WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Ваэль Абдель Хамид Аль-Юсеф ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МЕСТНОЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ АЗИИ И АФРИКИ ИЗ КОЛЛЕКЦИИ ВИР Специальность: 03.00.15 – Генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена в отделе генетических ресурсов пшеницы и отделе биохимии и молекулярной биологии Государственного научного центра Российской Федерации Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н.И. Вавилова.

Научный консультант: доктор биологических наук Митрофанова Ольга Павловна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Анисимова Ирина Николаевна доктор биологических наук Шнеер Виктория Семеновна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Защита диссертации состоится « 20 » мая 2009 г. в « 11 » часов на заседании диссертационного совета Д 006.041.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 44. Факс: (812) 571-87-28; e-mail: v.gavrilova@vir.nw.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научноисследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова.

Автореферат разослан « 20 » апреля 2009 г.

Автореферат размещен на сайте http://www.vir.nw.ru « 17 » апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Вера Алексеевна Гаврилова 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разнообразие культурных и родственных им диких видов растений – это основной фонд для развития государственного семеноводства и селекции (Вавилов, 1932), он является важной составляющей обеспечения продовольственной безопасности любой страны. Во всем мире особое внимание уделяют сохранению стародавних местных сортов (landraces), считая их потенциально полезными источниками аллелей генов и полигенных систем, обусловливающих устойчивость и толерантность пшеницы к различным неблагоприятным абиотическим и биотическим факторам внешней среды (Вавилов, 1935; Zeven, 1998). Десятки тысяч местных сортов сохраняются в семенных банках и на полях фермеров, но большинство из них неадекватно описано и изучено для эффективного использования в селекции (Dreisigacker et al., 2005). В их число входит и коллекция пшеницы Государственного научного центра РФ, Всероссийского НИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова (ВИР). Она содержит более 13 тыс. образцов, имеющих статус стародавних местных и полученных из них отбором старых селекционных сортов (Митрофанова, 2007). Преимущественно это оригинальный материал, собранный экспедициями ВИР и прошедший полевое изучение еще в первой половине прошлого века. Он охарактеризован по морфологическим признакам и отношению к условиям среды (Фляксбергер, 1935; Пальмова, 1935; Вавилов, 1935, 1964; Дорофеев и др., 1979). Однако полученные знания большей частью находятся вне связи с конкретными образцами коллекции, и они недостаточны для эффективной работы с ней. Необходимо иметь четкие представления об уровне и общей структуре не только ее фенотипического, но и генетического разнообразия, определить место и значимость каждого образца в его формировании. Наличие такой информации повысит уровень изученности коллекции пшеницы, позволит оптимизировать состав ее активной части и уменьшить затраты на работу с ней.

Основная цель настоящего исследования – изучить фенотипическое и генетическое разнообразие местной яровой мягкой пшеницы юго-западной и центральной Азии, северной и северо-восточной Африки, имеющейся в коллекции ВИР, и определить структуру разнообразия выборки для повышения эффективности отбора образцов для селекции и научных исследований.

Для достижения этой цели нужно было решить следующие задачи:

– охарактеризовать выборку местных сортов по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений и дать количественную оценку выявленного разнообразия по признакам;

– исследовать полиморфизм выборки по глиадину и показать особенности его проявления;

– изучить микросателлитные последовательности у генотипов, отобранных из местной яровой мягкой пшеницы, и характер ее генетической дифференциации;

– определить особенности географического распределения вариаций признаков и разнообразия генотипов;

– выявить структуру разнообразия изученной выборки коллекционных образцов.

Научная новизна исследований. Дана оценка местной яровой мягкой пшенице из коллекции ВИР по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений, электрофоретическим спектрам глиадина и составу аллелей пяти микросателлитов, известной локализации (МС-локусов). Показано, что местные сорта могут содержать в своем составе внутрисортовые группы растений, раз личия которых по комплексам качественных и количественных признаков сопоставимы с межсортовыми. Установлено, что местная мягкая пшеница из Азии имеет более широкое разнообразие по изученным признакам, чем местная пшеница из Африки. У генотипов, отобранных из местных сортов, идентифицировано 49 аллелей для пяти МС-локусов. Впервые показано, что наиболее широкое географическое распространение имеют аллели 131 и 133 локуса Xgwm415, а объединенные выборки генотипов из стран Азии и Африки дифференцированы по частоте встречаемости аллелей локуса Xgwm257. Группирование сортов и биотипов или генотипов по степени фенотипического или генетического сходства не имеет четкой географической направленности, оно не связано с принадлежностью материала к какому-либо континенту или стране происхождения. Определена структура разнообразия изученной выборки образцов и возможности использования информации о ней при отборе материала для селекции и научных исследований. В составе выборки выявлены скороспелые и короткостебельные сорта, представляющие интерес для дальнейшего изучения и использования в селекции.

Практическая ценность работы состоит в том, что охарактеризована часть коллекции ВИР и по результатам ее изучения созданы описательные и оценочные базы данных, которые могут быть предоставлены широкому кругу пользователей.

Для исследований по геномике и биотехнологии мягкой пшеницы создана оригинальная коллекция из 96 генотипов (линий), отобранных из местных сортов и обладающих определенным составом аллелей пяти МС-локусов, коллекция паспортизирована по электрофоретическим спектрам глиадина и охарактеризована по морфологическим и некоторым хозяйственно-ценным признакам.

Положение, выносимое на защиту: представленная в коллекции ВИР местная яровая мягкая пшеница из юго-западной и центральной Азии, северной и северовосточной Африки дифференцирована на группы сортов или генотипов, и эта дифференциация не связана с принадлежностью пшеницы к определенному континенту или стране происхождения.

Диссертационная работа выполнена в рамках программ фундаментальных и прикладных исследований РАСХН на 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждались: на I (IX) Международной конференции молодых ботаников в СанктПетербурге в Ботаническом Институте им. В.Л. Комарова РАН, 21-26 мая 2006 г. и на II Вавиловской Международной конференции во Всероссийском научноисследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова РАСХН, 26-30 ноября 2007 г.

Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано пять работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Структура работы традиционная. Она состоит из введения, обзора литературы, 4 глав экспериментальной части, обсуждения, выводов, списка использованной литературы (135 наименований, в том числе 68 на иностранном языке), содержит 29 таблиц, 17 рисунков, 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы даны общие представления о роде Triticum L., в двух разделах и трех подразделах рассмотрены местные сорта пшеницы и их значение для селекции (1.1.), генетические маркеры в оценке разнообразия пшеницы (1.2), в том числе морфологические маркеры (1.2.1.), биохимическая природа и генетический контроль глиадина (1.2.2.) и ДНК-маркеры (1.2.3.). В заключении обоснована цель и сформулированы задачи исследования.

2. Объект и методы исследования Для проведения работы из коллекции ВИР было отобрано 249 стародавних местных сортов яровой мягкой пшеницы Азии и Африки. Эти сорта собраны в 19261989 гг. преимущественно экспедициями ВИР в Иордании, Ираке, Палестине, Сирии, Турции, Иране, Ливии, Марокко, Тунисе, Египте и Эфиопии.

В 2003 г. на опытном поле Пушкинского филиала ВИР проводили сравнительную оценку материала по морфологическим и фенологическим признакам, некоторым параметрам продуктивности согласно Методическим указаниям ВИР (Мережко и др. 1999). Стандартом для определения фенофаз был сорт яровой мягкой пшеницы Ленинградка (к-47882, Россия, Ленинградская обл.). В 2004 г. там же для анализа глиадина и микросателлитов размножали отдельные растения (генотипы), отобранные по типичным признакам каждого сорта.

Глиадин из эндосперма отдельных зерновок выделяли 5М водным раствором мочевины. Электрофоретический анализ экстрактов проводили в 6,5% ПААГе (рН 3,1) по (Гаврилюк и др., 1989; Конарев и др., 2000). Электрофоретические спектры глиадина записывали в виде белковых формул в соответствии с эталонным спектром (Конарев, 1980). В качестве стандарта использовали озимую мягкую пшеницу Мироновская 808. Интенсивность компонентов оценивали по пяти балльной шкале.

Анализ микросателлитов известной локализации в геноме (МС-локусов) осуществляли с помощью ПЦР-амплификации по Roder et al. (1998). ДНК из одного двух-трехнедельного проростка выделяли СТАВ–методом (Saghai-Maroof et al., 1984).

Амплификацию МС-локусов проводили в термоциклере Amplitron II фирмы Thermolyne c использованием наборов реактивов для ПЦР (Силекс, Москва). Наличие продуктов амплификации контролировали электрофорезом в 1,5% агарозном геле. Идентификацию фрагментов ДНК проводили электрофорезом в пластинах 5% ПААГ в секвенаторе фирмы Cole-Parmer (кат. № 28563-10) с последующей их окраской серебром (Остерман, 1981; Маниатис и др., 1984; Sambrook et al., 1989). Наличие у каждого генотипа МС-локуса определенного размера определяли с помощью программы “GelAnalysis”.

Полученные результаты записаны в восьми таблицах в формате Microsoft Excel-2003. Для характеристики выборок растений, сортов или генотипов по качественным и количественным признакам рассчитывали среднее, ошибку среднего и другие статистические показатели (Доспехов, 1979). Для выявления неоднородности местного сорта использовали метод К-средних, а для классификации сортов и биотипов или генотипов по степени их фенотипического или генетического сходства – иерархический метод Уорда (Ward, 1963). Для последнего случая количественные признаки сводили к альтернативным в соответствии со шкалами классификатора (Филатенко, Шитова, 1989) и создавали матрицы бинарных исходных данных, где наличие вариации признака, компонента глиадина или определенного аллеля МС-локуса кодировали цифрой «1», отсутствие – «0». На основе бинарных матриц рассчитывали матрицы коэффициентов сходства по Dice (Dice, 1945). Кластерный анализ проводили с использованием программного обеспечения NCSS 2000 и Statistica 6.0. Полученные дендрограммы сохраняли в формате WMF и редактировали в CorelDraw 12.

3. Разнообразие местной яровой мягкой пшеницы Азии и Африки по морфологическим и фенологическим признакам, параметрам продуктивности растений 3.1. Неоднородность местных сортов. Полевая оценка 249 местных сортов яровой мягкой пшеницы показала, что из них в дальнейшем изучении можно использовать только 230, поскольку девять имели озимый тип развития, пять – были поздними и очень поздними яровыми и не сформировали выполненных зерновок, три – представляли собой популяции из мягкой и твердой пшеницы, но содержали растения только твердой пшеницы, и два образца имели низкую всхожесть.

По характеру проявления качественных морфологических признаков большинство сортов были мономорфными, лишь 12 (к-202015, Египет; кк-43720, -43730, 55728, Ирак; кк-14317, -14333, -38598, -38674, -38675, -60213, Иран; к-55733, Сирия;

к-44513, Эфиопия) оказались неоднородными. В пределах каждого наблюдали от двух до четырех биотипов, различающихся по окраске и форме колоса и зерновки, наличию – отсутствию остей или опушения на колосковых и цветковых чешуях, форме остей. Для проверки различий биотипов по другим признакам использовали непараметрический критерий Крускала-Уоллиса (H Kruskal-Wallis test), который дает возможность сравнивать параметры положения нескольких совокупностей с неизвестным распределением (Глотов и др., 1982; Зайцев, 1984). Сравнение показало, что биотипы девяти образцов, каждый из которых был представлен пятью и более растениями, достоверно различались по высоте растения, длине верхнего междоузлия и колоса, числу колосков в нем, числу зерен в колоске, длине остей и другим признакам.

Для выявления неоднородности по количественным признакам сортов, которые были мономорфными по морфологическим качественным признакам, использовали метод К-средних, который позволял в пределах образца объединить растения в группы таким образом, чтобы изменчивость внутри групп была минимальной, а между группами – максимальной, и путем выявления статистически значимых межгрупповых различий определить неоднородные сорта. В результате анализа внутрисортовых групп из пяти и более растений выявлены статистически значимые различия по высоте растения для 140 сортов, длине колосоносного междоузлия – 112, длине колоса – 15, числу колосков – 15, числу зерен в колосе – 12 и другим признакам. Всего у трех сортов (к-21193, Египет; к-16455, Марокко и к- 55715, Ирак) не обнаружено существенных различий между внутрисортовыми группами растений ни по какому признаку. Напротив, у к-34821 (Марокко) и кк-16592, -55833 (Тунис) группы растений различались сразу по нескольким признакам (табл. 1).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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