Связь между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов

Размещено на http://www.allbest.ru/

19

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Связь между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов

03.01.05 - физиология и биохимия растений

03.02.07 - генетика (биологические науки)

Хрунов Алексей Александрович

Москва - 2013

Работа выполнена в Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева и Институте общей генетики РАН имени Н.И. Вавилова

Научные руководители: Новиков Николай Николаевич, доктор биологических наук, профессор

Драгович Александра Юрьевна, доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: Кондратьев Михаил Николаевич доктор биологических наук, профессор, кафедра физиологии растений, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Пожидаева Елена Станиславовна, кандидат биологических наук, Старший научный сотрудник, лаборатория экспрессии генома, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Ведущая организация: Московский НИИ сельского хозяйства «Немчиновка»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство показателей продуктивности и качества зерна пшеницы наследуются как количественные признаки, для оценки которых требуется значительное количество растительного материала, вследствие чего не представляется возможным осуществлять отбор отдельных перспективных растений. Поэтому ведётся разработка точных и быстрых методов определения селектируемых или маркерных показателей, имеющих генетическое сцепление с основными хозяйственно ценными признаками пшеницы.

В ходе биохимических и генетических исследований было установлено, что эффективными маркерами продуктивности растений и технологических свойств зерна мягкой пшеницы могут служить аллели локусов 1 и 6 гомеологических групп хромосом, которые кодируют структуру специфичных для злаковых растений глиадиновых белков. Идентифакация этих белков, выделенных из отдельных зерновок, методом электрофореза в полиакриламидном геле позволяет очень быстро оценивать наличие у генотипов пшеницы соответствующих глиадинкодирующих аллелей, которые генетически сцеплены с генами, контролирующими различные количественные признаки, включая показатели продуктивности и технологических свойств зерна (Созинов, Попереля, 1979; Метаковский и др., 1985; Попереля, 1989; Dong et al., 1991; Kolster et al., 1991; Cerny et al., 1991; Blanlard, 1992; Jackson et al., 1996; Metakovsky et al., 1997; Zhang et al., 2003; Tanaka et al., 2005; Branlard and Metakovsky, 2006; Драгович, 2008; Li et al., 2009).

При маркировании аллелями глиадинкодирующих локусов количественных признаков мягкой пшеницы создается возможность сократить сроки создания новых сортов и отбирать на ранних стадиях селекции генетические линии (биотипы) с повышенной продуктивностью растений, устойчивостью к полеганию и болезням, а также улучшенными технологическими свойствами зерна.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - выяснение связи между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с различными аллелями глиадинкодирующих локусов для обоснования возможности их использования в качестве генетических маркеров хозяйственно важных признаков при создании новых сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

В задачи исследований входило:

- изучить генетическую гетерогенность сортов и гибридов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов при разделении глиадиновых белков методом электрофореза в полиакриламидном геле;

- выделить из сортовых и гибридной популяций биотипы пшеницы, различающиеся аллелями глиадинкодирующих локусов, и установить генетические формулы их глиадинов;

- размножить в полевых условиях выделенные по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипы пшеницы и оценить их по основным показателям структуры урожая, определяющим продуктивность растений;

- оценить у выделенных по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипов пшеницы технологические свойства зерна, муки и полученных из них хлебопекарного теста и хлеба;

- выяснить связи между аллелями глиадинкодирующих локусов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у изучаемых биотипов мягкой пшеницы;

- на основе анализа глиадиновых белков выявить аллели глиадинкодирующих локусов, которые можно рекомендовать для использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров при создании сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

Научная новизна работы. В ходе изучения состава глиадиновых белков получены новые сведения о генетической гетерогенности сортов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов и установлены генетические формулы глиадинов для сортов Приокская, Дальневосточная 10, Самсар.

При изучении биотипов мягкой пшеницы, выделенных из сортов Приок-ская, Самсар, Саратовская 29, Дальневосточная 10 и гибридной популяции от скрещивания сортов Купава х Новосибирская 32, установлена связь глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s, Gli-A1i, Gli-A1m, Gli-B2d с большим набором полезных признаков, связанных с повышением продуктивности растений и улучшением технологических свойств зерна, что обосновывает возможность использования этих аллелей в качестве генетических маркеров указанных признаков в селекции мягкой пшеницы. В результате анализа состава глиадинов и показателей структуры урожая у изучаемых биотипов выявлена положительная связь глиадинкодирующих аллелей Gli-A1a, Gli-B1f, Gli-B1b, Gli-A2q, Gli-B2o с высотой растений, что не отвечает требованиям селекции мягкой пшеницы, направленной на создание короткостебельных генотипов. У биотипов мягкой пшеницы, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, установлена отрицательная связь между содержанием в зерне клейковины и ее упругостью, а также основными мукомольно-хлебопекарными показателями.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при оценке и идентификации сортов и гибридов мягкой пшеницы по составу глиадиновых белков при их разделении методом электрофореза в полиакриламидном геле.

На основе изучения биотипов, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, обосновывается возможность использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров повышенной продуктивности растений и улучшенных технологических свойств зерна глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s, Gli-A1i, Gli-A1m, Gli-B2d, которые могут быть идентифицированы по установленным блокам электрофоретических компонентов глиадиновых белков.

У сорта мягкой пшеницы Дальневосточная-10 выделен мутантный биотип с отсутствием глиадиновых компонентов, контролируемых локусом Gli-D1, который отличается от основного биотипа данного сорта большей высотой растений и уменьшением показателей массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна. Последнее свидетельствует о возможной связи аллелей этого глиадинкодирующего локуса с понижением высоты растений, увеличением массы зёрен, натуры и твёрдости зерна, что может использоваться в селекции мягкой пшеницы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной научно-практической конференции «О проблемах обеспечения в современных условиях количественной и качественной сохранности материальных ценностей, поставляемых и закладываемых в государственный резерв» (М.: НИИ проблем хранения Росрезерва, 2011); на международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Вклад молодых ученых в развитие инноваций аграрной науки» (М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2010); на 6-й международной конференции «Мельница - 2011». Модернизация. Инновации. Техническое перевооружение» (М.: Международная промышленная академия, 2011): на международной научно-практической конференции «Проблемы развития АПК и сельских территорий в 21 веке» (М.: РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованныъ ВАК для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах стандартного текста и включает введение, обзор литературы (4 главы), экспериментальную часть (4 главы), заключение, выводы, практические рекомендации, список использованной литературы. Иллюстративная часть диссертации представлена в виде 23 таблиц и 18 рисунков. Список литературных источников содержит 193 наименования, в том числе 79 работ зарубежных авторов.

Объекты и методы исследований

Для изучения связи между составом спирторастворимых белков и показателями продуктивности растений и качества зерна мягкой пшеницы исследовались сортообразцы различных генотипов озимой и яровой мягкой пшеницы и выделенные из них биотипы, являющиеся носителями определённых глиадинкодирующих локусов. В ходе исследований были изучены глиадиновые биотипы, выделенные из гетерогенных по составу глиадинов сортов мягкой пшеницы: Приокская (районирована в Средне-Русском агроклиматическом регионе), Саратовская 29 (Нижневолжский, Уральский и Западно-Сибирский регионы), Самсар (Средневолжский и Уральский регионы), Дальневосточная 10 (Дальневосточный регион).

Для более полного нивелирования различий между биотипами, обусловленных влиянием других (не глиадиновых) генов на основе скрещивания двух сортов Купава х Новосибирская 32 была создана гибридная популяция, из F2 которой были отобраны биотипы, отличающиеся по составу глиадинов. В таких биотипах при достаточной выборке гены родительских сортов распределяются примерно с равными частотами и отличие биотипов друг от друга определяется преимущественно составом глиадинов.

Сортообразцы для разделения на биотипы, а также для гибридизации были получены от оригинаторов сортов, пересеяны с целью получения колосового материала и разделены на биотипы по составу запасных белков зерна - глиадинов.

Изучаемые генотипы пшеницы выращивали на полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2006-2007 гг. на выравненном агрофоне. Почва на опытном участке дерново-подзолистая среднесуглинистая, содержа-ние гумуса 2,4-2,5%, рН солевой вытяжки - 6,1-6,2; содержание Р₂О₅ (по Кирсанову) - 21-22, К₂О (по Масловой) - 16-17 мг/100 г почвы.

Пшеницу убирали при наступлении полной спелости зерна, технологические показатели которого определяли после завершения процессов послеуборочного дозревания. В ходе исследований определяли показатели структуры урожая по общепринятой методике (Доспехов, 1985; Федин, 1989); физико-химические показатели качества зерна, число седиментации, число падения, количество и качество клейковины, реологические свойства теста - стандартными методами (Беркутова, 1991). Массовую долю белков определяли на спектране. Пробную лабораторную выпечку хлеба проводили безопарным методом с интенсивным замесом теста по методике ВЦОКС. Хлебопекарные качества зерна оценивали по объему хлеба, цвету и пористости хлебного мякиша.

Спирторастворимые белки (глиадины) выделяли экстракцией 70%-ным раствором этанола из навески цельносмолотого зерна в течение 30 мин при температуре 37⁰С. После экстракции белковый раствор отделяли от растительного материала центрифугированием, затем добавляли в него краситель - метиленовый зеленый. Для разделения белков использовали метод вертикального электрофореза в полиакриламидном геле с использованием алюминиеволактатного буфера (рН 3,1) при толщине геля 1,8 мм (Метаковский, Новосельская, 1991).

Все результаты исследований подвергались статистической обработке с использованием компьютерной программы «Straz» в модификации информационно-вычислительного центра РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева (версия 2.1, 1989-1991).

Биохимический и генетический анализ изученных сортов и гибридов пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов

Биохимический и генетический анализ аллельного состава глиадинкодирующих локусов исследуемых сортов мягкой пшеницы Приокская, Саратовская 29, Самсар, Дальневосточная 10, а также образцов второго поколения гибридной комбинации, полученной от скрещивания сортов Купава х Новосибирская 32, проводился по глиадиновым белкам, которые разделяли методом одномерного электрофореза в полиакриламидном геле. В ходе исследований была выявлена значительная гетерогенность сортов и гибридов мягкой пшеницы по глиадиновым белкам и составу аллелей глиадинкодирующих локусов. На основе сопоставления полученных электрофореграмм глиадиновых белков выделенных из сортовых и гибридной комбинации биотипов со стандартными электрофоретическими спектрами глиадинов мягкой пшеницы были определены глиадиновые формулы этих биотипов (табл. 1). Следует отметить, что сорта Приокская, Самсар и Дальневосточная 10 разделены на глиадиновые биотипы впервые.

Таблица 1

Состав аллелей глиадинкодирующих локусов изучаемых биотипов пшеницы

У сорта пшеницы Приокская выделены 4 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-А1, Gli-В1, Gli-D2. Два из этих биотипов с глиадинкодирующими аллелями Gli-B1f и Gli-B1b были главными и составляли 90% сортовой популяции. У Саратовской 29 95% сортовой популяции приходилось на два биотипа, различающихся по аллелям глиадинкодирующего локуса Gli-А2 (Gli-A2s и Gli-A2q). Из внутрисортовой популяции сорта Самсар были выделены 4 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-А1, Gli-А2, Gli-В2, Gli-D1. Сорт Дальневосточная 10 по составу глиадинкодирующих аллелей оказался гомогенным, но в его внутрисортовой популяции выявлен мутантный биотип, у которого по глиадиновым белкам не было идентифицировано ни одного глиадинкодирующего аллеля (Gli-D1null). Электрофоретический спектр глиади-нов данного биотипа отличается отсутствием компонентов, контролируемых хромосомой 1D). Отсутствие данного блока компонентов на электрофореграмме является следствием транслокации участка короткого плеча хромосомы 1D на длинное плечо хромосомы 2А (Badaeva et al., 2007).

Аналогичным образом была разделена на биотипы гибридная популяция, полученная при скрещивании сортов Купава и Новосибирская 32. В потомстве F2 этой гибридной комбинации было выделено 3 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-В1 и Gli-В2 (Gli-B2d, Gli-B2o, Gli-B1L) (табл. 2).

Таблица 2

Аллельный состав глиадинкодирующих локусов гибридной комбинации Купава х Новосибирская 32

Для локусов Gli-A1, Gli-D1, Gli-A2, Gli-D2 в гибридной комбинации представлены по 2 аллеля, так которые трудно было разделить в данном скрещивании из-за присутствия ржаной транслокации, маркируемой аллелем Gli-B1L. Поэтому, фактически, выделенные из гибридной комбинации биотипы различались по локусам, Gli-B1и Gli-B2.

Выяснение связи между составом глиадинов, показателями продуктивности растений и технологическими свойствами зерна у изучаемых биотипов мягкой пшеницы

У выявленных биотипов изучена структура урожая и мукомольно-хлебопекарные качества зерна. При этом в исследования преимущественно были включены биотипы, которые различались лишь составом аллелей по одному из глиадинкодирующих локусов, что позволило установить связь определённых глиадинкодирующих аллелей с уровнем наследования количественных признаков, определяющих продуктивность растений и технологические свойства зерна.

При сопоставлении показателей структуры урожая и технологических свойств зерна у биотипов сорта пшеницы Приокская, различающихся аллелями одного и того же глиадинкодирующего локуса, было установлено, что с аллелем Gli-B1f возможно связано увеличение длины главного, бокового побега, главного колоса, числа колосков и зёрен в главном и боковом колосе, массы зерна с колоса, а также повышение качества клейковины и упругости теста (табл. 3,4). У биотипа с аллелем Gli-B1b повышена масса 1000 зёрен, белизна муки, содержание клейковины, число падения, показатель седиментации, сила муки. Однако повышение содержания клейковины у данного биотипа сопровождается ухудшением её качества.

глиадин зерно генотип пшеница

Таблица 3

Структура урожая биотипов сорта Приокская, различающихся аллелями глиадинкодирующих локусов Gli-A1, Gli-B1, Gli-D2

У биотипа указанного сорта с аллелем Gli-A1m повышены показатели продуктивности растений - продуктивная кустистость и число зёрен в главном колосе. Присутствие у другого биотипа аллеля GliA1a сопровождалось увеличением длины главного, бокового побега, главного колоса, числа колосков в главном колосе и числа зёрен в боковом колосе, массы 1000 зёрен.

Таблица 4

Мукомольно-хлебопекарные качества зерна биотипов сорта Приокская, различающихся по аллелям локуса Gli-B1

При сравнении биотипов сорта Саратовская 29 установлено, что биотип с аллелем Gli-A2s отличается более высокими показателями массы 1000 зёрен, натуры зерна, содержания белков и клейковины в зерне, а биотип с аллелем Gli-A2q имеет большую длину главного побега и главного колоса, большее число колосков в главном колосе (табл. 5,6).

Таблица 5

Сравнительная характеристика глиадиновых биотипов сорта Саратовская 29 по структуре урожая

Таблица 6

Сравнительная характеристика глиадиновых биотипов сорта Саратовская-29 по качеству зерна

Таблица 7

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с Gli-A2s и Gli-A2q по структуре урожая

Таблица 8

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с Gli-A2s и Gli-A2q по мукомольно-хлебопекарным показателям

Биотип сорта Самсар с аллелем Gli-A2s характеризовался повышенными показателями продуктивной кустистости, стекловидности зерна, качества клейковины, упругости теста, силы муки, объёма и качества хлеба (цвет и пористость мякиша). Целый ряд других показателей были повышены у биотипа с аллелем Gli-A2q - длина главного побега, масса 1000 зёрен, натура зерна, содержание в зерне клейковины, число падения и седиментации (табл. 7, 8). Следует отметить, что с наличием данного аллеля у сорта Саратовской 29 также связано увеличение длины главного побега, что подтверждает существующую связь между указанным аллелем и рассматриваемым признаком.

У сорта Самсар, как и у сорта Приокская, выявлен биотип с аллелем Gli-A1m, у которого отмечаются более высокие показатели числа колосков в главном колосе, массы 1000 зёрен, содержания клейковины, тогда как у биотипа с аллелем Gli-A1i повышены число зёрен в главном колосе, число падения и седиментации, упругость теста, сила муки, качество клейковины, показатели объёма хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша (табл. 9, 10).

Таблица 9

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с аллелями Gli-A1i и Gli-A1m по структуре урожая

Таблица 10

Мукомольно-хлебопекарные показатели зерна биотипов сорта Самсар, различающихся по аллелям локуса Gli-A1

При сопоставлении мукомольно-хлебопекарных показателей у биотипов сорта Самсар установлено, что повышение у них содержания белков и клейковины в зерне сопровождается ухудшением качества клейковины и некоторых других технологических показателей - силы муки, упругости теста, объёма хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша (табл. 11).

Таблица 11

Коэффициенты корреляции между содержанием белков и клейковины и технологическими показателями зерна, муки и хлеба у биотипов сорта Самсар*

*Корреляция достоверна при r ? 0,91 и уровне вероятности 0,95

В ходе исследований внутрисортового полиморфизма глиадиновых белков у сорта Дальневосточная 10 был обнаружен и размножен мутантный биотип с отсутствием блока электрофоретических компонентов глиадинов, кодируемых аллелями глиадинкодирующего локуса Gli-D1. Было установлено, что этот биотип отличается от основного меньшей продуктивностью. При этом оба биотипа имеют достаточно высокое содержание клейковины в зерне, и хлеб, полученный из зерна этого сорта, отличается хорошими вкусовыми качествами, но имеет низкий подъем и пористость вследствие высокой активности б-амилаз в зерне.

Таблица 12

Сравнительная характеристика структуры урожая глиадиновых биотипов сорта Дальневосточная 10

Изучение мутантного биотипа у сорта Дальневосточная 10 показывает, что отсутствие у него аллелей глиадинкодирующего локуса Gli-D1 сопровождается увеличением длины главного побега, числа колосков и зёрен в главном колосе, повышением белизны муки, но при этом уменьшаются масса 1000 зёрен, натура и твёрдость зерна (табл. 12, 13). Исходя из этого можно предполагать, что, вероятно, с аллелями указанного локуса связано уменьшение высоты растений и увеличение массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна.

В биотипах, выделенных из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32, изучалось влияние ржаной транслокации в геноме пшеницы, маркируемой блоком электрофоретических глиадиновых компонентов Gli-B1L и известной по литературным данным своим отрицательным действием на качество хлеба (Созинов, 1985).

Таблица 13

Сравнительная характеристика биотипов сорта Дальневосточная 10 по мукомольно-хлебопекарным показателям

Последнее было подтверждено и в наших исследованиях, но было обнаружено также положительное влияние Gli-B1L на ряд показателей структуры урожая и качества зерна (табл. 14, 15). У данного биотипа понижены высота растений, масса 1000 зёрен, показатель седиментации муки, содержание клейковины, упругость теста, сила муки, показатели объёма хлеба, цвета и пористости мякиша, однако повышены продуктивная кустистость растений, число зёрен в главном колосе, число падения и упругость клейковины (уменьшение показателя ИДК).

Таблица 14

Сравнительная характеристика биотипов с аллелями Gli-B1b и Gli-B1L из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32 по структуре урожая

Таблица 15

Технологические показатели зерна биотипов пшеницы с аллелями Gli-B1b и Gli-B1L из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32

Учитывая современные данные о снижении отрицательного влияния ржаной транслокации при комбинировании её с набором различных генов, представляется возможным не отбраковка селекционного материала, содержащего ржаную транслокацию (как это делается в настоящее время), а использование её при создании короткостебельных генотипов с повышенной продуктивностью и качеством клейковины.

На том же материале (гибридная комбинация Купава х Новосибирская 32) было изучено влияние аллелей Gli-B2о и Gli-B2d на показатели структуры урожая и качество зерна (табл. 16, 17). Установлено, что аллель Gli-B2о по-видимому маркирует увеличение высоты растений, показателей натуры зерна, белизны муки, числа падения и седиментации, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба по сравнению с аллелем Gli-B2d. Однако у биотипа с аллелем Gli-B2d существенно выше озернённость колоса, показатель твердозёрности и упругость клейковины, а также понижена высота растений, что повышает устойчивость данного биотипа к полеганию.

Таблица 16

Сравнительная характеристика биотипов с аллелями Gli-B2d и Gli-B2о из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32 по структуре урожая

Таблица 17

Технологические свойства зерна биотипов пшеницы с аллелями Gli-B2d и Gli-B2о из гибридной популяции Купава Х Новосибирская 32

Исходя из полученных данных, можно отметить, что с аллелем Gli-A1a связаны большая высота растений и масса 1000 зёрен. В связи с селекцией на короткостебельность наличие данного аллеля в генотипе пшеницы является нежелательным. С аллелем Gli-B1f сопряжены большая высота растений, число зёрен и масса зерна с колоса, упругость клейковины и хлебопекарного теста. В данном случае, хотя и наблюдается повышенная продуктивность растений, хорошие реологические свойства клейковины и теста, для использования в селекции не подходит увеличение высоты растений. Поэтому наличие данного аллеля в генотипе также является нежелательным.

С аллелем Gli-B1b связано улучшение многих хозяйственных и технологических показателей пшеницы (число зёрен с колоса, масса 1000 зёрен, белизна муки, повышение числа седиментации и падения, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета хлеба и пористости хлебного мякиша), однако наблюдается увеличение высоты растений, что не удовлетворяет требованиям современной селекции.

У биотипов с аллелем Gli-A2q отмечается увеличение массы 1000 зёрен и натуры зерна, числа падения и седиментации, содержания в зерне клейко-вины, но формируется большая высота растений, что понижает ценность данного аллеля для использования в селекции. Аналогичная оценка может быть дана аллелю Gli-B2o, который связан с увеличением показателей натуры зерна, белизны муки, числа падения и седиментации, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, но для него одновременно характерно увеличение высоты растений.

Определённую ценность для селекции могут иметь аллели Gli-A1m, Gli-B2d, Gli-A1i, которые по-видимому маркируют понижение высоты растений пшеницы. С аллелем Gli-A1m связано возрастание числа зёрен в колосе, массы 1000 зёрен и массовой доли клейковины в зерне. У биотипов пшеницы с аллелем Gli-B2d наблюдается более высокая озернённость колоса, твёрдо-зёрность и упругость клейковины. Глиадинкодирующий аллель Gli-A1i имеет положительную связь с повышенной озернённостью колоса, числом падения и седиментации, упругостью клейковины и хлебопекарного теста, силой му-ки, объёмным выходом, цветом и пористостью хлебного мякиша.

Ещё более важное значение для селекции имеет аллель Gli-A2s, кото-рый по-видимому может маркировать многие полезные признаки пшеницы - понижение высоты растений, повышенную продуктивную кустистость растений, увеличение массы 1000 зёрен, натуры зерна, содержания и упругости клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша. Характерно отметить, что в данном случае не наблюдается отрицательной связи между количеством и качеством клейковины.

Выявлена положительная связь глиадинкодирующего аллеля Gli-D1a с массой 1000 зёрен и натурой зерна. При отсутствии у биотипов пшеницы аллелей локуса Gli-D1 увеличивается высота растений, однако наблюдается улучшение некоторых важных показателей - повышение озернённости колоса, белизны муки.

Таким образом, в ходе наших исследований выявлены аллели глиадинкодирующих локусов Gli-A2s, Gli-A1i, Gli-A1m, Gli-B2d, которые представляют определённую ценность для использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров повышенной продуктивности растений и улучшенных технологических свойств зерна.

Генетическими источниками глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s и Gli-A1i являются сорта Саратовская 29 и Самсар, тогда как у других сортов мягкой пшеницы этот аллель не обнаружен. Сорт Саратовская 29 наиболее распространён в Нижневолжском, Уральском и Западно-Сибирском, а сорт Самсар - в Средневолжском и Уральском агроклиматических регионах. Поэтому, вероятно, рассматриваемый глиадинкодирующий аллель можно рекомендовать для использования в селекции при создании сортов, хорошо адаптированных в природно-климатических условиях указанных агроклиматических регионов. Установлено, что в каждой агроклиматической зоне наиболее хорошо адаптируются к условиям выращивания генотипы пшеницы с определённым набором глиадинкодирующих аллелей, который обусловлен действием естественного отбора (Li et al., 2000; Korol et al., 1996; Korol et al., 1998; Ryndin et al., 2001; Nevo et al., 2002; Драгович, 2008).

Глиадинкодирующий аллель Gli-A1m, идентифицированный у сортов Приокская и Самсар, обнаруживается у многих сортов Предкавказского агроклиматического региона, что свидетельствует о значительной лабильности генотипов, имеющих этот аллель. По-видимому, генотипы с данным глиадин-кодирующим аллелем способны достаточно хорошо адаптироваться в широком диапазоне природно-климатических условий и могут исполь-зоваться при создании сортов для районирования в Среднерусском, Средне-волжском, Уральском, Западно-Сибирском агроклиматических регионах.

Глиадинкодирующий аллель Gli-B2d, выявленный в гибридной комбинации Купава Х Новосибирская 32, наследуется гибридными растениями от сорта Новосибирская 32, который распространён в Западно-Сибирском агроклиматическом регионе. Этот аллель также содержится у сорта Оренбургская 14, распространённом в Заволжском агроклиматическом регионе. В связи с этим указанный аллель может быть рекомендован для использования в селекции мягкой пшеницы для создания сортов, предназначенных для районирования прежде всего в рассматриваемых агроклиматических регионах.

ВЫВОДЫ

1. В ходе электрофоретических исследований глиадиновых белков подтверждается генетическая гетерогенность сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 по аллелям гладинкодирующих локусов и впервые показаны генетическая неоднородность по указанным аллелям сортов Приокская, Самсар и относительная гомогенность по аллелям глиадинкодирующих локусов сорта Дальневосточная 10. По составу глиадинов выявлен значительный полиморфизм в гибридной популяции F2 от скрещивания сортов мягкой пшеницы Купава и Новосибирская 32.

2. При изучении биотипов сортов Саратовская 29 и Самсар установлена связь глиадинкодирующего аллеля Gli-A2s с большим набором полезных признаков - понижением высоты растений, повышенной продуктивной кус-тистостью растений, увеличением массы зёрен, натуры зерна, содержания и упругости клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода, цвета и пористости хлебного мякиша, что обосновывает возможность использо-вания этого аллеля в селекии мягкой пшеницы для маркирования указанных выше признаков продуктивности и технологических свойств зерна.

3. Установлена значительная ценность для селекции мягкой пшеницы глиадинкодирующих аллелей Gli-A1m (выявлен у биотипов сортов Приок-ская и Самсар), Gli-B2d (идентифицирован у биотипа гибридной комбинации Купава Х Новосибирская 32), которые маркируют понижение высоты расте-ний. С аллелем Gli-A1m связано возрастание озернённости колоса, массы зё-рен и содержания в зерне клейковины. У биотипов пшеницы с аллелем Gli-B2d повышены озернённость колоса, твёрдозёрность и упругость клейковины.

4. На основе изучения биотипов у сортов Саратовская 29 и Самсар показано, что глиадинкодирующий аллель Gli-A1i по-видимому может маркировать многие полезные признаки мягкой пшеницы - понижение высоты растений, увеличение озернённости колоса, числа падения и седиментации, упругости клейковины и хлебопекарного теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша.

5. В ходе изучения состава глиадинов и показателей структуры урожая у биотипов мягкой пшеницы сортов Приокская, Саратовская 29, Самсар и гибридной комбинации Купава Х Новосибирская 32 установлена связь глиадинкодирующих аллелей Gli-A1a, Gli-B1f, Gli-B1b, Gli-A2q, Gli-B2o с увеличением высоты растений, что не отвечает современным требованиям селек-ции мягкой пшеницы, направленной на создание короткостебельных генотипов.

6. У сорта мягкой пшеницы Дальневосточная-10 выделен мутантный биотип с отсутствием глиадиновых компонентов, контролируемых локусом Gli-D1, который отличается от основного биотипа данного сорта большей высотой растений и меньшими показателями массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна, что свидетельствует о возможной связи аллелей этого глиадинкодирующего локуса с понижением высоты растений и увеличением массы зёрен, натуры и твёрдости зерна.

7. При изучении биотипов, выделенных из гибридной комбинации Купава х Новосибирская 32, выяснено, что ржаная транслокация, маркируемая аллелем Gli-B1L, имеет положительную связь с высокой продуктивной кустистостью растений и озернённостью колоса, увеличением упругости клейковины и числа падения, но отрицательно связана с высотой растений, содержанием клейковины и основными мукомольно-хлебопекарными показателями зерна.

8. У биотипов сортов Приокская и Самсар, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, установлена отрицательная связь между содер-жанием в зерне клейковины и ее упругостью: биотипы, отличающиеся высоким содержанием в зерне клейковины, имеют более низкое качество клейковины (увеличение ИДК), а также низкие показатели упругости теста, силы муки, объемного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша.

Практические рекомендации. В селекции мягкой пшеницы при создании генотипов с повышенной продуктивностью и улучшенными технологическими свойствами зерна рекомендуется использовать в качестве генетических маркеров аллели глиадинкодирующих локусов Gli-A2s, Gli-A1i, Gli-A1m, Gli-B2d, которые возможно идентифицировать по установленным блокам глиадиновых белков при их разделении в 8,3% полиакриламидном геле с использованием алюминиеволактатной буферной системы (рН 3,1).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Хрунов А.А., Фисенко А.В., Белецкий С.Л., Драгович А.Ю. Изучение взаимосвязи состава глиадинов и хозяйственно ценных признаков мягкой пшеницы // Известия ТСХА. - 2011. Вып. 2. - с. 11-19.

2. Хрунов А.А., Новиков Н.Н., Драгович А.Ю., Белецкий С.Л. Связь между составом глиадинов и технологическим свойствами зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиаднкодирующих локусов // Хлебопродукты. - М., 2012. - № 8. - с.56-57.

3. Хрунов А.А., Фисенко А.В., Драгович А.Ю, Белецкий С.Л. Влияние глиадинов на некоторые показатели качества мягкой пшеницы // Сборник материалов научно-практической конференции «О проблемах обеспечения в современных условиях количественной и качественной сохранности материальных ценностей, поставляемых и закладываемых в государственный резерв» - М.: ФГБУ НИИПХ Росрезерва, 2011. - С. 327-330.

4. Хрунов А.А., Фисенко А.В. Влияние глиадинового состава биотипов сорта пшеницы Приокская на показатели структуры урожая и силу муки // Сборник материалов международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Вклад молодых ученых в развитие иннова...