WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ТРУБАЧЕЕВА

НАТАЛИЯ ВИКТОРОВНА

ОСОБЕННОСТИ ЯДЕРНЫХ И МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ГЕНОМОВ У

АЛЛОПЛАЗМАТИЧЕСКИХ ЭУПЛОИДНЫХ И АНЕУПЛОИДНЫХ ЛИНИЙ (Hordeum marinum subsp. gussoneanum)-Triticum aestivum

Генетика - 03.00.15.

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск 2007

Работа выполнена в лаборатории хромосомной инженерии злаков Института цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск, Россия

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Першина Лидия Александровна

Институт цитологии и генетики СО РАН

г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Дорогина Ольга Викторовна

Центральный ботанический сад СО РАН

г. Новосибирск

кандидат биологических наук

Будашкина Екатерина Борисовна

Институт цитологии и генетики СО РАН

г. Новосибирск

Ведущее учреждение: Томский государственный университет,

г. Томск

Защита диссертации состоится “___”____________2007 г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д-003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г. Новосибирск-90, проспект академика Лаврентьева, 10.

т/ф: (383)333-12-78, e.mail: dissov@bionet.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан “___”____________2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук А.Д. Груздев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Отдаленная гибридизация является фактором, играющим важную роль в видообразовании покрытосеменных растений (Вавилов, 1960; Soltis et al., 1999; 2000; Kellog, 2003). Экспериментальное получение отдаленных гибридов позволяет моделировать процессы видообразования (Riesenberg et al., 1997; 2003; Feldman et al., 1997), оценивать степень филогенетического родства между отдельными видами (Burow et al., 2001), выявлять особенности ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Maan, 1991; 1992a; Asakura et al., 2000), проводить хромосомную локализацию и картирование генов (Hsam et al., 2000).

Кроме того, отдаленная гибридизация лежит в основе комплекса методов хромосомной инженерии, направленных на увеличение генетического разнообразия культурных растений, включая мягкую пшеницу T.aestivum L. (Sears, 1972; Цицин, 1979; Friebe et al., 1996). С целью интрогрессии в геном мягкой пшеницы новых генов, контролирующих хозяйственно-ценные признаки, ее скрещивают как с видами рода Triticum L. (Friebe et al., 1996; Лайкова и др., 2004a; b), так и с видами других родов трибы Triticeae (Иванов, 2006), включая род Hordeum L. (Fedak, 1992; Islam, 2002). Так, на основе ячменно-пшеничных амфиплоидов, полученных с участием дикорастущего ячменя H.chilense Roem. et Schultz., создана новая зерновая культура Tritordeum Ascherson et Graebner (Alvarez et al., 1992). Скрещивания мягкой пшеницы с культурным ячменем H.vulgare L. привели к получению пшенично-ячменных дополненных (Islam, Shepherd, 1990), замещенных (Islam et al., 1992b), аллоплазматических рекомбинантных линий (Першина и др., 1995; 1999), используемых в генетических исследованиях. Среди других видов Hordeum интерес представляют подвиды дикорастущего ячменя H.marinum Hudson, характеризующиеся устойчивостью к абиотическим стрессам (Кобылянский, 1967; Bothmer et al., 1991) и способностью давать при скрещивании с пшеницей гибриды, восстанавливающие фертильность при колхицинировании и беккроссировании (Pershina et al., 1988; 1998; Islam, 2002; Пендинен и др., 2003).

Установлено, что отдаленные скрещивания приводят к реорганизации ядерных геномов (Liu et al., 1998; Ozkan et al., 2001; Shaked et al., 2001) и нарушениям ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Asakura et al., 2000), оказывая влияние на жизнеспособность и фертильность растений. Следует подчеркнуть, что широко проводимые исследования процессов реорганизации ядерных геномов при формообразовании на основе отдаленной гибридизации растений, в том числе злаков, не затрагивают проблем изменчивости цитоплазматических геномов и ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Feldman et al., 1997; Ozkan et al., 2001; Shaked et al., 2001).

В связи с этим представляется актуальным проведение параллельного изучения особенностей ядерных и цитоплазматических геномов у растений гибридного происхождения. В этом отношении удобными моделями для исследования и процессов ядерно-цитоплазматических взаимодействий, и наследования цитоплазматических геномов являются аллоплазматические линии, представляющие собой сочетание чужеродных по отношению друг к другу ядерных и цитоплазматических геномов различных видов (Палилова, 1986, Tsunewaki et al., 1996).

Цель и задачи исследования Цель работы – изучение с использованием комплекса молекулярно-генетических методов особенностей ядерных и митохондриальных геномов аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов Hordeum marinum subsp. gussoneanum (Parl.) Thell.(2n = 28) (=H.geniculatum All.) х Triticum aestivum L. (2n = 42).

Задачи работы

  1. Охарактеризовать с применением RAPD-анализа ядерные геномы аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (H.marinum subsp. gussoneanum)-T.aestivum разного происхождения.
  2. Провести геномную in situ гибридизацию (GISH) для выявления хромосом дикорастущего ячменя и их фрагментов в геноме аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (H. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum.
  3. Определить хромосомный состав аллоплазматических замещенных

(2n = 40w + 2b) и анеуплоидных (2n = 40w + 2tw + 2tb) линий с использованием микросателлитных (SSR) маркеров мягкой пшеницы.

  1. Провести сравнительный анализ ряда последовательностей митохондриальной ДНК (мтДНК) на основе ПЦР- и RFLP-анализа у аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (H.marinum subsp. gussoneanum)-T.aestivum с разным проявлением фертильности.

Научная новизна работы

Впервые с применением комплекса молекулярно-генетических методов исследованы особенности ядерных и митохондриальных геномов аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий мягкой пшеницы, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов H.marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) х T.aestivum (2n = 42). Показано, что процесс формообразования при самоопылении растений беккроссных поколений BC1-BC4, полученных при возвратных скрещиваниях гибридов с мягкой пшеницей, приводит к стабилизации кариотипов, близких к кариотипу мягкой пшеницы, но с тенденцией включения хромосом дикорастущего ячменя. Самофертильность и цитогенетическая стабильность аллоплазматических линий мягкой пшеницы, у которых одна или три пары хромосом замещены на гомеологичные пары хромосом H.marinum subsp. gussoneanum, указывает на компенсационную способность хромосом ячменя в отношении гомеологичных хромосом мягкой пшеницы. По данным SSR-анализа образование аллоплазматических замещенных линий происходит преимущественно с замещением хромосом мягкой пшеницы 7D на гомеологичные ячменя. Образование самофертильных аллоплазматических дополненных линий мягкой пшеницы связано с участием телоцентрических хромосом дикорастущего ячменя. Обнаружена взаимосвязь между присутствием последовательностей мтДНК определенного родительского типа, наличием хромосом ячменя в геноме аллоплазматических линий и проявлением фертильности растений.

Положения, выносимые на защиту.

  1. Формирование самофертильных аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий, сформированные на основе ячменно-пшеничных гибридов H.marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) x T. aestivum (2n = 42) сопровождается встраиванием хромосом дикорастущего ячменя в геном мягкой пшеницы.
  2. Основной вариант образования аллоплазматических замещенных линий у самоопыленных потомков беккроссных поколений ячменно-пшеничных гибридов H.marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) x T. aestivum (2n = 42) связан с замещением хромосом мягкой пшеницы 7D на гомеологичные хромосомы дикорастущего ячменя.
  3. У аллоплазматических линий мягкой пшеницы, имеющих цитоплазму дикорастущего ячменя H.marinum subsp. gussoneanum, присутствие определенного типа последовательностей мтДНК ассоциировано с проявлением фертильности растений и наличием хромосом ячменя в ядерном геноме.

Научно-практическая значимость работы

В результате проведенного исследования получены новые данные, подтверждающие совместимость ядерного генома мягкой пшеницы и цитоплазмы ячменя H.marinum subsp. gussoneanum и демонстрирующие возможность получения самофертильных замещенных и дополненных линий мягкой пшеницы с цитоплазмой этого дикорастущего вида. Высокий уровень полиморфизма между RAPD-спектрами дикорастущего ячменя и мягкой пшеницы позволяет эффективно использовать RAPD-анализ для изучения геномов потомков ячменно-пшеничных гибридов. Последовательности, выделенные из мтДНК мягкой пшеницы, могут эффективно использоваться для дифференциации митохондриальных геномов пшеницы и дикорастущего ячменя у гибридных растений.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов, обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Материал диссертации изложен на 156 страницах печатного текста, включая 14 таблиц и 12 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 408 работ.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 15 работ, в том числе 5 статей в рецензируемых изданиях.

Апробация работы Результаты работы были представлены на 11ой конференции EWAC, Новосибирск, 2000; Международной конференции “Genetic Collection, Isogenic and Alloplasmic Lines, Новосибирск, 2001; Международной конференции по отдаленной гибридизации, Москва, 15-17 декабря 2003; II конференции МОГиС, Москва, 2003; III съезде ВОГиС, Москва, 2004; V Международном совещании и Школы молодых ученых по кариологии, кариосистематике и молекулярной систематике растений, Санкт - Петербург, 2005; Отчетной конференции «Динамика генофондов растений, животных и человека», Москва, 2005; Всероссийской научной конференции ”Структура и экспрессия митохондриального генома растений”, Иркутск, 2006 и обсуждались на отчетных сессиях ИЦиГ СО РАН (2001, 2004).

Благодарность Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований проекты МАС (№ 02-04-06745, 02-04-48416), проект РФФИ № 05-04-48600, программа Президиума РАН «Геном растений», комплексного интеграционного проекта СО РАН “Динамика генофондов растений, животных и человека”, грант Фонда Министерства Сельского и Лесного Хозяйства Германии. Автор выражает благодарность д.б.н. Салиной Е.А. за предоставленную возможность проведения молекулярно-генетических экспериментов и консультации при обсуждении результатов, сотруднице Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгарда д.б.н. Е.Д. Бадаевой за проведение цитогененетического анализа ряда линий, д-р М. Родер за возможность выполнения SSR-анализа в лаборатории картирования генов и геномов растений (IPK, Гатерслебен, Германия).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изучены аллоплазматические эуплоидные и анеуплоидные линии, c разным проявлением фертильности, сформированные на основе отдельных растений самоопыленных потомков беккроссных поколений BC1–BC4 ячменно-пшеничных гибридов H.marinum subsp. gussoneanum (Parl.) Thell. (2n=28) (=H.geniculatum All.) (2n=28) х T.aestivum (Пиротрикс 28) (2n=42), о получении которых сообщалось в работах (Pershina et al., 1988; 1998). В работу также были включены 54-хромосомная линия, выделенная среди самоопыленных потомков F3 цитогенетически нестабильного ячменно-пшеничного амфиплоида, и телоцентрически дополненная линия, полученная от растения – самоопыленного потомка BC1 амфиплоида. В таблице 1 представлены данные о происхождении изученных линий и числе хромосом, характерных для линии. Кроме того, изучены потомки растений, выделенных от одного из 42-хромосомных растений BC4F3-поколения, обозначенного как растение 218. В процессе работы на основе растения 218(1) создана линия Л-36, а растения 218(3) – линия Л-35. По признакам фертильности линии и потомки растений группы 218 относились к следующим группам: стабильно самофертильные – Л-31, Л-36, Л-38, 218(1), 218(2); с пониженной фертильностью – Л-28, Л-29, Л-26, Л-27, Л-35, Л-49, Л-503, 218(3), 218(7), 218(9), 219(12), 218(14); практически полностью стерильные в последующих самоопыленных поколениях – Л-32, 218(11). В качестве контроля брали родительские генотипы – ячмень H.marinum subsp. gussoneanum (H.mar) и сорта мягкой пшеницы Пиротрикс 28 и Новосибирская 67.

ДНК растений выделяли по методике с применением протеиназы К (Дрейпер и др., 1991). Использованы следующие методы молекулярно-цитогенетического анализа: геномная in situ гибридизация (GISH) – гибридизация препаратов митотических хромосом с флуоресцентно-меченой тотальной ДНК; молекулярно-генетического анализа: RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) – метод, основанный на получении специфического набора фрагментов ДНК различной длины (RAPD-спектра) при использовании ПЦР c одиночным праймером c произвольной последовательностью нуклеотидов (Williams et al., 1990); SSR-анализ (Simple Sequence Repeat) – анализ микросателлитных локусов, картированных на хромосомах мягкой пшеницы (Rder et al., 1998); RFLP-анализ (Restriction Fragment Length Polymorphism) с использованием клонированных последовательностей митохондриальной ДНК (Tsukamoto et al, 1990); ПЦР-анализ со специфическими праймерами к участку, фланкирующему 5’-конец 18S/5S рекомбинационного повтора митохондриальной ДНК злаков (Coulthart et al., 1993). В качестве зонда для геномной in situ гибридизации (Leitch et al. 1994) использовалась геномная ДНК ячменя (H.mar), меченая биотином.

Таблица 1. Происхождение использованных в работе образцов аллоплазматических линий (H. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum.

Номера линий

Происхождение линий

Число хромосом у

изученных образцов

Л-28

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»