Изучение внутрисортового глиадина у сортов яровой пшеницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научно- исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы имени В. В. Докучаева

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРИСОРТОВОГО ГЛИАДИНА У СОРТОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

Пшеничная И.А.

кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник

Денисова Е.А.

лаборант- исследователь

Россия, Каменная Степь, Воронежская область

Актуальность. В последние годы селекция растений достигла колоссальных результатов, благодаря использованию новых генетических методов и технологий. Для зерновых культур таким методом является метод генетического маркирования генотипов с помощью белковых маркеров[1]. Глиадины, благодаря своим уникальным физико-химическим и генетическим свойствам, являются не только запасными белками, но и служат специфическими генетическими маркерами. В настоящее время для идентификации и регистрации сортов и генотипов пшениц в научных центрах нашей страны сложились свои методы исследования электрофоретических спектров глиадина. В нашей стране для этой цели широко используют метод, разработанный сотрудниками лаборатории белка и нуклеиновых кислот Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР) [2,3], основанный на записи сортовых формул по эталонному спектру, полученному в лаборатории ВИР, содержащему 30 компонентов с разделением их на б-,в-,г-,щ- зоны и установлением позиции каждого компонента внутри субфракции. Известна также классификация, предложенная Созиновым А.А., в ней используется понятие кластера как блока сцепленных, совместно наследуемых компонентов[4]. Генотипические формулы позволяют селекционерам более уверенно осуществлять подбор пар для гибридизации, вести отбор наиболее ценных генотипов, определять степень гомозиготности селекционного материала, контролировать родословные сортов и улучшать их в процессе семеноводства. Возможность выявления внутрисортового полиморфизма по спектрам спиртоизвлекаемых белков имеет важное значение для биохимического анализа многолинейных сортов, а также выделения линий, несущих высокие показатели качества зерна.

Целью наших исследований являлось изучение биотипного состава глиадина трёх сортов мягкой яровой пшеницы: Черноземноуральская 2, Воронежская 18, Воронежская 20 и одного сорта яровой твердой пшеницы Воронежская 13, созданных в разные годы в Центрально-Черноземном селекцентре.

Методика проведения исследований. Идентификация глиадиновых биотипов у сортов яровой пшеницы проводилась методом электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) по методике ISTA[5]. Электрофорез осуществляли на приборах для вертикального электрофореза фирмы «Хийу Калур» в 6,5% полиакриламидном геле. По каждому сорту анализировалось 100 зерновок, отобранных с разных растений. Регистрация компонентов электрофоретических спектров осуществлялась на основе эталонного спектра с разделением компонентов на б-, в-, г-, щ- глиадины. В каждой зоне электрофоретического спектра слабые компоненты представлены подчеркнутой цифрой, средние- обычной цифрой, сильные- жирным шрифтом, смещение компонента к катоду или аноду обозначается индексом возле цифры. полиморфизм пшеница популяция семеноводство

Результаты исследований. Изучение запасного белка в полиакриламидном геле позволило выделить у сортов яровой пшеницы от одного (у Воронежской 13) до пяти глиадиновых биотипов (у Черноземноуральской2 и Воронежской18) (табл.). Анализ мягкой яровой пшеницы Черноземноуральская2 показал, что 91% зерновок относился к трем основным биотипам (первому, второму, третьему), частота встречаемости четвертого биотипа составляла 6%, пятого- 2 процента. Существенное разнообразие глиадина Черноземноуральской2 наблюдается в б-, в-, г- и щ- зонах электрофоретического спектра. Для альфа глиадинов характерны три комбинации: б2467, б24567 и б567 с разной экспрессией компонентов б4, б6, одни биотипы (первый, третий и четвертый) имели б4 средней силы, другие (второй биотип)- мощный компонент б4. Экспрессия компонентов б6 наблюдается от слабой к средней. Наибольший интерес представляют вторые и третьи компоненты в глиадинов у которых встречаются сочетания в23133, в212231, в23133, в231, при этом компоненты могут быть, как сдвоенные (в2122, в3133 , в3133) так и одинарные(в2, в31 ), имеющие разную интенсивность компонентов- слабую, среднюю, сильную. Важно отметить, что у всех биотипов сорта Черноземноуральская2 в г глиадине идентифицируется только один слабый компонент- субкомпонент г21 или г22. г3 может быть как одинарным (г32), так и сдвоенным (г3132). Следует отметить, что биотипы Черноземноуральской2 в щ зоне имели от 9 до 14 электрофоретических компонентов, при этом для всех являлись обязательными компоненты щ341561638292102. Минимальное число щ компонентов обнаружено у 4 биотипа, частота встречаемости которого составляла 6%. Важная особенность глиадинов- почти полное отсутствие межмолекулярных связей. Это одна из причин того, что суммарные глиадины при соответствующих условиях электрофореза делятся на большое число компонентов.

Проведение электрофореза запасного белка яровой мягкой пшеницы Воронежская18 позволило выделить у сорта 5 глиадиновых биотипов, основная (85%) часть белковых спектров относилась к первому биотипу, остальные 15% приходились на долю 4х биотипов и распределились в соотношении 8, 2, 3, 2. Значительное различие биотипов этого сорта сопряжено с б-глиадинами, имеющими следующие комбинации компонентов: б24 67173, б5671, б24 67172, б24567172 у которых экспрессия б56 может быть как средней, так и сильной. Максимальную (90%) частоту сдвоенных компонентов б7 (б7173 б7172) имел первый, четвертый и пятый биотипы, для остальных биотипов было характерно наличие только одного субкомпонента б71. Максимальное число занятых позиций в этой зоне (б24567172)отмечено у 3% зерновок. Следует отметить, что основная часть зерновок (биотипы 1, 2) имела близкие в-, г-, щ- глиадины, различия сопряжены с экспрессией в2, а также наличием слабого компонента щ42.

Таблица 1. Белковые формулы глиадина яровой мягкой пшеницы

Изучение биотипного состава глиадина у сорта Воронежская20 позволило выявить у сорта 4 биотипа, при этом два из них относились к единичным. Типичные биотипы (1 и 2) имели одинаковые б и в компоненты. Различия в г глиадинах обусловлены экспрессией 4 компонента. Установлено, что в щ зоне различия связаны с субкомпонентами щ34679. Важно отметить, что отличительной особенностью биотипов сорта Воронежская20 от ранее проанализированных сортов является то, что всем биотипам Воронежской20 присуще наличие сильных компонентов в252 г32 и ослабленного г5, а также слабых сдвоенных г2.

Электрофорез запасного белка яровой твердой пшеницы Воронежская13 позволил определить, что этот сорт является однородным и представлен одной белковой формулой.

Заключение

Электрофоретический анализ глиадинов, являясь на современном этапе наиболее доступным для селекционеров и в то же время высокоинформативным методом углубленного изучения ряда маркерных генов, может быть пригоден не только для сортовой идентификации, но и служить надежным инструментом в контроле однородности, отличимости и стабильности в системе сортоиспытания и сохранения сортов в процессе первичного и элитного семеноводства. Этот механизм может быть осуществлен следующим образом. Для обеспечения полного и идентичного сохранения генетического состава сортовой популяции в процессе семеноводства необходимо каждый сорт перед включением в Госреестр раскладывать на основные биотипы и при производстве оригинальных и элитных семян контролировать сохранение биотипного состава сортов.

Список литературы

1. Губарева Н.К., Гаврилюк И.П., Конарев А.В. Идентификация сортов сельскохозяйственных культур по электрофоретическим спектрам запасных белков/Аграрная Россия. 2015.- №11.-с.21-26.

2. Конарев В.Г. Белки растений как генетические маркеры. М.: Колос, 1983. 320с.

3. Конарев В.Г., Гаврилюк И.П., Губарева Н.К. Способ сортовой идентификации зерна и муки. авт. свид.№507271. Заявка 1 сентября 1972г.опубл.11 ноября 1975. Бюл. №11.1975.

4. Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции.-М.:Наука ,1985.-272с.

5. ISTA Rules.1986. 354 с.

1.Gubareva N. K., Gavrilyuk I. P., Konarev A.V. Identification of crop varieties by electrophoretic spectra of spare proteins/agrarian Russia.2015.- №11.- p. 21-26.

2. Konarev V. G. plant Proteins as genetic markers.M.:Kolos,1983.320 p.

3. Konarev V. G., Gavrilyuk I. P., Gubareva N. K. Method of varietal identification of grain and flour. Auth.UD.No. 507271. Application September 1, 1972 publ.November 11, 1975.Bul.No. 11.1975.

4. Sozinov A. A. protein Polymorphism and its importance in genetics and breeding.- Moscow: Science, 1985.-272 p.

5. ISTA Rules.1986. 354 p.

Аннотация

Приведены результаты изучения внутрисортового полиморфизма у трех сортов яровой мягкой пшеницы и одного сорта яровой твердой пшеницы. Электрофорез отдельных зерен показал, что яровая твердая пшеница была однородной, а сорта яровой мягкой пшеницы в свой состав включали от 4 до 5 глиадиновых биотипов. Для обеспечения полного и идентичного сохранения генетического состава сортовой популяции в процессе семеноводства необходимо контролировать сохранение биотипного состава сортов.

Ключевые слова: сорт, электрофорез, глиадин, фракции белка, экспрессия, компонент.

The results of the study of port polymorphism in three varieties of spring soft wheat and one variety of spring durum wheat are presented. Electrophoresis of single grains showed that spring hard wheat were homogeneous, and the following varieties of spring soft wheat in its composition included 4 to 5 gladinova biotypes. To ensure the full and identical preservation of the genetic composition of the varietal population in the seed production process, it is necessary to control the preservation of the biotype composition of varieties.

Key words: variety, electrophoresis of the gliadin fraction of the protein, the expression of the component.

Размещено на Allbest.ru