vp-1B.

Связь аллельного состояния гена Vp-1B с устойчивостью к прорастанию была показана только для белозерных образцов пшеницы. Статистическая оценка значимости связи между устойчивостью к прорастанию на корню и аллельным состоянием гена Vp-1B внутри каждой из групп образцов озимой тритикале со светло-красным и темно-красным зерном, показала, что у образцов с темно-красной окраской зерна статистически значимая связь отсутствовала.

У образцов озимой тритикале со светло-красной окраской зерна коэффициент контингенции () составил 0,37, а коэффициент Юла (коэффициент ассоциации) – 0,67, что говорит о том, что в данном случае существует взаимосвязь между признаками Аналогично с результатами, полученными на европейских сортах пшеницы, у светло-краснозерных образцов озимой тритикале аллель Vp-1Bc также чаще наблюдался, у устойчивых фенотипов, а аллель Vp-1Bа у неустойчивых. Особенностью работы с тритикале является наличие ржаного генома, который оказывает дополнительное влияние на устойчивость к прорастанию, но и, на окраску семенной оболочки. Нами впервые продемонстрированы различия в проявлении аллелей гена Viviparous-1В у образцов тритикале, различающихся по интенсивности красной окраски семени и устойчивости к прорастанию.

У яровых форм тритикале были отмечены 4 аллеля гена Viviparous-1В:

Vp-1Bа, Vp-1Bc, Vp-1Bd, Vp-1Be, с наибольшей частотой встречаемости аллелей Vp-1Bc и Vp-1Bа – 59% и 30% - соответственно (рис. 1). В отличие от озимых форм сортообразцы яровой тритикале несли аллели Vp-1Bd и Vp-1Be. В то же время следует отметить, у образцов яровой тритикале, различающихся по интенсивности красной окраски зерна было равное распределение носителей каждого из аллелей.

Vp-1Bа Vp-1Bc Vp-1Bd Vp-1Be 6;

7% 3;

4% 24;

30% 48;

59% Рисунок 1 – Распределение яровой тритикале по числу и частоте сортообразцов с разными аллелями гена Viviparous-1В.

В целом у яровой тритикале наблюдается такая же тенденция, как и у озимых: у сортообразцов со светло-красной окраской зерновки аллель Vp-1Bа ассоциируется с неустойчивостью, а аллель Vp-1Bс – с устойчивостью к прорастанию зерна на корню (табл. 3). Коэффициенты корреляции Юла между индексом прорастания и аллельным состоянием составили -0,31 и -0, соответственно в 2009 и 2011 годах.

Анализ аллельного состояния гена Vp-1В у набора сестринских линий выявил расщепление как среди форм, отобранных из устойчивых растений, так и неустойчивых. Среди линий – потомков устойчивых растений 35% линий характеризуются наличием аллеля Vp-1Bc, 40% – наличием аллеля Vp-1Bа, 25% являлись гетерозиготами по этому гену. Среди линий – потомков неустойчивых форм лишь 17% характеризуются аллельным состоянием Vp-1Bc, в то время как остальные 83% – аллельным состоянием Vp-1Bа. Подобное распределение аллелей гена Vp-1 может быть вызвано доминантной природой устойчивости к прорастанию на корню, что привело к отбору в F3 как гомозигот Vp-1Bc/Vp-1Bc, так и гетерозигот Vp-1Bc/Vp-1Bа, которые могли обладать сходным фенотипическим проявлением.

На основании полученных данных можно сделать вывод о возможности применения молекулярного маркера на аллели гена Viviparous-1В в МAS селекции тритикале, несмотря на то, что большинство образцов озимой и яровой тритикале являются краснозерными. При этом, его использование может быть рекомендовано на образцах со светло-красной окраской зерновки.

Однако следует отметить, что аллельное состояние гена Viviparous-1В в данном случае, несомненно, не является единственным генетическим фактором, пусть и немаловажным, оказывающим влияние на устойчивость к прорастанию на корню.

1.4 Использование микросателлитных маркеров из локусов устойчивости к прорастанию на корню пшеницы для выявления устойчивых форм тритикале Локус Xwmc104. Анализ коллекции с использованием фрагментного анализа амплифицированных продуктов выявил пять аллелей микросателлитного маркера Xwmc104 – а (144 п.н.), b (138 п.н.), c (163 п.н.), d (148 п.н.), e (150 п.н.).

Кроме приведенных фрагментов практически на всех образцах озимой тритикале также интенсивно амплифицировался фрагмент размером 95 п.н.

Однако фрагментный анализ не выявил характерной для SSR-маркеров «лестничной» структуры, что указывает на не микросателлитную природу фрагмента размером 95 п.н. (рис.2).

В то же время, разработчики данного маркера, а так же ряд исследователей, изучавших в ПААГе ампликон данного размера, интерпретировали его как микросателлит, что, несомненно, могло внести ошибку при интерпретации результатов в случае, например, минорной амплификации истинного микросателлитного локуса или наличия нуль-аллеля (http://wheat.pw.usda.gov/cgi-bin/graingenes/report.cgi?class=marker&name;=Xwmc104 6B;

Yang et al., 2008).

Рисунок 2. Фрагментный анализ сорта Авангард. Черной стрелкой отмечен ампликон 95 п.н., встречающийся у всех образцов коллекции;

пунктирной – микросателлитный фрагмент размером 148 п.н.

Наиболее распространенным среди сортообразцов озимой тритикале оказался аллель – Xwmc104а – 38% несли этот аллель. У 5 образцов выявлено расщепление по данному микросателлитному локусу и они в дальнейших исследованиях не использовались. У одного сорта – Славянка – обнаружен нуль-аллель по данному локусу (табл. 2).

Таблица 2.

Характеристика сортов тритикале по устойчивости к прорастанию зерна на корню, аллельному состоянию микросателлитных локусов Xwmc104 и Xgwm155 и интенсивности окраски зерна* Неустойчивые Устойчивые Xwmc104 Xgwm155 Xwmc104 Xgwm 1 2 3 4 5 Союз Е a+e b b b Хонгор АД a d d d+f Д-37 a a Alamo a b Мара № a f b e Тарасовский 1 Антей e d e d с+a Водолей Marho e c b Авангард Кастусь d b+e+d d e Виктор Fidelio d b e d Эллада Ставропольский a e b b Линия Presto a b a b Конвейер Стрельна d+с e c c Кентавр Розовский a b a+с c АД TF 30 TL 1 e b a d Модуль ТИ d+e e c c Талисман АДМ d e d f Дон КS - 88Т c c a d Таблица 2 (продолжение).

1 2 3 4 5 Тальва 100 a d 21759/97 c c Славянка 214406/96 c e -** c ПРАГ-Д 246/1 Никлап a e a d Гармония Полесский e a e c Патриот d e Стрелец a b Амфидиплоид 45 c d ПРАГ 488 d e Гренадёр a b Гермес e d Каприз c e Корнет a e *- сорта со светло-красной окраской зерна отмечены светло-серым, с темно-красным – темно-серым ** - нуль-аллель Статистический анализ не выявил связи межу аллельным состоянием данного локуса и прорастанием на корню каких-либо закономерностей ни в генеральной совокупности, ни в группах по окраске зерна. Обращает внимание аллель Xwmc104b (коэффициент корреляции Юла равен 0,3 при 0,05 уровне значимости), который амплифицируется только у трех образцов – Е775, №222, Ставропольский 2, относящихся к устойчивым к прорастанию на корню и имеющим светло-красную окраску зерна. Кроме того у данных сортов выявлен аллель Vp-1Bc, обеспечивающий устойчивость к прорастанию на корню, что может свидетельствовать о наличии минимум двух генетических факторов устойчивости к прорастанию на корню. Таким образом, перспективные образцы Е775, №222, Ставропольский 2 могут быть рекомендованы для использования в исследованиях устойчивости к прорастанию на корню, а также в селекционных программах на данный признак с использованием молекулярных маркеров.

Важным аспектом в работе с локусами количественных признаков является поиск и создание молекулярных маркеров, кодоминантных и тесно сцепленных с ними. При скрещивании краснозерной устойчивой мягкой пшеницы и белозерной неустойчивой показали, что микросателлитный маркер Xwmc104, локализованный в хромосомах 6BS и 1AS, наследуется сцепленно с устойчивостью к прорастанию на корню. В наших исследованиях не установлено какой-либо статистически значимой связи между аллелями маркера Xwmc104 и устойчивостью к прорастанию на корню. Это, по видимому, может быть связано с тем, что в большинстве представленных образцов локусы QTL, обеспечивающие устойчивость, отсутствовали. Среди других факторов, снижающих роль конкретных QTL могут быть эпистатические и средовые эффекты.

Локус Xgwm155. Фрагментный анализ амплифицированных продуктов микросателлитного локуса Xgwm155 среди всех образцов тритикале выявил семь аллелей: Xgwm155a (125 п.н.), Xgwm155b (127 п.н.), Xgwm155c (129 п.н.), Xgwm155d (140 п.н.), Xgwm155e (143 п.н.), Xgwm155g 145 (п.н.), Xgwm155f ( п.н.). Среди образцов озимой тритикале выявлено шесть аллелей – (табл. 2), а у яровых – все семь.

В отличие от локуса Xwmc104, где преобладал один аллель – Xwmc104a, по локусу Xgwm155 три аллеля имели примерно одинаковое распространение среди изученных образцов озимой тритикале – b,d,e, – примерно по 27%. У трех образцов озимой тритикале выявлен полиморфизм по данному микросателлитному локусу, и они в дальнейших анализах не учитывались (табл. 2).

Статистический анализ связи между устойчивостью к прорастанию зерна на корню и аллельным состоянием по локусу Xgwm155 для всей коллекции показал значение коэффициента взаимной сопряженности Пирсона (Р) 0,43, что указывает на среднюю силу связи. Для образцов со светло-красным зерном коэффициент Р составил 0,31;

для образцов с тёмно-красным – 0,62. Таким образом, коэффициент связи для образцов со светло-краснозёрным зерном тритикале снижен по сравнению с общей коллекцией. Для образцов с тёмно краснозёрным зерном показатель наоборот возрос, уверенно демонстрируя среднюю силу связи.

На основании этого можно считать, что существует тесная взаимосвязь между микросателлитным маркером Xgwm155 и устойчивостью к прорастанию зерна на корню у озимой тритикале. Так же следует отметить, что, если при расчетах не учитывать те аллели, по которым количество сортов было меньше трех, а так же те, которые равномерно распределились среди устойчивых и неустойчивых образцов тритикале, то взаимосвязь будет полной.

Подводя итог, следует резюмировать, что микросателлитный локус Xgwm155, сцепленный с QTL устойчивости к прорастанию на корню у мягкой пшеницы, показал тесную взаимосвязь с устойчивостью к прорастанию на корню и среди темно-краснозерных образцов озимой тритикале. При этом наличие аллеля Xgwm155с ассоциировано с QTL, обеспечивающим относительную устойчивость образцов озимой тритикале, в противоположность аллелю Xgwm155е, ассоциированному с отсутствием устойчивости к прорастанию на корню у озимой тритикале.

1.5 Характеристика коллекции яровой тритикале по наличию 2R/2D-замещения и оценка устойчивости к прорастанию зерна на корню замещенных форм Хромосома 2D несет ряд генов важных признаков, среди которых снижение высоты растения и устойчивость к полеганию, которые степени связано с устойчивостью к прорастанию зерна на корню.

Для исследования наличия 2R/2D-замещения применяли систему из двух маркеров: на хромосому 2D- Xgwm 539, и хромосому 2R – Sec2, с помощью которой выявлено 13 сортообразцов яровой тритикале, имеющих 2R/2D замещение (табл. 3).

Таблица 3.

Характеристика образцов яровой тритикале по аллельному состоянию гена Vp-1B, индексу прорастания (ИП), наличию хромосомы 2D (d) и интенсивности окраски зерна (образцы с темно-красным зерном выделены заливкой) Аллель гена ИП, ИП, Аллель гена ИП, ИП, Образец Образец 2D 2D Vp-1B 2009 2010 Vp-1B 2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 С-186 Vp-1Bc 0,117 0,04 Popwg Vp-1Ba 0,493 0, Двуручка к- Vp-1Bc 0,224 0,182 Vp-1Ba 0,199 0, С-202 к- Vp-1Ba 0,264 0,08 Vp-1Ba 0,601 0, С-187 к- Vp-1Be 0,290 0,202 Vp-1Ba 0,260 0,372 d С- Dublett Vp-1Bd 0,293 0,106 Vp-1Ba 0,381 0, С-199 С- Vp-1Bc 0,314 0,046 Vp-1Ba 0,474 0, С- PI587531 Vp-1Ba 0,323 0,232 d Vp-1Ba 0,356 0, С- PI422258 Vp-1Bc 0,337 0,206 d Vp-1Ba 0,449 0, ПРАГ551 Ярило Vp-1Bc 0,341 0,256 Vp-1Ba 0,351 0, к- PI429031 Vp-1Bc 0,350 0,272 d Vp-1Bc 0,649 0,196 d PI428904 Vp-1Bc 0,359 0,084 d PI429157 Vp-1Bc 0,541 0, к-1277 Vp-1Bc 0,384 0,538 PI429151 Vp-1Bc 0,373 0, Лана к- Vp-1Bc 0,390 0,3 Vp-1Bc 0,703 0, ПРАГ511 к- Vp-1Bc 0,393 0,18 Vp-1Bc 0,140 0,138 d PI429082 Vp-1Bc 0,451 0,356 PI587388 Vp-1Bc 0,456 0,334 d С-201 Vp-1Bc 0,477 0,086 PI587512 Vp-1Bc 0,397 0, PI429154 Vp-1Bc 0,480 0,294 PI429159 Vp-1Bc 0,439 0, 131/7 Vp-1Bc 0,517 0,318 PI429160 Vp-1Bc 0,700 0, к-1152 Vp-1Ba 0,524 0,448 PI429162 Vp-1Bc 0,503 0, к-1185 Vp-1Bc 0,530 0,376 d PI519877 Vp-1Bc 0,453 0,266 d к-1200 Vp-1Bc 0,534 0,192 PI587265 Vp-1Bc 0,400 0,232 d PI422260 Vp-1Bc 0,536 0,32 Presto//Tesmo Vp-1Bc 0,590 0, Aktivo Vp-1Bc 0,543 0,322 Rosner612 Vp-1Bc 0,457 0, Лена 86 к- Vp-1Bc 0,544 0,278 Vp-1Bc 0,224 0,24 d к-1719 к- Vp-1Ba 0,550 0,328 Vp-1Bc 0,769 0, к- Abaco Vp-1Ba 0,566 0,156 Vp-1Bc 0,701 0, к- PI429158 Vp-1Bc 0,570 0,34 Vp-1Bc 0,726 0,636 d ПРАГ518 Лена Vp-1Ba 0,589 0,22 Vp-1Bc 0,824 0, Таблица 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ПРАГ553/ Legalo Vp-1Ba 0,613 0,112 Vp-1Bc 0,727 0, ПРАГ550 С- Vp-1Bc 0,613 0,514 Vp-1Bc 0,084 0, С- PI587279 Vp-1Ba 0,619 0,27 Vp-1Bc 0,113 0, С- Sandro Vp-1Ba 0,667 0,396 Vp-1Bc 0,184 0, Укро S17 Vp-1Ba 0,676 0,348 Vp-1Bc 0,517 0, ПРАГ PI624274 Vp-1Bd 0,680 0,85 d* Vp-1Bd 0,447 0, ПРАГ Gabo Vp-1Ba 0,681 0,39 Vp-1Bd 0,783 0, к-1716 Vp-1Bc 0,686 0,06 Grego Vp-1Bd 0,560 0, ПРАГ554/1 С- Vp-1Ba 0,690 0,188 Vp-1Be 0,153 0,022 d* к-1715 С- Vp-1Ba 0,704 0,46 Vp-1Be 0,419 0, ПРАГ418 Vp-1Bc 0,717 0, Дагво Vp-1Bd 0,723 0, к-1242 Vp-1Ba 0,759 0, PI624276 Vp-1Ba 0,764 0,336 d* Арта 59 Vp-1Bc 0,869 0, Анализ взаимосвязи наличия замещения и устойчивости к прорастанию зерна на корню показал наличие значимой связи между этими признаками (коэффициент корреляции Юла равен 0,31 на 1% уровне значимости).

ВЫВОДЫ:

1. Яровые и озимые формы тритикале характеризуются полиморфизмом по гену Viviparous-1В. Установлено, что у 41,7% образцов озимой тритикале встречается аллель Vp-1Bc, 50,0% – несут аллель Vp-1Bа и 8,3% – содержат оба аллеля. У яровых форм тритикале отмечены четыре аллеля гена Viviparous-1В: Vp-1Bа – 30%, Vp-1Bc – 59%, Vp-1Bd – 7%, Vp-1Be – 4%.

2. Установлена возможность использования молекулярного STS-маркера Vp-1B на аллели гена Viviparous-1В в МAS-селекции тритикале на образцах со светло-красной окраской зерна.

3. Аллель Vp-1Bс является рецессивным по отношению к Vp-1Bа, что подтверждается результатами отбора в F3-поколении форм тритикале, различающихся по устойчивости к прорастанию зерна на корню. Среди линий – потомков неустойчивых форм F6-поколении 83% являются гомозиготами по аллелю Vp-1Bа. Среди устойчивых форм наблюдается равномерное распределение между всеми тремя генотипами.

4. Образцы озимой тритикале характеризуются наличием шести аллелей по локусу Xwmc104. Наибольшее распространение имеет аллель Xwmc104а, встречающийся у 33% образцов.

5. По локусу Xgwm155 у образцов озимой тритикале выявлено шесть аллелей, у яровой – семь. Показана тесная связь между аллелями Xgwm155с и Xgwm155e и проявлением устойчивости к прорастанию на корню у тритикале.

6. Среди изученных 81 сортообразцов яровой тритикале 13 несут 2R/2D замещение. Установлена тесная связь между устойчивостью к прорастанию зерна на корню и наличием данного замещения.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Молекулярные маркеры Vp-1В, Xgwm155, Xwmc104 могут быть рекомендованы для повышения эффективности селекции тритикале на устойчивость к прорастанию на корню.

2. В качестве исходного материала в селекции на устойчивость к прорастанию зерна на корню с применением молекулярных маркеров могут быть рекомендованы образцы озимой тритикале Е775, №222, Ставропольский 2, устойчивые к прорастанию зерна на корню и несущие аллели Vp-1Вс и Xwmc104b.

3. Для яровой тритикале может быть рекомендовано привлечение при ведении селекции на устойчивость к прорастанию зерна на корню форм, несущих 2R/2D-замещение, идентифицируемое с применением молекулярных маркеров Xgwm 539, локализованного в хромосоме 2D, и Sec2, локализованного в хромосоме 2R.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

:

Майер Н.К., М.Г. Дивашук, П.Ю. Крупин, А.А. Соловьёв. Влияние 1.

аллелей гена Viviparous-1 на устойчивость к прорастанию на корню у яровой тритикале. – Известия ТСХА, 2009, №4, с. 138-142.

Майер Н.К., Коршунов А.В. Оптимизация методики оценки 2.

активности -амилазы в отдельных зерновках тритикале. // Международная научная школа-конференция молодых учёных «Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях» Звенигород, 7-12 декабря 2008. – с. 45.

Майер Н.К., М.Г. Дивашук, Н.Т.Т Линь, В.С. Рубец, А.В.

3.

Коршунов, В.В. Пыльнев, А.А. Соловьёв Изучение возможности использования аллельного состояния гена Vp-1 в селекции озимой тритикале на устойчивость к прорастанию на корню. // IX Молодёжная научная конференция «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» - Москва апреля 2009. – с. 18-20.

Майер Н.К., Дивашук М.Г., Коршунов А.В., Соловьёв А.А.

4.

Определение аллельного состояния гена Viviparous-1 у образцов озимой и яровой тритикале // Международная научно-практическая конференция молодых учёных «Молодёжь и инновации – 2009».- Республика Беларусь. – с.41-45.

Майер Н.К., М.Г. Дивашук, Н.Т.Т Линь, В.С. Рубец, А.В.

5.

Коршунов, В.В. Пыльнев, А.А. Соловьёв Исследование аллельного состояния гена Vp-1 среди сортов озимой тритикале // Материалы V съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров – Москва, 21-28 июня 2009 – с. Патент № 5271 от 03.03.2010 г. на селекционное достижение яровая 6.

тритикале 131/7. Авторы: Данилкин Н.М., Дивашук М.Г., Майер Н.К., Базаеев Н.А., Соловьев А.А. Бюллетень №155 от 20.04.2010 г.

http://gossort.com/bullets/bull_155_8.html Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» ГК №02.740.11.

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.