WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Драгович Александра Юрьевна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ВИДА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ Triticum aestivum L. ПО ГЕНАМ ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ.

03.00.15 – генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Лаборатории генетики растений Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Научный консультант:

доктор биологических наук Пухальский Виталий Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук доктор биологических наук доктор биологических наук

Ведущая организация:

Кафедра генетики и селекции Биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Защита состоится «_____________________» 2008 г. в _______часов на заседании Диссертационного совета Д002.214.01 при Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН по адресу: 119991, г. Москва, ул. Губкина, дом 3. Факс: (499)1328962.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН по адресу: 119991, г. Москва, ул. Губкина, дом 3.

Автореферат разослан «____» ________________2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат биологических наук Г.Н. Полухина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Изучение генетического разнообразия мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) является одной из самых актуальных проблем генетики вида, поскольку позволяет ответить на ряд вопросов, касающихся происхождения, эволюции и путей распространения важнейшей сельскохозяйственной культуры мира, которые остаются не до конца выясненными (Бадаева, 2000; Dvorak, Luo, 2001; Dubcovsky et al., 2007 и др.).

Для получения объективной картины генетического разнообразия вида и изучения процессов его формирования необходимы эффективные генетические маркеры, в качестве которых в данном исследовании выступают гены глиадинов - запасных белков зерновки пшеницы.

Огромный внутривидовой полиморфизм этих белков, выявляемый при электрофорезе, обеспечивается множественным аллелизмом глиадинкодирующих локусов. Относительная селективная нейтральность их полиморфизма и хорошо изученная генетика (Shepherd, 1968;

Созинов, Попереля, 1979; Созинов, 1985 и др.), позволили использовать глиадины в качестве генетических маркеров (Созинов, 1985; Конарев, 1983). Однако эти исследования не охватывали фундаментальную проблему изучения генетического разнообразия вида в пространстве и во времени из-за ограничений, накладываемых на результаты экспериментов гелевым носителем. Появление новых гелевых носителей (Bushuk, 1982) открыло перспективу многократного увеличения количества полипептидов глиадина, разделяемых электрофорезом, что, в свою очередь, расширило возможности использования глиадина в качестве генетического маркера для решения ряда фундаментальных вопросов генетики пшеницы. Однако использование новых гелевых носителей требовало разработки соответствующей методики, с последующим изучением генетического контроля компонентов глиадина, характера их наследования, выявления аллелей глиадинкодирующих локусов (ГКЛ), контролирующих синтез электрофоретических компонентов, создание баз данных в виде каталога аллелей. Использование обширных баз данных позволяло оценить вклад искусственного и естественного отбора в микроэволюцию вида на современном этапе развития научной селекции и определить вектор происходящих в результате селекции генетических процессов, а также их влияние на генофонд вида; давало возможность проследить динамику уровня генетической изменчивости от представителей древнего генофонда (аборигенных сортов и местных форм) до современных генотипов для оценки состояния генофонда современных сортов, который определяет пластичность вида и, следовательно, его жизнеспособность. Расширенные возможности, предоставляемые новыми методиками, позволяли провести сравнительный анализ генетической изменчивости у разных видов рода Triticum и получить объективную информацию об их филогенетических взаимоотношениях, которые изучены недостаточно полно и данные по этому вопросу у разных авторов крайне противоречивы (Вавилов, 1924; Удачин, 1991; Tsunewaki et al., 1993; Feldman et al., 1995; 2001; Nesbitt, 2001; Гончаров, 2007 и др.). Позволяли изучить распределение генетической изменчивости, характерной для аборигенных сортов и местных линий в разных регионах, для формирования представлений о путях расселения пшеницы из Центров разнообразия в Европу и Азию.

Исходя из всего вышеизложенного, была поставлена цель и задачи настоящей диссертационной работы.

Цель работы Изучение закономерностей формирования биоразнообразия у мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), ее происхождения, эволюции и распространения из центров разнообразия с использованием в качестве генетических маркеров генов запасных белков.

Задачи работы 1. Установить генетический контроль и характер наследования полипептидов глиадина, разделяемых одномерным и двумерным электрофорезом.

2. Изучить внутривидовую изменчивость глиадинкодирующих генов у сортов мягкой пшеницы. Составить каталог аллелей по всем ГКЛ. Создать базы данных по распределению частот аллелей у современных и стародавних сортов различных регионов мира.

3. Изучить влияние искусственного отбора в процессе многолетней селекции на поддержание генетического разнообразия вида Triticum aestivum L. Выявить генетические процессы, происходящие в генофонде мягкой пшеницы в результате селекции.

4. Оценить состояние генофонда современных сортов мягкой пшеницы через сравнительный анализ генетического разнообразия современных и стародавних сортов.

5. Изучить вклад естественного отбора в микроэволюцию вида на современном этапе научной селекции: выявить закономерности формирования генетической изменчивости ГКЛ у сортов пшеницы, районированных в различных климатических зонах РФ; определить механизмы, вызывающие пространственную дифференциацию аллелей ГКЛ. Исследовать влияние отбора на динамику частот аллелей ГКЛ в искусственно созданной гибридной популяции.

6. Изучить филогенетические взаимоотношения видов в роде Triticum L. на основе сравнения генетической изменчивости их глиадинкодирующих генов.

7. Реконструировать пути распространения культуры мягкой пшеницы из Центров разнообразия, используя базы данных по распределению частот аллелей ГКЛ у представителей древнего генофонда (аборигенных сортов) различных регионов Научная новизна Впервые изучен генетический контроль и характер наследования электрофоретических компонентов глиадина с использованием двумерного электрофореза. Показано, что электрофоретический спектр распадается на 6 групп (блоков) сцеплено наследующихся компонентов, которые контролируется 6-ю локусами, расположенными на 1-й и 6-й гомеологических хромосомах, что полностью подтвердило результаты, полученные при помощи одномерного электрофореза в полиакриламидном геле. Впервые описан полиморфизм 966 сортов мягкой пшеницы по электрофоретическим спектрам глиадина с использованием одномерного электрофореза в полиакриламидном геле. Установлен множественный аллелизм ГКЛ – для шести локусов выявлено 170 аллелей, различающихся количеством, интенсивностью и подвижностью контролируемых ими электрофоретических компонентов. Создан каталог аллелей ГКЛ и определены 267 сортов, электрофоретические спектры которых служат эталонами для конкретных аллелей ГКЛ.

Впервые выдвинута гипотеза о сложной структуре ГКЛ, представляющих собой кластер тесно сцепленных генов, контролирующих синтез нескольких полипептидов глиадина, которые наследуются как единый менделеевский признак. В кластере, как правило, имеется «ядро» генов, между которыми нет рекомбинации и гены, находящиеся на некотором расстоянии от ядра. Определена частота рекомбинации между наиболее отдаленным геном и остальной частью кластера.

Впервые с помощью SDS-электрофореза получена оценка молекулярной массы всех компонентов, входящих в блоки, контролируемые разными аллелями всех глиадинкодирующих локусов. Это позволило обосновать гипотезу об эволюции глиадинкодирующих генов, посредством дупликации с последующей дивергенцией последовательностей в результате мутационного и рекомбинационного процесса, что привело к изменению как размера протеинкодирующей части, так и числа экспрессирующихся генов.

Впервые экспериментально с помощью искусственно созданной гибридной популяции показана возможность маркирования аллелями ГКЛ признаков со сложным полигенным контролем, таких как адаптивная и селекционная ценность генотипов, а, следовательно, возможность маркирования генотипов сортов.

Впервые выявлен клинальный характер генетической изменчивости ГКЛ на территории РФ. Установлены конкретные абиотические факторы, поддерживающие эту клину.

Впервые установлено, что в результате искусственного отбора при долговременном селекционном процессе происходит уменьшение генетического разнообразия вида Triticum aestivum L. в целом, что ведет к его генетической эрозии. Выявлены основные факторы, вызывающие генетическую эрозию данного вида.

Подтверждена гипотеза о полифилетическом происхождении Triticum aestivum L. Выявлены филогенетические связи между некоторыми видами рода Triticum, позволившие выдвинуть и обосновать гипотезу о происхождении мягкой пшеницы.

Впервые показано, что в горных районах Закавказья и Центральной Азии сосредоточен максимум аллельного разнообразия ГКЛ, что подтверждает представление об этих районах как центрах разнообразия мягкой пшеницы. Показано, что генотипы сортов Закавказья и Центральной Азии получили D-геном из разных источников.

Впервые выдвинута гипотеза о путях распространения культуры мягкой пшеницы из Центров разнообразия в Европу и Азию на основании распределения частот аллелей глиадинкодирующих локусов.

Практическая ценность работы Множественный аллелизм ГКЛ позволяет с высокой точностью и эффективностью маркировать генотипы сортов, что может быть использовано: а) в селекции и семеноводстве для определения чистоты и подлинности сортов, программированного подбора пар при гибридизации, создания генетически выровненных сортов; б) в области торговли семенным материалом, когда необходимо определить соответствие партии семян коммерческим требованиям;

в) в судебной (арбитражной) практике, где требуется не только оценить чистоту и подлинность сортов и их родословных, но и выявить источник примесей. Глиадиновые маркеры целесообразно использовать для контроля чистоты и повторности образцов в коллекциях, а также для мониторинга генетических процессов, происходящих в образцах в течение их длительного воспроизводства. Кроме того, множественные аллели ГКЛ могут быть использованы как генетические маркеры в частной и популяционной генетике мягкой пшеницы при картировании генов, для маркирования участков хромосом, при изучении популяционной структуры и динамики ее изменений, в филогенетических исследованиях рода Triticum L.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту 1. Генетический контроль глиадинов осуществляется 6-ю несцепленными локусами хромосом 1-й и 6-й гомеологической группы. Одним локусом контролируется несколько сцеплено наследующихся полипептидов - блоков электрофоретических компонентов глиадина. Глиадинкодирующие локусы представляют собой кластер тесносцепленных, практически нерекомбинирующих генов и характеризуются множественным аллелизмом.

2. Микроэволюция мягкой пшеницы в процессе долговременной селекции определяется, в главном, искусственным отбором, в результате действия которого происходит постепенное сужение генетической изменчивости вида, то есть его генетическая эрозия. Причина эрозии - замена уникального местного генофонда генетическим материалом ограниченного числа сортов-доноров.

3. Естественный отбор поддерживает генетическое разнообразие мягкой пшеницы через механизмы адаптации растений к абиотическим факторам среды, что вызывает клинальную изменчивость глиадинкодирующих локусов у современных сортов России.

4. Филогенетические связи между видами рода Triticum L., выявляемые при сравнительном анализе их генетической изменчивости, позволяют определить возможного тетраплоидного предшественника мягкой пшеницы, подтвердить гипотезу полифилетического происхождения вида.

5. Изменчивость ГКЛ у аборигенных сортов горных районов Памира и Гиндукуша позволяет рассматривать их как центры разнообразия мягкой пшеницы, а генотипы сортов этих регионов как две генетические ветви, которые получили D-геном из разных источников 6. Распространение мягкой пшеницы в Европу из центров разнообразия, согласно распределению аллелей ГКЛ у аборигенных сортов, шло как минимум двумя крупными волнами.

Апробация работы Результаты работы доложены на международных и всероссийских съездах, симпозиумах, конференциях и семинарах, а именно: на Международном совещании по пшенице и кукурузе (Hungary, Martonvashar, 1989); 3-м (Hungary, Budapest, 1987) и 4-м (Canada, Winnipeg, 1990) Международном Симпозиуме по белкам глютена (Workshop on Gluten Proteins); 5-м и 6-м Всесоюзных симпозиумах "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва, 1985, 1987); Конгрессе генетиков Сербии (Serbia, Subotica, 2004); 3-м Съезде ВОГиС (Москва, 2004); 2-м Международном конгрессе «Зерно и хлеб России» (Санкт-Петербург, 2006); 2й Вавиловской международной конференции (Санкт-Петербург, 2007); семинарах в университетах Любляны, Нового Сада (Slovenia, 1991, Serbia, 1991) и Векше (Vaxjo University, Sweden, 2006); Институтских научных семинарах в НИИ Agricultural research institute SERBIA – Small Grains Research Centre (Serbia, Kraguevaс., 2004, 2005) и в НИИ Institute Field and Vegetable Crops, (Serbia, Novi Sad,. 2005, 2006).

Публикации Материал диссертации опубликован в 39 работах в международных, отечественных научных журналах и сборниках.

Личный вклад автора Все результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора в период с 1981 по 2006 год. При оформлении научных публикаций, постановке проблемы диссертации участие автора было определяющим. Исследования проведены в Институте общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН. Автор приносит глубокую благодарность акад. А.А.

Созинову, д-ру Е.В. Метаковскому и другим бывшим и настоящим сотрудникам лаборатории, в сотрудничестве с которыми были выполнены некоторые разделы работы. Особую признательность автор выражает научному консультанту д.б.н., проф. В.А. Пухальскому за поддержку выполненных исследований, критические замечания и полезные советы, высказанные в процессе написания работы.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, трех глав, описывающих результаты экспериментов, заключения, выводов, списка литературы. Материал диссертации изложен на 320 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков и 50 таблиц. Список литературы содержит 659 работ, из них 543 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы Глава включает пять основных разделов, касающихся происхождения и эволюции мягкой пшеницы, ее распространения при доместикации, характеристики запасных белков эндосперма зерновки мягкой пшеницы, их генетического контроля, номенклатуры, молекулярной структуры генов запасных белков.

Глава 2. Материалы и методы Материалы В работе исследовано 966 сортов, которые включают современные коммерческие сорта и линии, а также аборигенные (местные) сорта из различных регионов. Материал был любезно предоставлен оригинаторами сортов, а также получен из коллекции ВНИИР им.

Н.И.Вавилова (г. Санкт Петербург) от д.б.н. О.П. Митрофановой, коллекции СГИ (г. Одесса, Украина) от акад. А.А. Созинова и Ф.А. Поперели, из коллекции проф. В.А. Пухальского, акад. С. Денчича и д-ра Д. Кнежевича (Сербия), акад. РАСХН Л.А. Беспаловой (КНИИСХ им. П.П.Лукьяненко), д. с.-х. н. В.С. Крупнова (НИИСХ Юго-Востока, г. Саратов), проф.

Б.И.Сандухадзе (МСХА им К. А. Тимирязева). Виды рода Triticum: Т. durum Desf - 78 образцов, Т. carthlicum Nevsky - 32 образца, T. aestivum var. persicoides - 10 образцов, Triticum sphaerococcum (Perciv.)- 50 образцов, Т. macha Decapr. Menabde -26 образцов были получены из коллекции проф. Пухальского, ВНИИР им. Н.И.Вавилова (г. Санкт Петербург), Грузинского СХИ (г. Тбилиси, Грузия). Нуллитетрасомные линии сорта Чайниз Спринг получены от доктора Р. Б. Сирса (США).

Для изучения наследования компонентов глиадина с помощью гибридологического анализа были получены гибридные зерна F2 в гибридных комбинациях, в которых скрещивались разные сорта мягкой пшеницы. Для каждого образца исследовалось не менее 100 отдельных зерновок.

Методы Для исследования полиморфизма глиадина автором была разработана методика электрофореза в кислом алюминий лактатном буфере (рН 3,1) в полиакриламидном геле (ПААГ). По количеству компонентов и по четкости их разделения этот метод превосходит все имеющиеся методики. Автором была предложена модификация метода двумерного электрофореза, сочетающего электрофорез в алюминий лактатном буфере (1-е измерение) с SDS- электрофорезом по Лэмли (Laemmli, 1970) - (2-е измерение) (Новосельская и др., 1983). Такая модификация позволяет разделить перекрывающиеся компоненты уже известных проанализированных спектров, получаемых в 1-м измерении. Метод двумерного электрофореза в отличие от одномерного позволяет выявить в 1,5 – 2 раза больше индивидуальных компонентов. Для определения молекулярного веса полипептидов использовались бычий сывороточный альбумин (67,000) и овальбумин (45,000).

Математические методы, применяемые в работе, приводятся в тексте автореферата.

Глава 3. Генетика глиадина 3.1. Наследование глиадинкодирующих генов у мягкой пшеницы 3.1.1. Характер наследования глиадинкодирующих генов, выявляемый при разделении продуктов их экспрессии одномерным электрофорезом Полиморфизм глиадинов, выявленный у мягкой пшеницы стандартными методами одномерного электрофореза (ЭФ), стабильность и неизменность электрофоретических спектров глиадинов от условий выращивания растений и других внешних факторов, делает их удобной биохимической характеристикой сортов и линий (Конарев, 1980; Autran, 1975, Sapirstein, Bushuk, 1990; Degaonkar et al., 2005 и др.). Для изучения характера наследования полипептидов ЭФ спектра, был проведен гибридологический анализ потомства F2 (зерен F2) гибридных комбинаций сорта Безостая 1 с сортами Одесская полукарликовая, Мироновская юбилейная, Левент, Проминь и Дукат. Сорт Безостая 1 был выбран в качестве исследуемого из-за гомогенного и достаточно простого электрофоретического спектра. Всего для 5ти комбинаций было исследовано 967 зерен F2. Наблюдаемое расщепление по фенотипическим классам соответствовало моно-, ди-, три- и тетрагибридным скрещиваниям, что подтверждено статистически (по критерию 2, который находился в интервале от 1,21 до 19,95 в зависимости от скрещивания). Анализ гибридного материала 5-ти комбинаций позволил выделить в спектр Безостой 1, состоящий из 24 компонентов, шесть независимых блоков, содержащих 1, 4, 5, 4, 4 и 5 ЭФ компонентов. Каждый блок наследовался, как единый менделевский признак.

Таким образом, в результате гибридологического анализа была выявлена главная особенность наследования электрофоретических компонентов глиадина: пары аллельных блоков наследуются моногибридно, как единая и нерекомбинирующая группа полос - блоки компонентов.

3.1.2. Характер наследования глиадинкодирующих генов, выявляемый при разделении продуктов их экспрессии двумерным электрофорезом Целью этого раздела работы было изучение характера наследования компонентов глиадина, вычленяемых при двумерном электрофорезе, а также определение их молекулярной массы (рис.1). Для решения поставленной задачи были исследованы зерна F2 гибридных комбина Рисунок 1. Двумерный ЭФ глиадинов разных сортов пшеницы:

а - Безостая 1, b - Кавказ.

Примечание. Объяснения нумерации компонентов даны в тексте ций мягкой пшеницы. Анализ наследования глиадиновых компонентов позволил выявить группы сцеплено наследующихся компонентов, аналогично блокам, определяемым одномерным ЭФ. Так, из 123 зерен F2 от скрещивания сортов Безостая 1 х Мироновская юбилейная в , , и - зонах ЭФ спектра было выявлено 9 основных вариантов расположения компонентов (рис.2). Эмпирическое распределение зерен по 9-ти классам согласуется с теоретически ожидаемым для двух независимых пар признаков с кодоминантной экспрессией (2 =6.59 при d.f. = 6, 0.50 > P> 0.25). Анализ того же скрещивания с использованием одномерного ЭФ позволил показать, что ЭФ спектры родительских сортов отличаются также по двум парам блоков. Таким образом, анализ гибридных комбинаций и сравнение результатов, полученных с использованием одномерного и двумерного ЭФ, дало возможность определить внешний облик некоторых блоков после двумерного ЭФ. Применение SDS- электрофореза во 2-м измерении способствовало определению молекулярной массы компонентов, входящих в 18 блоков (табл.1).

Рисунок 2. Распределение компонентов после 2D-ЭФ зерен F2 (Безостая 1 Х Мироновская юбилейная).

Генотипы: a - Gli-A2b, GliD2b (Безостая 1); с - GliA2n, Gli-D2e (Мир. юбил.);

e, f - Gli-A2b /A2n, Gli-D2b /D2e;

(показаны только -, - и глиадины). Схемы: b - Безостая 1; d - Мироновская юбилейная Оценки молекулярной массы глиадинов хорошо соответствуют значениям молекулярной массы соответствующих компонентов, полученным равновесным центрифугированием или на основе аминокислотной композиции.

Таким образом, генетический анализ образцов, полученных двумерным электрофорезом, позволил выявить группы сцеплено наследующихся компонентов аналогично блокам компонентов, определяемым при одномерном электрофорезе, при этом не обнаружено компонентов глиадина, которые бы контролировались дополнительными локусами.

Сравнение аллельных вариантов блоков, полученных двумерным ЭФ, позволило получить информацию о возможных путях эволюции глиадинкодирующих генов. Было показано, что часто блоки имеют пару компонентов с незначительно различающейся молекулярной массой и одинаковой интенсивностью окраски, причем компонент с немного большей молекулярной массой характеризуется и немного большей электрофоретической подвижностью, например, компоненты №1 и №2 (рис.1). Все компоненты, контролируемые хромосомой 6D, имеют Таблица 1. Относительная молекулярная масса и относительная интенсивность компонентов некоторых блоков у озимой пшеницы Блок Молекулярная массаа и интенсивностьb компонентов Gli-A1b 46 + +, 47 + +, 32 + + + + + Gli-A1n 38 + + + + Gli-B1b 60 + + +, 56 +, 41 + + + + +, 30 + + Gli-B1d 57 + + +, 53 + + +, 54 + + +, 41 + + + + +, 30 + Gli-B1l 49 + +, 47 +, 45 + + +, 43 +, 42 +, 45 + + +, 44 + +, 45 +, 33 + +, 33 + + +, 33 + + Gli-D1b 50 +, 50 + + +, 51 + +, 34 + + + + +, 30 + + Gli-D1j 52 +, 53 + +, 44 + +, 45 + +, 45 +, 44 + +, 34 + + + + +, 30 + + Gli-D1g 52 + +, 53 + +, 44 + +, 45 + +, 44 +, 34 + + + + +, 30 + + Gli-A2b(у 33 + + +, 28 +, 34 + + +, 32 + +, 31 + +, 27 + +, 33 + +, 31 + +, 33 + Безостой 1) Gli-A2b (у 33 + + +, 28 +, 32 + +, 31 + +, 27 +, 33 + +, 31 + +, 33 + Кончо) Gli-A2n 35 +, 39 + +, 34 + + +, 35 +, 36 + + +, 32 +, 31 + +, 33 +, 32 + + +, 32 + + Gli-A2p 33 + + +, 28 +, 32 + + + +, 34 + + +, 27 + +, 33 + +, 31 + Gli-B2b 45 +, 36 + + +, 36 + + +, 37 + + + +, 37 + + + + Gli-B2o 42 +, 40 + + +, 30 + + + + Gli-B2e 41 + +, 34 + +, 37 + + + +, 37 + + + + Gli-D2b 35 + + + +, 34 + + + +, 32 + + + +, 34 + + +, 34 + + + + Gli-D2e 35 + + + +, 34 + + +, 33 + + + +, 34 + + +, 34 + + + + Gli-D2a 35 + + + +, 34 + + +, 32 + + + +, 34 + + +, 34 + + + + a в килодальтонах b + слабый минор; + + минор; + + + средней интенсивности; + + + + интенсивный; + + + + + очень интенсивный. Компоненты каждого блока ранжированы в порядке увеличения электрофоретической подвижности.

сходную молекулярную массу и отличаются, главным образом, по своей электрофоретической подвижности (рис.4, табл. 1). Аналогичным образом различаются интенсивные компоненты №5 и №6 (рис.1). Ряд блоков, контролируемых хромосомой 1В, включают интенсивный компонент с молекулярной массой около 41.000 и варьирующей ЭФ подвижностью.

Различия в ЭФ подвижности без изменения молекулярной массы полипептидов может возникнуть в результате точечных мутаций в первоначально идентичных генах (Ewart, 1977; Hsia, Anderson, 2001). Увеличение подвижности более тяжелого компонента может быть связано с инсерцией в одну из копий, контролирующую в норме последовательности с большим количеством нейтральных аминокислот, особенно глютамина и пролина, последовательность, кодирующую фрагменты с повышенным содержанием основных аминокислот. Таким образом, полученные данные указывает на то, что, по-видимому, некоторые индивидуальные гены в глиадинкодирующих локусах могли возникнуть в результате дупликаций некоторого генапредшественника и затем дивергировать в различной степени под действием мутационного и рекомбинационного процесса. Следовательно, существенную роль в ходе эволюции глиадинкодирующих локусов сыграли генетические процессы, которые привели к изменению как размера протеин кодирующей части генов, так и числа экспрессирующихся генов.

3.2. Хромосомная локализация глиадинкодирующих генов у мягкой пшеницы Хромосомный контроль блоков компонентов глиадина у сорта Безостая 1, выявляемых при одномерном ЭФ-е, установлен на основе анализа сегрегации гибридов F2 от скрещивания сортов Безостая 1 и Чайниз Спринг1. В результате гибридологического анализа 260 зерен Fустановлены аллельные отношения между 6-ю парами блоков двух сортов. Для каждой пары блоков наблюдаемое распределение зерен по трем фенотипическим классам хорошо соответствовало теоретически ожидаемому соотношению 1:2:1 для пары кодоминантных признаков.

Кроме того, для уточнения хромосомного контроля всех компонентов глиадина сорта Безостая 1 проводился сравнительный анализ электрофоретических спектров гибридов F2, полученных от скрещивания сорта Безостая 1, а также сорта Чайниз Спринг с рядом одинаковых сортов. В результате показано, что 6 блоков компонентов глиадина, выявленных у Безостой 1, контролируются 6-ю глиадинкодирующими локусами хромосом 1-й и 6-й гомеологических групп (рис.3).

3.3. Каталог аллельных вариантов блоков компонентов глиадина. Эталонные сорта Для описания аллельного разнообразия глиадинкодирующих локусов были исследованы отдельные гибридные зерна F2 50 скрещиваний, в которых одним из родителей был сорт Безостая 1, а вторым - сорта озимой и яровой мягкой пшеницы. Идентификация блоков компонентов у исследуемых сортов, позволило использовать их в качестве сортов-тестеров еще в 30 гибридных комбинациях. Кроме гибридологического анализа для определения блоков было разработано еще 3 метода: 1) анализ внутрисортовых биотипов, различающихся по Хромосомная локализация генов, контролирующих все компоненты глиадина сорта Чайниз Спринг, была определена ранее при исследовании нуллитетрасомных линий сорта Чайниз Спринг (Ахмедов, Метаковский, 1987) спектру глиадина; 2) анализ родственных сортов, который позволяет проследить наследование некоторых групп компонентов; 3) сопоставление новых сочетаний компонентов с известными идентичными блоками. Используя перечисленные методы, были идентифицированы блоки компонентов глиадина у 966 сортов и образцов пшеницы. Всего выявлено 170 блоков, контролируемых 170 аллелями 6-ти глиадинкодирующих локусов. По этим данным составлен каталог аллельных вариантов блоков компонентов для каждого локуса (рис. 4). Каталог представляет собой генетическую номенклатуру, с помощью которой можно описать аллельное состояние всех 6-ти локусов у генотипа любого сорта или линии. У сорта Безостая 1 хромосомы 1A, 1B, 1D, 6A, 6B и 6D (локусы Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1, Gli-A2, Gli-B2, Gli-D2) контролируют блоки b.b.b.b.b.b. соответственно. Такая запись аллелей называется формулой сорта. Формулы глиадина составлены для всех исследованных сортов, что позволило изучать генетическое разнообразие вида. Кроме того, используя каталог, можно идентифицировать блоки компонентов у любого сорта, анализируя только распределение компонентов глиадина в электрофоретическом спектре. Составлен список из 267 сортов, которые могут служить эталонами для блоков компонентов глиадина, представленных в каталоге.

Среди блоков компонентов, контролируемых Рисунок 3. Блоки компонентов глиадина каждым локусом, хорошо различимы 2-6 поду сорта Безостая групп, или семейств блоков, характеризующиеся присутствием одного или нескольких компонентов с одинаковой электрофоретической подвижностью. Так, почти все блоки, контролируемые хромосомой 1В, имеют интенсивный компонент в середине спектра, исходя из подвижности которого, блоки Gli-В1 могут быть подразделены на два семейства: Gli-В1b, e, f, g, j и Gli-В1i, k, m, o, p (рис 4). Блоки внутри каждого семейства могли возникнуть один от другого в результате мутаций. Единичная мутация могла превратить блок Gli-В1m в блок Gli-В1k, и Gli-В1e в Gli-В1f, а включение/выключение или потеря одного глиадинкодирующего гена блок Gli-В1b в блок Gli-В1j,а Рисунок 4. Каталог аллельных вариантов блоков компонентов, контролируемых шестью глиадинкодирующими локусами.

Б - Схематически представлен электрофоретический спектр сорта Безостая Gli-В1g в Gli-В1e и.т.д. Однако ни один блок не мог возникнуть даже через внутрилокусную рекомбинацию между членами 2-х различных семейств. Можно предположить, что блоки внутри семейства имеют общего предка и наблюдаемый полиморфизм является результатом накопления мутаций в процессе эволюции. На существенные различия между семействами указывает, например, сцепление аллелей первого семейства локуса Gli-В1 с аллелем rg-1, детерминирующим белую окраску колосовых чешуй, а аллелей второго семейства Gli-В1 с аллелем Rg-1, определяющим красную окраску колоса (Коваль и др.,1986). Естественно предположить, что скорость изменений в блоках сцепленных компонентов в процессе эволюции (изменения в числе, подвижности и интенсивности компонентов, вызываемые мутациями, дупликациями, делециями, неравным кроссинговером внутри кластера генов и.т.д.) одинакова в разных сериях блоков, контролируемых А-, В- и D-геномом. Вероятно, что более высокое разнообразие, наблюдаемое среди блоков А- и В-геномов по сравнению с D-геномом, обусловлено тем, что D-геном интродуцировался в тетраплоидную форму ААВВ несколько раз.

Блоки глиадина, контролируемые А- и В-геномами должны были различаться в этих тетраплоидных формах и могли дать начало возникновению семейств блоков, наблюдаемых в настоящее время. Таким образом, наличие семейств блоков свидетельствует о полифилетичности происхождения мягкой пшеницы.

Полученные результаты позволили выдвинуть гипотезу о сложной структуре глиадинкодирующего локуса. Каждый из этих локусов контролирует синтез серии компонентов с различной ЭФ подвижностью и различной молекулярной массой. Гены, контролирующие синтез этих компонентов тесно сцеплены на хромосоме. Однако в глиадинкодирующих генах локуса могут происходить рекомбинации, мутации и другие события, изменяющие подвижность, число и интенсивность компонентов, составляющих блок. Судя по большому разнообразию аллельных блоков, эти изменения не были редкими и не элиминировались естественным отбором и/или селекцией.

3.4. Маркирование аллелями глиадинкодирующих локусов адаптивной и селекционной ценности генотипа В процессе эволюции вида под действием естественного отбора сформировались коадаптивные комплексы генов, ответственные за основные признаки генотипа растений (Nevo et al., 2002; Korol et al., 1996). Если глиадинкодирующие локусы относятся к таким ассоциациям, то их аллели могут маркировать генотип в целом и быть использованы как эффективные генетические маркеры. Для подтверждения этого предположения была исследована связь относительной адаптивной и селекционной ценности генотипов растений мягкой пшеницы с несколькими аллелями ГКЛ хромосомы ID (локус Gli-D1). Была создана искусственная гибридная популяция яровой мягкой пшеницы (рис. 5). Начиная с F3, популяция ежегодно высевалась в поле в объеме 500-1000 семян на вариант, в зоне северной лесостепи. Были исследованы 3 варианта гибридной популяции (табл. 2). Восемь родительских сортов передали в гибридную популяцию 5 аллелей ГКЛ хромосомы ID (Gli D1) (рис. 5). В исходной популяции чаще встречался аллель Gli-D1a, унаследованный от 4-х из 8-ми родительских сортов. Концентрация остальных аллелей приблизительно соответствовала доле одного родительского сорта (100%:8=12,5%). Через 4 года пересевов без искусственного отбора (вариант 2) доля Gli-D1a Рисунок 5. Схема получения гибридной популяции. Аллели локуса Gli-D1 и их частоты, выявленные у сортов, вошедших в гибридную популяцию.

Латинскими буквами обозначены аллели ГКЛ, в скобках даны частоты их встречаемости.

возросла, а Gli-D1i, и D1d - уменьшилась. Сравнение двух вариантов популяции - без искусственного отбора (вариант 2) и с отбором на крупность зерна (вариант 3) – позволило показать, что частота аллеля Gli-D1a статистически достоверно увеличивается и в популяции с отбором, Таблица 2. Исследованные варианты популяции № Характеристика популяции Число зерен 1 «Исходная» популяция (F3), полученная гибридизацией 8-и сортов с 2последующим пересевом 2-х поколений в теплице 2 Популяция (F7), пересевавшаяся 4 года без искусствен. отбора 43 Отбор в течение 4-х лет на крупность зерна на фоне естественного отбо- 3ра (F7) Gli-D1d почти полностью исчез из популяции, а концентрация Gli-D1i достоверно возросла.

Достоверно уменьшилась частота Gli-D1b, что не отмечалось в популяции без отбора. Аллель Gli-D1g встречался во всех вариантах популяции примерно с одинаковой частотой (табл. 3). Анализ распространения изученных аллелей Gli-D1 среди 85 сортов яровой пшеницы РФ также продемонстрировал очевидное селективное преимущество аллеля Gli-D1a по сравнению с другими аллелями. Этот аллель встречался в 68% случаев, на втором месте по частоте встречаемости аллель Gli-D1g–19 %, затем b -14%, i - 6%, d - 0. Таким образом, Таблица 3. Частоты встречаемости аллелей локуса Gli-D1 (p) и оценка достоверности различия частот аллелей по критерию Фишера в 3-х вариантах популяции Аллели Варианты популяций Сравниваемые популяции Gli-D1 1 2 3 1 - 2 2 - 3 1 - a 42,8 53,3 61,0 7,3** 4,9* 21,9*** g 15,2 12,8 17,0 0,8 3,1 0,b 15,6 18,1 9,7 0,9 10,7** 4,2* i 12,8 6,3 11,4 8,3** 7,3** 0,d 13,4 9,3 1,1 2,8 31,5*** 45,6*** ** *** Значения критерия Фишера для трех порогов вероятности - * - 3,9, - 6,7, - 11,0.

достоверные изменения частот некоторых аллелей обнаружены как при свободной эволюции популяции, так и при четырехлетнем искусственном отборе на крупность зерна. Аллель Gli-D1a, получая преимущество по сравнению с другими аллелям в популяциях обоих типов, маркирует не только комплекс генов, придающих растениям относительно большую адаптационную ценность (вариант 2), но и селекционные преимущества (вариант.№ 3), так как его частота повышается при отборе на крупность зерна. Следоватедьно, вместе с Gli-D1a отбирается целый комплекс признаков, удовлетворяющий действию как естественного, так и искусственного обора. Аллели b и d не поддерживаются искусственным отбором, а Gli-D1i стремиться к исчезновению из популяции без отбора. Адаптивная ценность гетерозиготных генотипов характерна для Gli-D1g.

Таким образом, изучение формирования разнообразия в искусственно созданной модельной популяции мягкой пшеницы позволило показать, что аллелями ГКЛ можно маркировать количественные признаки со сложным полигенным контролем, что позволяет использовать ГКЛ как генетические маркеры и выявлять сопряженность блоков компонентов глиадина с хозяйственно-ценными, жизненно-важными и другими характеристиками генотипа.

Глава 4. Динамика генетического разнообразия мягкой пшеницы под действием искусственного отбора в процессе долговременной селекции Современная научная селекция прошла путь от простого улучшения местных сортовпопуляций до программированного создания генотипов чистолинейных сортов. Доступность генетического материала из любых генбанков мира расширяет возможности селекционных программ. Искусственный отбор в результате интенсификации процессов селекции становится одним из главных факторов микроэволюции вида, который может привести к существенным изменениям генофонда мягкой пшеницы, являющейся стратегическим объектом страны. Для оценки изменений, вызываемых в генофонде мягкой пшеницы длительным искусственным отбором, были исследованы сорта с разным типом развития из нескольких крупных селекцентров. Анализировались все сорта, созданные за время существования этих селекцентров (табл.4). Как видно из табл.4 у современных сортов всех регионов, исключая Нечерноземье, увеличивается число аллелей по сравнению с группой старых сортов. Со временем сокращается число гетерогенных по глиадину сортов, которые содержат 2 и более биотипа. Это свидетельствует об устойчивой тенденции к переходу от использования гетерогенных сортовпопуляций к созданию однородных чистолинейных сортов, которые, как было показано Таблица 4. Основные характеристики для сортов пяти исследованных селекцентров Регионы Исследованы Число Число Гетероген Всего Утеряно/ сорта, создан- аллелей сортов стар/совр алле- приобретено ные за период стар/совр сорта,% лей аллелей сорта Нечернозем. 1930 - 2006 гг. 64/37 56 52/16 77 40/Саратов (яр.) 1920 - 2006 гг 18/25 44 100/50 37 7/Краснодар 1920 - 2006 гг 21/59 80 50/41 59 8/Сербия 1940-е 2005 гг. 24/36 118 50/11 55 13/Италия* 1940-е-2000-е гг. 37/43 129 10 66 9/ранее, характерны для большинства европейских стран (например, во Франции гомогенных по глиадину сортов 99,5%). Для исследования динамики частот аллелей ГКЛ сорта каждого селекцентра разделены на 2 - 5 группы, соответствующие последовательно изменяющимся направлениям в селекции (табл.5). Для каждой группы рассчитаны частоты аллелей, что по Таблица 5. Количество сортов (N), изученное в разные периоды селекции в 5-ти регионах Краснодар Нечерноземье Сербия и Италия Яровые Саратова Годы N Годы N Годы N Годы N 1920 - 1930-е 4 1929-1958 25 1964 - 1973 10 и 31 1924-1929 1940-е - 1955 6 1991-2006 31 1973-1988 61 и 53 1938-1976 1959- 1990 16 1989-2004 по 45 1977-1983 1990 - 2000 22 1985-2002 2000 - 2006 зволило проследить генетические изменения, происходящие во времени. Во всех селекцентрах от группы к группе наблюдается общая закономерность. - С одной стороны, появляются новые, не характерных для старых местных сортов, аллели (что свидетельствует о привлечении в селекционные программы инорайонного материала), с другой - исчезает ряд аллелей старых сортов (рис.6), часть которых встречалась с достаточно высокими частотами (от 12,до 60%).

Особенно резко исчезновение местного генетическаго материала проявляется в группе сортов Нечерноземья 1970-х - 2006 гг. создания. За годы селекции утеряно 40 аллелей, которые были характерны для сортов 1929-1958 гг., появилось всего 10 новых аллелей. Отношение исчезнувших аллелей к сумме всех аллелей равно 50%, а к сумме старых аллелей - 59% (В селекцентре Саратова, эти отношения составляют 24 и 44%.).В целом у современных сор А Б Рисунок 6. А. Частоты аллелей локуса Gli-А2 в разных группах краснодарских сортов. Б - частоты аллелей локуса Gli-Dу современных (темные) и старых местных (светлые столбики) сортов Нечерноземья. По оси абсцисс - аллели ГКЛ, по оси ординат - частоты встречаемости аллелей тов обнаружено почти в 2 раза меньше аллелей ГКЛ, чем у старых сортов (табл.6). Наибольшее распространение в этой группе получили аллели сорта Мироновская 808 (70%), достаточно часто встречаются аллели Gli-A1b (19%) и Gli-B2b (17%), характерные для генотипа другого широко распространенного сорта - Безостая 1. Практически ни один из часто Таблица 6. Аллели ГКЛ, встречающиеся у 2-х групп сортов с высокой частотой Группа Л О К У С Ы Всего Гетеросортов аллелей ген. сорGli-A1 Gli-B1 Gli-D1 Gli-A2 Gli-B2 Gli-Dта, % Старые o+d new3 a+i i+f r+j a+p 63 Соврем. f+b b g n m+b+d e+a+b 37 Мир.808 f b g n m e+a - встречающихся аллелей старых сортов не появился в генофонде современных сортов, (исключение составляет только аллель Gli-D2a). Такая же тенденция прослеживается и для сортов, созданных в Саратове и Краснодаре. Появление в конце 50-х годов в КНИИСХе сорта Безостая 1, а позже в 70-х гг. Кавказа и Авроры (сорта 1959 - 1990 гг.) кардинально изменило набор аллелей, характеризовавших генофонд старых краснодарских сортов (1920-е 1930-е гг.). Частота аллелей от Безостой 1 во всех группах вплоть до настоящего времени колеблется около 50%, а Кавказа и Авроры – около 20%. Аллели этих сортов более чем на 70% определяют генофонд современных сортов КНИИСХа, независимо от изменения направлений селекции (рис. 7). Использование генотипов Безостой 1, Кавказа и Авроры с 70-х годов прошлого века в качестве генетического материала в селекционных программах в Сербии Рисунок 7. Частоты аллелей от сортов Безостая 1 (сплошная линия), Мироновская 808 (пунктир) и всех других аллелей (точки) в разных группах краснодарских сортов обусловило генетический облик сортов этой страны. У сербских сортов наблюдается такая же высокая частота встречаемости аллелей российских сортов-доноров, как и у сортов, созданных в КНИИСХе, то есть около 50% и 30%. В результате, генофонд старых сортов Сербии заменился более чем на 70%, учитывая также и генетический материал, привнесенный из других регионов. Характерные для вышеперечисленных российских сортов аллели появляются и у современных сортов Италии. Они не встречались в группе старых сортов. Так, частоты аллелей, характерные для Безостой 1, по локусам Gli-A2b и Gli-B1b возрастают к 2000м гг. от 0 до 30%, Gli-B2b от 0 до 14%, Gli- D1b - от 16 до 28%, а Gli-B1l (от сортов Кавказ или Аврора) от 0 до 10%. Кроме того, в селекционных программах обеих стран используются также близкий набор сортов-доноров из других источников (K.Boroevic, 2003). При оценке генетического расстояния между старыми и современными сортами этих стран показано, что оно сократилось в 1,9 раза с 0,949 до 0,504.

Таким образом, результаты изучения динамики распределения частот аллелей в разных СЦ позволяют сделать вывод, что в процессе селекции происходит замена уникальных аллелей, характерных для начального этапа селекции, на аллели ограниченного числа сортов-доноров.

Очевидно, что генофонд современных сортов беднеет за счет исчезновения части генетического материала старых сортов. Так, в процессе селекции, начиная с 20-30-х годов из генофонда исчезло: у саратовских сортов - 7, краснодарских -8, сербских - 5, итальянских -14, озимых сортов северных регионов России - 40 аллелей. В данном случае мы можем говорить о генетической эрозии генофонда мягкой пшеницы, определяемой как уменьшение генетического разнообразия вида.

Однако часто наличие генетической эрозии оценивается по уменьшению во времени показателя генетической гетерогенности сортов (Н) определенных регионов (Tripp 1996; Donini et al., 2000 и др.). Исходя из значений Н, рассчитанной для разных групп сортов пяти исследованных регионов (табл. 7), можно считать, что только озимые сорта Нечерноземной зоны и с Таблица. 7. Величина генетической гетерогенности в разных группах сортов Регионы Гетерогенность разных групп сортов Старые сорта Промежуточные группы Современные сорта 2-я 3-я 4-я Нечернозем 0,825±0,01 0,508±0,Саратов 0,516±0,02 0,203±0,01 0,494±0,03 0,417±0,Краснодар 0,599±0,05 0,700±0,03 0,688±0,02 0,761 0,712±0,Сербия 0,626±0,03 0,578±0,01 0,633±0,Италия 0,765±0,04 0,695±0,04 0,763±0,натяжкой саратовские сорта подверглись в процессе селекции генетической эрозии. У сортов Краснодара Н увеличивается, а в группах сербских и итальянских сортов - практически не меняется со временем. Исследование динамики смены аллелей в разные периоды позволило показать, что увеличение Н происходит за счет аллелей, привнесенных сортами-донорами из других регионов, но разнообразие таких аллелей невелико, так как в селекционных программах разных селекцентров используется близкий набор сортов. Например, генотип сорта Безостая 1 и его потомков в значительной мере определяет генофонд Краснодарских, Сербских и Итальянских сортов, а генотип Мироновской 808 - озимых сортов северных регионов России. В увеличение аллельного разнообразия современных сортов вносят вклад также большое число редких аллелей. Поэтому показатель Н, выявленный в отдельных селекцентрах, не может рассматриваться как критерий генетических процессов, происходящих в генофонде мягкой пшеницы в целом.

Сравнение набора и частоты аллелей у 42-х стародавних и 118-ти современных озимых сортов РФ также позволяет подтвердить происходящую в результате селекции генетическую эрозию суммарно по нескольким регионам. Уменьшается число аллелей и генетическая гетерогенность групп сортов, аллели старых местных сортов исчезают (табл. 8). Происходит дивергенция старых и новых сортов (табл. 9). Таким образом, в процессе искусственного отбора происходит уменьшение генетического разнообразия мягкой пшеницы, что представляет собой процесс эрозии генетических ресурсов в пределах целого вида, в результате которого теряются уникальные коадаптированные генные комплексы, сформировавшиеся в течение Таблица 8. Разнообразие современных1 и староместных2 озимых сортов, распространенных на территории РФ Аллели* Всего Всего Н Сорта сортов аллел.

Gli-A1 Gli-B1 Gli-D1 Gli-A2 Gli-B2 Gli-DМестные o+d b+new a+g+i+d i+m r+j+k a+e 42 72 0,824±0,Соврем. f+b b g+b n+b+f m+b+o e+b 118 54 0,630±0,Безостая 1 b b b b b b 33% Мирон.808 f b g n m e 41% *Представлены аллели, встречающиеся с высокой частотой. 1Современные – все районированные в 2006 г. сорта, 2 староместные сорта взяты из тех же регионов, что и современные длительного периода под действием естественного отбора. Как было показано последствием такого процесса является деградация вида (Алтухов, 1995). В результате уменьшается генетический потенциал растений, от которого зависит устойчивость растений к болезням и новым пестицидам, а также приспособленность к будущему изменению климата и сельскохозяйственной практики (Clunies-Ross 1995; Tripp 1996; Donini et al., 2000) Таблица 9. Генетические расстояния (d 2) между разными по времени создания группами сортов Сравниваемые группы Краснодар Нечерноз. Сербия Италия Саратов старые - современные 1,30±0,08 1,2±0,03 0,974±0,1 0,618±0,09 0,572±0,сорта 90-х - сорта 2000-х гг. 0.301±0,03 0,094±0,05 0,236±0,04 0,333±0,04 0.350±0,Проблеме генетической эрозии культурных растений, особенно таких, как пшеница, которая занимает одно из первых мест в пищевом рационе человека, необходимо уделять особое внимание. Для предотвращения процесса деградации вида необходимо сохранение всего генофонда пшеницы и в первую очередь генотипов старых местных сортов и рас. Старые сорта, хорошо приспособленные к условиям среды своего региона (Пыльнев, 1998), обладают уникальными ассоциациями генов, потенциал которых еще недостаточно изучен и недостаточно использован.

Глава 5. Влияние естественного отбора на структуру генотипов мягкой пшеницы Естественный отбор как главный фактор эволюции у диких сородичей мягкой пшеницы (Allard, 1996; Li et al., 2000; Nevo et al., 2003), действуя на целые комплексы генов, дает преимущество самым высоко приспособленным и пластичным генотипам (Korol et al., 1996). У культурных видов в качестве мощного фактора, резко изменяющего генофонд культивируемой пшеницы, становится искусственный отбор. Для определения роли естественного отбора при формировании генетической изменчивости мягкой пшеницы было исследовано распределение аллелей ГКЛ у 118 сортов озимой мягкой пшеницы, включенных в реестр Российской Федерации на 2006г. Исследованные сорта районированы в 8 сельскохозяйственных провинциях, различающихся по климатическим показателям (табл.10). Состав сортов в провинциях формировался таким образом, что если сорт районирован в нескольких провинциях, то он учитывался в каждой из них. Показано, что сорта разных провинций различаются между собой как по набору аллелей ГКЛ, так и по частотам их встречаемости (рис. 8). В некото Таблица 10. Природно-сельскохозяйственные провинции и их характеристики, а также данные по генетической структуре сортов разных провинций № Провинция Зона Влага1*Теп- Зи- Гом- Число Число H ло2* ма3* ть, %* сортов аллелей 1 Белорусская Таежно- 1 2 4 5 14 0,52 Средне-Русская 1 лесная 1 1 3 72,2 18 25 0,43 Западно- Лесо- 2 1 1 77,8 9 19 0,4Сибирская степная 4 Предуральская 2 1 2 71,4 14 22 0,45 Средне-Русская 2 2 2 3 85,7 14 23 0,56 Заволжская Степная 3 2 2 50, 0 23 26 0,57 Южно-Русская 3 2 3 43,7 30 27 0,58 Предкавказская 3 3 4 48,3 59 46 0,6Гом-ть – процент гомогенных по глиадину сортов;

Влагообеспеченность (отношение количества осадков в год к испаряемости*): 1 - высокая (0,55-0,53), 2 - средняя (0,53-0,44), 3 - низкая (0,35-0,24). 2Теплообеспеченность (сумма температур выше 10 градусов С0 *): 1 - ниже средней (1600-2200), 2 - средняя (2400-2900), 3 - выше средней (3200). 3Суровость зимы: 1 - очень холодная, 2 - холодная, 3 - умеренно холодная, 4 - умеренно мягкая. * - данные цитируется по (Pomortsev, Kalabushkin, 1991).

рых регионах с незначительными частотами встречаются аллели, которые не характерны для агроклиматических условий местности. Например, в Предуральской провинции обнаружено 2 сорта - Смуглянка и Волжская 100, у которых имеются аллели Gli-D1d у первого, а также A1o и D2p у второго, характерные только для южных сортов. В южных и западных регионах возрастает число аллелей, а также число гетерогенных по глиадину сортов, что очевидно связано с более благоприятными для возделывания пшеницы агроклиматическими условиями. Так, в самой южной провинции - Предкавказской районировано максимальное число сортов - 58, из которых 51,7% гетерогенны. Выявлено 46 аллелей ГКЛ (что в среднем в два раза больше, чем в каждой из других провинций (от 14 до 27)), из которых 15 встречаются только в этом регионе. Уровень аллельного разнообразия превышает таковой в других регионах (табл.10).

0,0,Gli-DGli-D0,0,0,0,0,a b c a d b e f j g k j p а б Рисунок 8. Распределение частот аллелей глиадинкодирующих локусов в группах сортов из провинций с разной влагообеспеченностью (а) и с разными условиями перезимовки (б). (В качестве примера приведены частоты аллелей локусов Gli-D1 и Gli- D2). а) -частоты аллелей в группе сортов полузасушливой степной зоны, - лесостепной зоны, - влажной лесной зоны; б) - частоты аллелей сортов из регионов с умеренно мягкой зимой, - с холодной зимой, - с очень холодной зимой. b - аллели от Безостой 1; g, e – от Мироновской 8Для определения факторов, которые могут влиять на распределение частот аллелей, провинции были сгруппированы по однородности таких абиотических характеристик, как влагообеспеченность, теплообеспеченность и суровость зимы. Глиадиновые профили сортов, принадлежащих разным группам, сравнивались между собой по критерию идентичности (I) (Животовский, 1983). В результате было выявлено, что статистически достоверно различаются группы сортов, произрастающие в районах с разной влагообеспеченностью (соответствует делению на климатические зоны), а также суровостью зимы (табл. 10,11, рис. 8).

Таблица 11. Достоверность различия в наборе аллелей и их частотах между сортами, распространенными в провинциях, различающихся влагообеспеченностью и суровостью зимы Влагообеспеченность Суровость зимы Сравниваемые группы I Сравниваемые группы I Влаж. – полувлаж. 66,82** Очень холодная - мягкая 185*** Полувлаж. - полузасуш. 178,50*** Холодная - мягкая 111*** Влажная – полузасушл. 174,02*** Очень холодная – холодная 46,4* Очень холод. – умерен.холод. 79* Холод. – умерен. холод. 32,Если по влагообеспеченности между всеми группами сортов существует высокодостоверное различие, то по условиям перезимовки такие различия наблюдаются только между группами сортов из существенно различающихся по суровости зимы регионов. Для сибирских сортов, произрастающих в условиях очень холодной зимы, даже выявлены специфические аллели- B2d и A1new3 (в сортах, районированных ранее 2006 г., они встречались с частотой до 30%). Исследование распределения аллелей ГКЛ позволило показать, что во всех провинциях доминируют аллели характерные всего для двух сортов - Безостая1 и Мироновская 808, причем суммарно частоты аллелей этих сортов в некоторых регионах достигают более 80%. В более мягких условиях южных и западных провинций преобладают аллели первого сорта, в суровых условиях северных и восточных регионов – второго (рис. 9). Как показал анализ родословных северных сортов, при их создании помимо Мироновской 808 широко использовались сорта южных регионов, например, краснодарские, зерноградские, одесские сорта, однако подавляю Без.Мир.8Др. сорта Рисунок 9. Частоты аллелей, которые характерны для Безостой 1, Мироновской 808 и всех других сортов вместе в разных провинциях.

По оси ординат – частоты аллелей, по оси абсцисс – сорта разных провинций, которые расположены в порядке улучшения условий произрастания пшеницы я я я а а ая ая ая я к к к к ка к ая а с с с к рс сс сс с ск ж аз ль би а Ру ру ол и вк р о Рус Рус в а о у С л к е е За жн н Бе но ед ред дн р д Ю П П па Сред Сре За щее большинство современных северных сортов унаследовало генотип Мироновской 808.

Например, в провинции №2 (табл. 10) пять из 18 сортов имеют спектр полностью идентичный Мироновской 808, а суммарная частота встречаемости аллелей от Мироновской составляет 72 %, т.е. почти 3/4 генофонда провинции. Полученные результаты позволяет предположить разную адаптивную ценность генотипов, маркируемых аллелями сортов Безостая 1 и Мироновская 808, в разных климатических зонах, что, очевидно, поддерживается естественным отбором. Таким образом, комплексом природно-климатических условий определяется набор генотипов сортов иногда независимо от усилий селекционеров. Появление с низкой частотой в генотипах северных сортов генов, характерных для южных сортов и наоборот, вероятно, связано с микроэволюционными процессами, происходящими под влиянием искусственного отбора. В результате скрещиваний генетически удаленных генотипов разрываются коадаптированные сцепленные комплексы генов, которые возникли в результате длительного естественного отбора, и появляются рекомбинантные генотипы, поддерживаемые искусственным отбором. Поэтому мы наблюдаем появление необычных сочетаний генов.Однако существование новых генотипов напрямую зависит от их приспособленности к условиям среды обитания, то есть от действия естественного отбора, чем, вероятно, и объясняется низкая частота встречаемости таких генотипов. Следовательно, естественный отбор в значительной степени влияет на набор генотипов сортов в разных агроэкологических зонах, благоприятствуя в каждой зоне более приспособленным генотипам, маркируемым определенными аллелями ГКЛ.

Преимущественное распространение на обширной территории, охватывающей 8 природных провинций, аллелей, характерных всего для 2-х сортов (Безостая 1 и Мироновская 808), подтверждает данные о глубокой генетической эрозии, происходящей в генофонде озимой пшеницы. (У сортов из северной зоны возделывания показатель генетического разнообразия за 60 лет интенсивной направленной селекции снизился в 1,6 раза, с Н=0,825 у старых сортов до Н=0,508 у современных.) В ходе работы выявлено, что около 40% современных сортов, районированных в 2006 году, несут в своем составе несколько глиадиновых биотипов, которые могут по-разному реагировать на изменения условий окружающей среды, обеспечивая пластичность сортов (Метаковский и др., 1987; Metakovsky, 1990). Существенное изменение частот биотипов может изменить характеристики сорта и даже привести к его потере. Нами показано, что у стародавних сортов в процессе их многолетних пересевов в коллекциях постепенно исчезает большая часть биотипов. В связи с этим встает вопрос о сохранении сортов во всем многообразии их внутренней генетической структуры, особенно стародавних сортов, генофонд которых постепенно обедняется и часть генетического разнообразия безвозвратно утрачивается, что приводит к их деградации.

Глава 6. Филогения, происхождение и распространение культуры мягкой пшеницы 6.1. Филогенетические взаимоотношения видов в роде Triticum L.

Изучение филогенетических связей между разными видами рода Тriticum позволяет получить информацию о происхождении мягкой пшеницы. Мягкая пшеница Triticum aestivum (геном ААВВDD) и тетраплоидные виды Тriticum durum и Тriticum carthlicum (геном ААВВ), как предполагается, имеют идентичные А- и В-геномы (Kihara, 1975; Kerby and Kuspira 1987;

Dvorak et al., 1990, 1993; Talbert et al., 1995; Caldwell et al., 2004 и др.), и, следовательно, находятся в тесном родстве между собой. Сходство структуры глиадинкодирующих локусов у Т. durum, Т. carthlicum и Т. aestivum дает основание утверждать, что вероятность независимого происхождения (например, путем мутаций) двух блоков с одинаковым компонентным составом, контролируемым сложным кластером генов, практически равно нулю (Metakovsky et al., 1989). Следовательно, сходство блоков у разных видов будет указывать на их тесное родство. Для определения родства Т. durum, Т. carthlicum и Т. aestivum было проведено сравнение этих видов по аллельным вариантам блоков компонентов глиадина, контролируемых локусами А- и В-геномов.

А-геном. У сортов видов Т. durum, и Т. aestivum обнаружены одинаковые блоки, контролируемые локусами А-генома. Например, у сортов Веллс, Лангдон (Т. durum) и Ранняя 73 (Т.

aestivum) выявлен блок Gli-A1r (рис. 10А), у Оренбургской Ранней, Харьковской 7 (Т. durum) и Одесской 16 (Т. aestivum)– блок Gli-A1o (рис. 10Б), у Мелянопуса 7 (Т. durum) и Кзыл-Бас (Т. aestivum)– блок Gli-A1p (рис. 10А)2. В целом, около 70% исследованных сортов Т. durum имело в своем спектре блоки типа Gli-A1o, Gli-A1p или Gli-A1r. Эти блоки присутствует также у многих сортов яровой и озимой мягкой пшеницы. У Т. durum и Т. aestivum выявлены также идентичные блоки, контролируемые 6А хромосомой (Кудрявцев и др., 1987). Следовательно, обе глиадинкодирующие хромосомы А-генома (1А и 6А) у Т. durum контролируют Наследуемость компонентов у Т. durum блоками доказана с помощью гибридологического анализа зерен F2 скрещиваний: 1) Веллс * Шарк (2=0,01; Р>0,9); 2) Безенчукская 105 * Харьковская 7 (2= 0,12; Р>0,5), 3) Оренбургская Ранняя * Мелянопус 7 (2= 1,29; Р>0,5). В последней гибридной комбинации пара блоков Gli-A1o и Gli-A1p наследуется независимо от компонентов, контролируемых хромосомой 1В (для расщепления 1:2:1:2:4:2:1:2:1 2 = 8,82;

P>0,2). Это подтверждает, что изученные блоки кодируются хромосомой 1А.

аллельные варианты блоков, идентичные тем, которые были идентифицированы при анализе Т. aestivum.

При сравнении Т. aestivum и Т. durum с Т. carthlicum выявлено, что 3 из 4-х исследованных разновидностей Т. carthlicum (dekaprelevichi, rubiginosum и stramineum) имеют блоки, подобные контролируемому хромосомой 6А блоку мягкой пшеницы, Gli-A2b (рис. 10В, 1, 2), а образца разновидности fuliginosum – блоку Gli-A2n (рис. 10В, 3, 5). Такие же блоки компонентов контролируется хромосомой 6А и у Т. durum (рис. 10В, 4). В спектрах глиадина Т.

carthlicum var. fuliginosum и var. dekaprelevichi в -зоне присутствуют блоки, идентичные контролируемым хромосомой 1А у Т. durum и у Т. aestivum (рис. 10А). Таким образом, Т.

carthlicum, Т. durum и Т. aestivum имеют одинаковые блоки компонентов, контролируемые хромосомами генома А. Таким образом, одинаковые блоки компонентов, контролируемые хромосомами А-генома, выявленные у 3-х изученных видов, свидетельствуют об идентичности А-генома у этих видов.

В-геном. Сравнение 3-х видов, у которых блоки компонентов глиадина, контролируемые хромосомой 1В, выявлены с помощью гибридологического анализа, позволило показать, что Т.

durum и Т. aestivum не имеют идентичных блоков. Тогда как у Т. carthlicum var. stramineum, fuliginosum и dekaprelevichi обнаружен блок, идентичный блоку мягкой пшеницы Gli-В1n (рис. 10Г, 4-6), а у var. rubiginosum - блоку Gli-В1k (рис.10Г, 1, 2 ). Блоки Gli-В1n и Gli-В1k встречаются у многих неродственных сортов мягкой пшеницы.

Наш анализ позволяет предположить, что доноры В - генома у Т. durum и Т. carthlicum различались по крайней мере аллельными вариантами глиадинкодирующих локусов хромосомы 1В. Возможно, это были разные генотипы, принадлежащие к одному виду. Исходя из полного различия Т. aestivum и Т. durum по набору блоков компонентов, контролируемых хромосомой 1В, можно предположить, что В-геном мягкой и В-геном твердой пшеницы произошли от разных популяций (разновидностей/подвидов) прародителя. Несколько типов идентичных блоков, контролируемых как А-, так и В-геномом согласуются с предположением, что Т.

carthlicum и Т. aestivum филогенетически очень близки и, возможно именно Т. carthlicum или ее прототип могли участвовать в происхождении мягкой пшеницы. С другой стороны, имеющиеся в коллекции разновидности Т. carthlicum, не могли обеспечить все разнообразие типов блоков мягкой пшеницы.

У Т. aestivum выявлено 6 семейств блоков, находящихся под контролем хромосомы 6А, у Т. durum – 5 (Кудрявцев и др., 1987), у Т. carthlicum – минимум 2. Ни одно из семейств не могло возникнуть из другого в результате единичных мутационных изменений. Тем не менее, три одинаковых типа блоков имеется у Т. durum и Т. aestivum, один тип - у Т. aestivum и Т. carthlicum и два типа у Т. durum и Т. carthlicum. Эти данные свидетельствуют в пользу полифилетического происхождения Т. aestivum, которая не могла появиться в результате единственного акта межвидовой гибридизации тетраплоидного прародителя (геном ААВВ) А Б В Г Рисунок 10. Электрофоретические спектры разных видов пшениц. А, Б - сравнение блоков компонентов глиадина, контролируемых хромосомой 1А. В - сравнение блоков, контролируемых хромосомой 6А. Г - сравнение блоков, контролируемых хромосомой 1В с диплоидным донором генома D. Таких событий, по-видимому, было несколько, и в них участвовали тетраплоиды, различавшиеся, по крайней мере, аллельными вариантами глиадинкодирующих локусов.

6.2. Распространение мягкой пшеницы Triticum aestivum L.

Анализ полиморфизма глиадина у местных сортов Т. aestivum различных географических регионов имеют большое значение для изучения процесса формирования генетического разнообразия пшеницы и путей ее распространения. Было исследовано 17 групп сортов T. aestivum из различных регионов Евразии, а также образцы филогенетически близкого мягкой пшенице вида T. sphaerococcum (табл. 12). Всего проанализировано 215 местных сортов. Выявлено 105 аллелей ГКЛ из 111, известных к началу исследования местных сортов, а также 78 аллелей (70,2% от 111), которые не были обнаружены ранее. Эти данные еще раз подтверждают, что в процессе искусственного отбора происходило обеднение генофонда мягкой пшеницы - разнообразие старых местных сортов (183 аллеля) более чем в полтора раза (в 1,64 раза) шире, чем у современных сортов (111 аллелей). При этом надо учесть, что аллельное разнообра Таблица. 12. Исследованные группы сортов и внутригрупповое аллельное разнообразие (Н) Регион рас- Число Регион распростра- Число простр. сортов сортов Н нения группы сортов сортов Н Грузия 17 0.83±0.02 Зап. Таджикистан 4 0.68±0.Крым 20 0.69±0.03 Туркменистан 7 0.70±0.Украина (оз.) 9 0.70±0.05 Нечерноземье (яр.) 13 0.63±0.Поволжье (яр.) 13 0.65±0.01 Нечерноземье (оз.) 14 0.70±0.Поволжье (оз.) 9 0.67±0.04 Горный Бадахшан* 20 0.85±0.Киргизия 12 0.72±0.03 Азербайджан 9 0.67±0.Армения 6 0.70±0.06 Узбекистан 13 0.74±0.Польша (оз.) 7 0.64±0.05 Зап. Сибирь 12 0.66±0.Испания 15 0.75±0.03 T. sphaerococcum 15 0.55±0. оз. - озимые сорта, яр. - яровые сорта зие местных сортов в естественных популяциях значительно (в 2-10 раз) больше, чем в коллекционных, которые мы анализировали. Сорта Горного Бадахшана и Грузии отличаются наибольшим разнообразием, у них обнаружено по 50 известных, а также соответственно 12 и 9 уникальных аллелей ГКЛ (табл.12). Именно эти территории Н.И.Вавилов (1924, 1935) считал центрами разнообразия и, возможно, историческими центрами происхождения мягкой пшеницы. Расчет генетических расстояний между сортами разных групп позволил показать, что сорта Закавказья имеют наименьшее генетическое расстояние с сортами Горного Бадахшана (d=0.74), что свидетельствует об их родстве. Однако по генетической изменчивости Dгенома закавказские сорта статистически достоверно отличаются от бадахшанских (критерий идентичности I= 70,95***) (рис.11). Эти результаты в совокупности с литературными данными, например, по генам Vrn (Tsunewaki,1966; Гончаров, Чикида, 1995; Гончаров, 2002), генам гибридного некроза (Пухальский, 2002) позволяют рассматривать генотипы сортов этих двух регионов как две генетические ветви, которые могли получить D-геном из разных источников. По матрицам генетических расстояний проведен кластерный анализ (STATISTICA 6.0) (рис 12).В результате, сорта Закавказья, Крыма и Украины, а также озимые сорта Поволжья объединяются в один подкластер «в». Сорта Крыма и Украины имеют наименьшее генетическое расстояние с сортами Закавказья (d2=0.88 и 0.89 соответственно).

Выявлено, также, что некоторые сорта Закавказья и Украины (например, Долис-Пури - Украинка) имеют идентичные спектры глиадина. Кроме того, нами показано, что разнообразие аллелей, обнаруженное в Закавказье, на 75±9% и более покрывают разнообразие европейских сортов: Восточной Европы - на 84±6%, 0.0.0.0.Gli-DGli-D0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.a a d b e f h j g k h l q i r j s k nnp nq nnРисунок 11. Частоты аллелей локусов Gli-D1 и Gli-Dу грузинских ( )и бадахшанских ( ) сортов Франции, Англии и Италии в, среднем, на (73±4)%, Испании - на 66±7%. Полученные результаты позволяют предположить, что распространение озимых форм мягкой пшеницы в Европу происходило из Закавказья через территорию Крыма3 и Украины. Это согласуется с мнением Н. И. Вавилова (1935) о том, что сорта Закавказья были предшественниками местных европейских сортов - Банаток.

Рисунок 12. Кластеризация групп сортов по матрицам генетических расстояний по Нею О торговых связях между античными государствами Тавриды и Колхиды указывали еще греческие авторы В отдельный кластер «д» объединились сорта географически отдаленных регионов. Для них характерно присутствие аллелей (например, В1h, D1i), не встречающихся в Закавказье, и высокая частота аллелей (например, A1d, В1о, A2j, D2r), редких для других групп сортов. У некоторых сортов из удаленных регионов выявлены идентичные спектры глиадина. Например, аллели сорта Бабило из Горного Бадахшана идентичны аллелям одного из биотипов сорта Jeja из Испании. Аллели образца k-12393 из Афганского Бадахшана не встречаются у среднеазиатских сортов, но являются наиболее характерными для польских Сандомирок и Высоколитовок.

На основании распространения аллелей ГКЛ мы считаем, что существовало, как минимум, две волны продвижения пшеницы в Европу. Первая волна, вероятно, включала генотипы, давшие начало пшенице Испании, Польши и местным озимым сортам северных районов Европы. Сорта этих регионов объединяют уникальные аллели ГКЛ, которые не обнаруживаются во всех остальных регионах Европы и Закавказья, а также рецессивные аллели генов гибридного некроза ne1ne2 (Пухальский, 2002). Периферийное положение этих сортов и отсутствие непрерывного ареала указывает на значительную древность их распространения. Вторая волна, вероятно, шла из Закавказья через южную Украину в Восточную Европу и далее на Запад и Север Европы. Продвижение пшениц в Европу из Закавказья подтверждается также результатами по изучению распространения гена гибридного некроза Ne2 (Пухальский, 2002). Установлено, что этот ген широко распространен в озимых сортах Европы и почти полностью отсутствует в Азии, за исключением озимых пшениц Закавказья, в которых он встречается с частотой 36%. Пшеницы второй волны, вероятно, вытеснили пшеницы первой волны на окраины ареала, заняв большую часть Европы. Часть потока 2-й волны, продвинувшись на север, в некоторой степени (до 10%) внесла вклад в генофонд озимых сортов Нечерноземья, сформированного, в основном, генетическим материалом, характерным для 1й волны (рис.12, кластер «д»).

Генетическая близость сортов Крыма (d2 = 0,74) и Украины (d2 = 0,76) с озимыми сортами Поволжья и Западной Сибири позволяет констатировать значительное влияние сортов юга Украины на формирование генофонда озимых этих двух регионов. Что же касается яровых сортов Поволжья, то они кластеризуются с сортами Азербайджана. Исторически Нижняя Волга и, особенно, Азербайджан тесно связаны с Персией, откуда, вероятно, и шел основной поток генов, определивший генофонд местных яровых сортов Поволжья. Распространившись в северные районы, этот поток оказал влияние на генофонд яровых Нечерноземья и яровых Западной Сибири. Надо отметить, что у сибирских сортов обнаруживаются также аллели, характерные для азиатских пшениц, которые представляют собой четко отличающуюся от европейских сортов по составу глиадина группу. На примере озимых и яровых групп сортов из Поволжья, Нечерноземья и Западной Сибири, можно заключить, что пшеницы с разным типом развития, занимающие один ареал, могут иметь разное происхождение.

У образцов вида T. sphaerococcum, кластеризующихся с азиатскими сортами, не обнаружено аллелей, которые отличали бы их от мягкой пшеницы. Поэтому по составу глиадинов T. sphaerococcum не выходит за рамки видового разнообразия мягкой пшеницы и составляет относительно узкую группу внутри полиморфного вида T. aestivum. Полученные нами результаты позволяют согласиться с классификациями С.А.Невского (1934), J. MacKey (1989) и van Slageren (1994), где Triticum sphaerococcum Perciv. придается статус подвида.

Как следует из распространения аллелей ГКЛ между различными регионами, происходил обмен генами, в результате которого формировались местные, отличающиеся высоким разнообразием, сорта мягкой пшеницы. Таким образом, генетическое разнообразие генофонда мягкой пшеницы нашей страны, обогащенное многочисленными генными потоками, достаточно велико. Оно включает в себя большое число генотипов, распространенных на протяженной евроазиатской территории. Не удивительно, что еще в начале ХХ в. европейские исследователи обращали внимание (Baur, 1914) на генетические ресурсы мягкой пшеницы России как мощный источник разнообразия, имеющий огромное значение для будущего селекции всего мира.

ВЫВОДЫ 1. Показано, что весь электрофоретический спектр, получаемый при одномерном и двумерном электрофорезе, состоит из 6-ти групп полипептидов - блоков компонентов, которые наследуются кодоминантно и моногибридно как единый менделевский признак. Установлено, что все выявленные блоки компонентов контролируются 6-ю локусами, расположенными на хромосомах 1-й и 6-й гомеологических групп.

2. На основе гибридологического анализа потомков F2 из разных гибридных комбинаций, а также изучения полиморфизма 966 сортов по спектру глиадина, с использованием одномерного и двумерного электрофореза, установлено, что блоки компонентов контролируются разными аллельными вариантами глиадинкодирующих локусов (ГКЛ). Выявлен множественный аллелизм ГКЛ. Составлен каталог из 170 аллелей, который позволяет, не прибегая к гибридологическому анализу, установить генотип любого сорта. К каталогу составлен список из 267 сортов, электрофоретические спектры которых служат эталонами для определения аллелей ГКЛ.

3. Выдвинута гипотеза о сложной структуре глиадинкодирующего локуса: гены, контролирующие синтез полипептидов глиадина, входящих в блок, представляют собой кластер тесносцепленных генов. Показано, что частота рекомбинации, между наиболее отдаленным геном кластера и его основной нерекомбинирующей частью может достигать величины 1%.

4. Впервые с помощью SDS-электрофореза получена оценка молекулярной массы всех компонентов, входящих в блоки, контролируемые разными аллелями шести ГКЛ. Это позволило обосновать гипотезу об эволюции глиадинкодирующих генов, посредством дупликаций с последующей дивергенцией последовательностей в результате мутационного и рекомбинационного процесса, что привело к изменению числа экспрессирующихся генов, образующих кластер.

5. Впервые экспериментально с помощью искусственно созданной гибридной популяции показана возможность маркирования аллелями ГКЛ признаков со сложным полигенным контролем, таких как адаптивная и селекционная ценность генотипов и др., а, следовательно, возможность маркирования аллелями ГКЛ генотипов сортов мягкой пшеницы.

6. Выявлена общая закономерность, характерная для процесса научной селекции: искусственный отбор способствует уменьшению генетической изменчивости вида Т. aestivum, т.е.

его генетической эрозии. Впервые установлены основные факторы, вызывающие генетическую эрозию – это потеря уникального генофонда местных сортов и замена его на генетический материал ограниченного числа сортов-доноров, использующихся повсеместно.

7. Установлено, что у культурной пшеницы главным фактором микроэволюции и поддержания биоразнообразия является взаимодействие естественного и искусственного отбора, что аргументируется: разной адаптивной и селекционной ценностью генотипов, маркируемых различными аллелями ГКЛ, как при естественном, так и при искусственном отборе; клинальным характером изменчивости ГКЛ у современных сортов, который поддерживается абиотическими факторами среды, в частности, условиями увлажнения и перезимовки растений, то есть естественным отбором; поддержанием естественным отбором наиболее приспособленных к зоне возделывания рекомбинантных генотипов, возникших при гибридизации сортов из разных климатических зон при интенсивном искусственном отборе.

8. Установлено, что блоки, контролируемые одним ГКЛ, образуют семейства, члены которых могли происходить от общего предка через единичные мутационные события. Блоки из разных семейств не могли возникнуть друг от друга даже через внутрилокусную рекомбинацию.

Наличие разных семейств блоков как у Т. aestivum (геном AABBDD), так и у ее возможных предшественников, тетраплоидных видов Т. durum и Т. carthlicum с ААВВ - геномом, а также сходство некоторых семейств блоков у гексаплоидной и тетраплоидных пшениц свидетельствует о полифилетичности происхождения вида Т. aestivum, появившегося в результате нескольких актов межвидовой гибридизации тетраплоидного прародителя с диплоидным донором D - генома.

9. Сравнительным анализом генетической изменчивости ГКЛ у Т. aestivum с видами Т. durum и Т. carthlicum, наиболее вероятными 4-х предшественниками мягкой пшеницы, установлено, что тетраплоидный прародитель мягкой пшеницы с геномом ААВВ не был идентичен современному виду T. durum.,так как он филогенетически связан с мягкой пшеницей только единством А-генома. Для Т. carthlicum показано филогенетическое единство с Т. aestivum как по А-, так и по В-геному, что позволяет рассматривать Т. carthlicum или близкую ему форму в качестве донора ААВВ - генома мягкой пшеницы или свидетельствует об одном источнике происхождения этих 2-х видов. Установлено, что вид Triticum sphaerococcum представляет собой обособленную группу с узким размахом изменчивости внутри высокополиморфного вида T. aestivum и может рассматриваться лишь как один из подвидов мягкой пшеницы.

10. Исследование аборигенных сортов из 19 регионов мира позволило впервые показать, что сорта горных районов Закавказья и Центральной Азии (горные районы Памира и Гиндукуша) характеризуются наибольшим аллельным разнообразием ГКЛ, что подтверждает данные Н.И.Вавилова об этих территориях, как центрах разнообразия мягкой пшеницы. Установлено, что аборигенные закавказские сорта статистически достоверно отличаются от аборигенных центрально-азиатских сортов по генетическому разнообразию глиадинкодирующих локусов D-генома (критерий идентичности I= 70,95***). Эти результаты свидетельствуют о принадлежности генотипов сортов этих двух регионов к двум генетические ветвям, которые получили D-геном из разных источников.

11. На основании распространения аллелей ГКЛ местных сортов в различных регионах мира выдвинута гипотеза о существовании как минимум двух крупных волн распространения мягкой пшеницы в Европу. Первая волна дала начало пшенице Испании, Польши и местным озимым сортам северных районов Европы. Сорта этих регионов объединяют уникальные аллели ГКЛ, которые не обнаруживаются во всех остальных регионах Европы и Закавказья. Вторая волна шла из Закавказья через южную Украину в Восточную Европу и далее на Запад и Север Европы. Пшеницы второй волны вытеснили пшеницы первой волны на окраины ареала, заняв большую часть Европы.

Список публикаций 1. Новосельская, А.Ю. Изучение полиморфизма глиадина некоторых сортов пшеницы методами одномерного и двумерного электрофореза / А.Ю. Новосельская, Е.В. Метаковский, А.А. Созинов // Цитология и генетика. 1983. Т. 17. С.45-52.

2. Metakovsky E.V. Blocks of gliadin components in winter detected by one-dimensional polyacrilamide gel electrophoresis / E.V. Metakovsky, A.Yu. Novoselskaya, M.M. Kopus, T.A. Sobko, A.A. Sozinov // Theor.Appl.Genet. 1984. V.67. N.6. P.559-568.

3. Metakovsky, E.V. Genetic analysis of gliadin components in winter wheat using twodimensional polyacryiamide gel electrophoresis / E.V. Metakovsky, A.Yu. Novoselskaya, A.A. Sozinov // Theor.Appl.Genet. 1984. V.69. N.1. Р.31-37.

4. Метаковский, Е.В. Генетический контроль компонентов глиадина у озимой мягкой пшеницы Безостая 1 / Е.В. Метаковский, А.Ю. Новосельская, А.А. Созинов // Генетика. 1985. Т.21. №3. С. 472-478.

5. Новосельская, А.Ю. Генетический контроль компонентов глиадина у яровой мягкой пшеницы Новосибирская 67 / А.Ю. Новосельская, Е.В. Метаковский, С.Ф. Коваль, А.А. Созинов // Докл. АН СССР. 1985. Т.281. С.702-704.

6. Метаковский, Е.В. Изучение адаптивной и селекционной ценности аллелей глиадинкодирующего локуса хромосомы 1D яровой мягкой пшеницы с помощью анализа гибридной популяции и коллекционного набора сортов / Е.В. Метаковский, С.Ф. Коваль, А.Ю. Новосельская, А.А. Созинов // Генетика. 1986. Т.22. №5. С.843-851.

7. Metakovsky, A.A. Problems of interpreting results obtained in studies of somaclonal variation in gliadin proteins of wheat / E.V. Metakovsky, A.Yu. Novoselskaya, A.A. Sozinov // Theor.Appl.Genet. 1987. V.73. N.5. P.764-766.

8. Novoselskaya, A.Yu. Studying of somaclonal variation in wheat with the help of biochemical markers / A.Yu. Novoselskaya, V.P. Upelniek, G. Galiba, J. Sutka, A.A. Sozinov, E.V.

Metakovsky // Proc.IV Intern. Workshop on Gluten Proteins (Budapest, 1987): 57-70.

9. Новосельская, А.Ю. Селекционная неравноценность глиадинкодирующих генов лучших отечественных сортов озимой мягкой пшеницы Безостая 1 и Мироновская 808 / А.Ю. Новосельская, Е.В. Метаковский // VI Всесоюзный симпозиум «Молекулярные механизмы генетических процессов» – М., 1987. С.131-132.

10. Созинов, А.А. Цитолого-биохимический анализ сортов мягкой пшеницы с замещениями и транслокациями 1B/1R в капиотипе / А.А. Созинов, А.Ю. Новосельская, А.А.

Лушникова, Ю.Ф. Богданов // Цитология и генетика. 1987. Т.21. №4. С.256-261.

11. Новосельская, А.Ю. Хромосомные перестройки в геноме гексаплоидной пшеницы, содержащей генетический материал ржи / А.Ю. Новосельская, А.А. Лушникова, Ю.Ф.

Богданов // VI Всесоюз. симп. «Молекулярные механизмы генетических процессов» – М., 1987. С.131-132.

12. Metakovsky, E.V. Analysis of phylogenetic relations of durum, carthlicum and common wheats by means of comparison of alleles of gliadin-coding loci / E.V. Metakovsky, A.M.

Kudryavtsev, Z.A. Iakobashvili, A.Yu. Novoselskaya // Theor.Appl.Genet. 1989. V.77.

P.881-887.

13. Метаковский, Е.В. Изучение филогенетических связей полиплоидных пшениц путем сравнения аллельных вариантов блоков компонентов глиадина в электрофоретических спектрах / Е.В. Метаковский, A.M. Кудрявцев, 3.А. Якобашвили, А.Ю. Новосельская // Генетика. 1990. Т.26. №2. С.272-282.

14. Javornik, B. Gliadins in Yugoslav winter wheat cultivars / B. Javornik, E.V. Metakovsky, D.

Kneevi, T. Sinkovi, A.Yu. Novoselskaya // Proceedings of the IV Internat. Workshop on Gluten Proteins (Сanada, Winnipeg, 1990) – University of Manitoba: 1990. P. 595-615. Novoselskaya, A.Yu. Spontaneous and induced genetic variability in gluten proteins in bread wheat / A.Yu. Novoselskaya, J. Sutka, E.V. Metakovsky // Proceedings of the IV Internat. Workshop on Gluten Proteins (Сanada, Winnipeg, 1990) – University of Manitoba:

1990. P. 558-568.

16. Упелниек, В.П. Анализ изменчивости электрофоретических спектров запасных белков зерна у регенерантов пшеницы / В.П. Упелниек, А.Ю. Новосельская, Й. Шутка, Г. Галиба, Е.В. Метаковский // Генетика. 1991. Т. 27. №9. С.1597-1604.

17. Metakovsky, E.V. Gliadin allele identification in common wheat 1.Methodological aspects of the analysis of gliadin patterns by one-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis / E.V. Metakovsky, A.Yu. Novoselskaya // J. Genet and Breed. 1991. V.45. N.4. P.317-324.

18. Upelniek, V.P. Genetic variation at storage protein-coding loci of common wheat (cv 'Chinese Spring') induced by nitrosoethylurea and by the cultivation of immature embryos in vitro / V.P. Upelniek, A.Yu. Novoselskaya, J. Sutka, G. Galiba, E.V. Metakovsky // Theor.Appl.Genet. 1995. V.90. P.372-379.

19. Новосельская-Драгович, А.Ю. Динамика генетического разнообразия саратовских сортов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (по глиадинкодирующим локусам) за 80летний период научной селекции / А.Ю. Новосельская-Драгович, В.А. Крупнов, Р.А.

Сайфуллин, В.А. Пухальский // Генетика. 2003. Т.39 №10. С.1338-1346.

20. Драгович, А.Ю. Маркирование глиадинкодирующими генами пшеницы адаптивнозначимых ассоциаций генов / А.Ю. Драгович, А.В.Фисенко // Генетика в ХХ1 веке:

современное состояние и перспективы развития. 3-й Съезд ВОГиС. – М.: Академиздат, 2004. Т.1. С. 421. Брежнева, Т.А. Особенности каллусогенеза в разных биотипах сорта яровой мягкой пшеницы Саратовская 29 / Т.А. Брежнева, Н.А. Кузьмина, А.Ю. Драгович // Генетика в ХХ1 веке: современное состояние и перспективы развития. 3-й Съезд ВОГиС. – М.:

Академиздат, 2004. Т.1. С.155.

22. Фисенко, А.В. Исследование динамики частот аллелей глиадинкодирующих генов яровой мягкой пшеницы селекции НИИСХ Юго-Востока / А.В. Фисенко, А.Ю. Новосельская-Драгович // Эволюция научных технологий в растениеводстве. – Краснодар:

РАСХН, 2004. Т.3. С. 75-80.

23. Knezevic, D. Variability of Gli-allele composition in wheat (Triticum aestivum L.) / D.

Knezevic, N. Djukic, A.Yu. Dragovich // Congress of Serbian Geneticists/ Subotica, 30 nov – 4 dec. 2004/ Serbia, 2004. P.17.

24. Dragovich A.Yu. Gliadin coding genes of bread wheat as genetic markers of adaptability of cultivars / A.Yu. Dragovich // Congress of Serbian Geneticists/ Subotica, 30 nov – 4 dec.

2004. Serbia, 2004. P.18.

25. Упелниек, В.П. Полиморфизм проламинов у представителей трибы Triticeae / В.П.

Упелниек, Т.А. Брежнева, А.Ю. Новосельская-Драгович, О.А. Новожилова, В.А. Пухальский // Ботанические сады как центры сохранения биоразнообразия и рационального использования растительных ресурсов. Материалы междунар. конференции, посвящ. 60-летию Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина. РАН: М., 2005. С.507508.

26. Novoselskaya-Dragovich, A.Yu. Dynamics of genetic variation at gliadin-coding loci in bread wheat cultivars developed in Sall Grains Research Center (Kragujevac) during last years / A.Yu. Novoselskaya-Dragovich, D. Knezevic, A.V. Fisenko // Plant breeding and seed production. 2005а. № 1-4. Р. 51-56.

27. Новосельская-Драгович, А.Ю. О генетическом разнообразии сортов мягкой озимой пшеницы по глиадинкодирующим локусам / А.Ю. Новосельская-Драгович, А.В. Фисенко // Селекция и семеноводство. 2005. №3. С. 15-19.

28. Фисенко, А.В. Исследование динамики внутрисортового разнообразия стародавних яровых сортов мягкой пшеницы при сохранении их в генетических коллекциях/ А.В.

Фисенко, А.Ю. Новосельская-Драгович, А.А. Николаев, В.П. Упелниек // Селекция и семеноводство. 2005. №4. С.8-15.

29. Пухальский, В.А. Исследование генома культурных растений и их диких сородичей применительно к генетической теории селекции / В.А. Пухальский, А.А. Поморцев, А.Ю. Драгович, Т.И. Одинцова, В.П. Упелниек, А.М. Кудрявцев, Н.В. Хадеева, А.В.

Ратькин, Л.А. Оболенкова, С.В. Горюнова // С.-Пб.: Динамика генофондов растений, животных и человека. М: Наука, 2005. С.78-80.

30. Novoselskaya-Dragovich, A.Yu. Dynamics of genetic variation at gliadin-coding loci in bread wheat cultivars developed in the Institute Field and Vegetable Crops (Novi Sad, Serbia) during 40 years / A.Yu. Novoselskaya-Dragovich, A.V. Fisenko, S. Dencic, B. Kobiljski // Plant breeding and seed production. 2005. V. ХI. № 1-4. P.57-85.

31. Николаев, А.А. Полиморфизм глиадина у современных сортов яровой мягкой пшеницы Сибири / А.А. Николаев, А.В. Фисенко, Т.А. Брежнева, В.П. Упелниек, А.Ю. Драгович // Селекция и семеноводство. 2006. № 4. С.13-18.

32. Драгович, А.Ю. Сопоставление двух существующих каталогов аллелей глиадинкодирующих локусов у озимой мягкой пшеницы / А.Ю. Драгович, В.Г. Зима, А.В. Фисенко, Л.А. Беспалова, Г.И. Букреева, Е.Е. Мельникова, В.А. Пухальский // Генетика.

2006. Т. 42. №8. С. 1107-1116.

33. Новосельская-Драгович, А.Ю. Сравнительный анализ динамики генетического разнообразия по глиадинкодирующим локусам среди сортов озимой мягкой пшеницы Triticum aestivum L., созданных за 40-летний период научной селекции в Сербии и Италии / А.Ю. Новосельская-Драгович, А.В. Фисенко, А.Г. Имашева, В.А. Пухальский // Генетика. 2007. Т.43. № 11. С. 1478-1486.

34. Драгович, А.Ю. Изменчивость глиадинкодирующих локусов у местных сортов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. / А.Ю. Драгович, А.В. Фисенко, О.П. Митрофанова // II Вавиловская международная конференция «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: состояние, проблемы, перспективы» - Санкт-Петербург 26-30 ноября 2007г: ВИР, 2007. С.23- 35. Kneevi, D. Polymorphism of Gli-B1 alleles in 25 Kragujevac’s wheat cultivars (Triticum aestivum L) / D. Kneevi, A.Yu. Dragovich, N. Djuki // Kragujevac J. Sci. 2006. V.28.

N.1. P.147-152.

36. Kneevi, D.. Polymorphism of Gli-A1 alleles in winter wheat cultivars (Triticum aestivum L) / D. Kneevi, V. Zeevi, N. Djuki, A.Yu. Dragovich // Kragujevac J. Sci. 2007. V.29.

N.1. P.139-147.

37. Kneevi, D. Polymorphysm of Gli-D1 alleles of Kragujevac’s winter wheat cultivars (Triticum aestivum L.) / D. Kneevi, A.Yu. Dragovich // Genetika. 2007. V.39. N.2. P.273282.

38. Djukic, N. Polymorphism of Gli-A1 alleles and quality properties in 21 durum wheat genotypes / N. Djuki, D. Kneevi, A.Yu. Dragovich // Cereal Res. Commun. 2007. V.35. N.2.

P. 345-348.

39. Bilinskaya, E.N. Distribution of hybrid necrosis genes in 32 cultivars of winter common wheat in Serbia / E.N. Bilinskaya, S.P. Martinov, A.Yu. Dragovich, S. Dencic, V.A. Pukhalskiy // Annual wheat newsletter. 2007. V. 53. Р. 80-82.







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

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.