Генетичне поліпшення якості пшениці

У відділі генетичних основ селекції автором дисертації був розроблений та впроваджений в практику генетичного аналізу ознаки якості зерна та якості генетичного і селекційного матеріалу пшениці новий метод седиментації ціломолотого зерна (шроту) або борошна (30 або 70% виходу) з попереднім автолізом та наступною седиментацією в середовищі з додецилсульфатом натрію (SDS). Метод має дві технічні модифікації і отримав назву SDS-30 (SDS-30К) у зв'язку з його особливістю - тривалістю автолізу шроту (борошна) на протязі 30 хвилин в специфікованих методом умовах, та седиментацією в SDS-середовищі.

Метод SDS-30 (SDS-30К) успішно пройшов міжнародну експертну оцінку (Деклараційний патент № 17023, МПК (2006) А01Н 1/04, пріоритет від 15.09.2006 р.).

Автоматичний прилад з програмним управлінням для визначення індексу седиментації за методом SDS-30 (SDS-30К) у генетичних (селекційних) ліній та сортів пшениці.

Випробовування протягом чотирьох останніх років показали, що метод SDS-30 (SDS-30К) значно надійніший за інші відомі методи седиментації. Він показав високу відтворюваність результатів аналізу та найвищу корелятивну залежність (r=0,92) з «силою» борошна пшениці (W) та індексом еластичності тіста (Іе).

Автором цієї дисертації у співробітництві з інженером одеської фірми "Квант" Г.В. Покоєвим розроблений автоматичний прилад з програмним управлінням для седиментації за методом SDS-30 (SDS-30К) (рис. 7).

Генетична варіабельність за локусами Gli/Glu у насінництві сортів пшениці.В дисертації подано експериментально обґрунтовану точку зору автора на глобальну проблему, яка існує сьогодні в селекції та насінництві сортів пшениці в країнах пострадянського простору - проблему генетичної гетерогенності сортів пшениці за алельним складом Gli/Glu-локусів, яка тісно пов'язана з технологічністю сортів або здатністю їх борошна забезпечувати стабільні показники хлібопекарської якості.

Здійснено аналіз біотипового складу за алелями Gli/Glu-локусів найбільш розповсюджених комерційних сортів пшениці селекції СГІ. Запропонована та реалізована на практиці процедура усунення генетичної гетерогенності кількох кращих сортів пшениці в ланках системи первинного насінництва.

Спираючись на світовий досвід, враховуючи необхідність надійної ідентифікації сортів пшениці за алельним складом Gli/Glu-локусів, та необхідність захисту авторських прав, комерційний сорт пшениці України має бути представлений єдиним біотипом за алельним складом Gli/Glu-локусів.

Аналіз та узагальнення результатів досліджень. В заключному розділі у стислому вигляді викладено основні результати досліджень та загальні висновки, зроблені на основі цих досліджень. Подано коротку характеристику отриманого генетичного матеріалу і розроблених нових методів аналізу генетичного та селекційного матеріалу.

ВИСНОВКИ

В результаті дослідження генетичного контролю біосинтезу білків та крохмалю зерна визначено конкретні шляхи поліпшення хлібопекарської якості борошна пшениці, створено підґрунтя для розширення генетичного різноманіття за ознаками якості зерна в широкому розумінні цього поняття, впроваджено в селекцію новий генетичний матеріал та нові методи оцінки якості генетичного та селекційного матеріалу.

1. Локус Gli-B1, що кодує біосинтез гліадинів, розміщений в короткому плечі хромосоми 1В пшениці дистально центромери на відстані 41,6±2,47% кросинговеру. Різні умови вирощування рослин F1 на величину кросинговеру на впливали.

2. Спонтанна генетична рекомбінація шляхом кросинговеру між короткими плечами хромосоми 1В пшениці та 1R жита в сегменті, фланкованому центромерою та гомеолокусами Gli-B1 та Sec-1, відсутня.

3. Визначення N-термінальної послідовності індивідуальних білків-гліадинів, які входять до складу алельного „блоку” електрофоретичних компонентів, що успадковуються у тісному зчепленні, свідчить про складний мультигенний контроль біосинтезу цих білків в ендоспермі пшениці. N-термінальні послідовності індивідуальних поліпептидів в межах „блоку” щ-гліадинів та б-гліадинів суттєво відрізняються, що вказує на різницю в молекулярній організації відповідних, кодуючих біосинтез цих груп білків, мультигенних локусів.

4. Ефективність дискримінації генетичних ліній і сортів пшениці та їх ідентифікації, інформативність дослідження генетичного поліморфізму клейковинних білків та особливостей їх генетичного контролю значно підвищуються з використанням двомірного електрофорезу клейковинних білків зерна пшениці.

5. Основною причиною негативного впливу локусу Sec-1 жита на якість борошна пшениці є розчинність білків жита секалінів у воді та їх неспроможність утворювати з клейковинними білками пшениці нерозчинні у воді високополімерні комплекси.

6. Генетичний поліморфізм за алельним складом ізоамілаз зерна пшениці розширює можливості ідентифікації сортів пшениці та пов'язаний з деякими її ознаками, такими як мутантний зморшкуватий ендосперм, конкурентна здатність гамет, особливості проростання зерна.

7. Чужорідні Gli/Glu-алелі, інтрогресовані в геном культурної пшениці від генетично близьких дикорослих видів-співродичів, здатні як негативно, так і позитивно впливати на показники хлібопекарської якості пшениці. До того ж, характер негативного впливу цих алелів на якість борошна пшениці не узгоджується з відомою для культурної пшениці залежністю між вмістом білка в зерні та показниками хлібопекарської якості борошна.

8. Чужорідна генетична варіабельність здатна суттєво (рівень екстра-soft) впливати на консистенцію ендосперму зерна пшениці. Як результат інтрогресії в геном пшениці оригінального алеля На від генетично близького до пшениці дикоростучого співродича егілопсу Ae. tauschii створено перший в Україні сорт екстра-м'якозерної пшениці кондитерського напряму використання.

9. Генетично близькі до пшениці дикорослі види-співродичі, донори геному D, такі як Ae. tauschii, Ae. ventricosa, Ae. сylindrica є перспективним джерелом розширення генетичного різноманіття та збагачення культурної пшениці за ознаками якості зерна.

10. Генетичні видові розбіжності пшениці та ячменю обмежують можливість радикального поліпшення харчової цінності борошна пшениці за рахунок цінних харчових компонентів ячменю (в-глюканів, токолів та проантоціанидинів). Запропоновано та обґрунтовано ідею дослідження генетики ознак якості борошна цих двох культур та гармонійного їх поєднання шляхом взаємоузгодженої селекції голозерного ячменю та хлібопекарської пшениці.

11. Розроблені і впроваджені в практику генетичного аналізу та в систему оцінки генетичного та селекційного матеріалу методи міні-електрофорезу клейковинних білків, двоетапної SDS-седиментації дозволяють суттєво розширити можливість вивчення генетичного і селекційного матеріалу пшениці за показниками якості зерна, підвищити результативність і продуктивність оцінки генетичного та селекційного матеріалу.

12. Установлені генетичні та селекційні критерії, які необхідно враховувати при створенні сортів пшениці технічного спирто-дистилятного використання з високою ефективністю трансформації крохмалю зерна в етиловий спирт для індустріального виробництва біоетанолу.

13. Створений оригінальний генетичний матеріал відкриває можливості для нових напрямів селекції в Україні сортів пшениці спеціального використання: екстра-сильної пшениці, кондитерської, пшениці ваксі, пшениці з підвищеною харчовою цінністю, пшениці технічного використання.

14. Генетична одноманітність сорту пшениці за алельним складом Gli/Glu-локусів є запорукою його технологічної стабільності, забезпечує можливість його ефективної ідентифікації, визначення генетичної чистоти та захисту авторських прав. Комерційний сорт пшениці повинен бути представленим одним біотипом за алельним складом Gli/Glu- локусів.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

Для ідентифікації генетичних ліній, селекційних ліній та сортів пшениці за алельним складом локусів Gli-1, Gli-2, Glu-1, Glu-3 та потенціалом високої якості зерна слід використовувати методи одномірного повноформатного або міні-електрофорезу, комбінуючи їх, у разі необхідності більш точного аналізу, з двомірним електрофорезом.

Для експрес-аналізу за якістю зерна генетичних та селекційних ліній, сортів пшениці, високоякісних генотипів в селекційних популяціях ранніх поколінь добору рекомендується використовувати розроблений нами ефективний метод двоетапної седиментації SDS-30.

З метою розширення генетичної варіабельності селекційних популяцій пшениці за ознаками якості зерна рекомендуємо використовувати в схрещуваннях колекцію генетичних лінії, створених нами в результаті віддалених схрещувань. Ці лінії рекомендуємо використовувати в якості батьківського компоненту (джерело пилку).

З метою інтрогресії в геном культурної пшениці екзотичних Gli/Glu-алелів, що здатні позитивно впливати на показники хлібопекарської якості, необхідно використовувати в схрещуваннях з сортами культурної пшениці її генетично близькі співродичі, особливо егілопси - донори геному D.

Для прискореного створення цінного селекційного матеріалу при віддалених схрещуваннях та з метою зниження частоти передачі цитогенетичних дефектів в поколіннях гібридів, в другому (ВС2) та наступних беккросах в якості материнського компоненту слід використовувати рекурентний сорт пшениці.

Найбільш перспективними дикоростучими видами-співродичами, які здатні поліпшити генетичний потенціал культурної пшениці за якістю зерна, слід рекомендувати види егілопсів Ae. taushii (DD), Ae. cylindrica (CCDD) та дикорослої пшениці T. dicoccoides.

Штучні амфіплоїди-синтетики (AABBDD) слід вважати найбільш перспективною формою використання генетичного потенціалу егілопсу Ae. taushii в прямих схрещуваннях з пшеницею та без необхідності використання техніки „embryo rescue”.

При віддалених схрещуваннях з метою спрощення техніки маніпулювання гібридами (рослини F1) з надто жорстким колосом рекомендуємо висаджувати колосся в ґрунт без обмолоту. Найбільш практичним показником успішного віддаленого схрещування вважаємо кількість рослин, що вижили в польових умовах, на 100 висіяних колосів F1.

Для експрес-аналізу великих (6000-10000 особин) популяцій гібридів при віддалених схрещуваннях з метою ідентифікації алелів Gli/Glu-локусів слід використовувати розроблені нами методи міні-електрофорезу.

З метою створення технологічно стабільних сортів пшениці високої якості, максимального спрощення їх ідентифікації та з метою захисту авторських прав на сорти окремий комерційний сорт пшениці повинен бути представлений одним біотипом за алельним складом Gli/Glu-локусів.

Для ефективної селекції сортів пшениці технічного використання з високою ферментабільністю для виробництва біоетанолу слід використовувати генетичний матеріал з наступними критеріями якості: висока зернова продуктивність, низька хлібопекарська якість борошна, низький вміст білка в зерні, висока поживна якість білка, високий вміст крохмалю в зерні, високий процент зруйнованих крохмальних гранул при помелі зерна, високий вміст крохмальних гранул типу D, нульовий вміст амілози в крохмалі, екстра-м'який тип консистенції ендосперму, високий вихід етанолу на 100 г крохмалю.

В програмах з селекції пшениці високоурожайні селекційні лінії, які не відповідають вимогам задовільної хлібопекарської якості борошна, слід розглядати як перспективний селекційний матеріал для використання в програмах зі створення сортів пшениці технічної якості для виробництва біоетанолу.

Для ефективної селекції сортів кондитерського напряму слід використовувати створений нами генетичний матеріал від віддалених схрещувань та систему показників для оцінки кондитерських якостей селекційних ліній пшениці. Перелік показників наведений у рукописі дисертаційної роботи.

Критичним показником, який лімітує показники хлібопекарської якості сучасних високопродуктивних сортів пшениці, є розтяжність тіста (L) та високий індекс співвідношення пружності тіста до розтяжності P/L. З метою послаблення цього недоліку рекомендуємо використовувати в селекційних програмах генетичні донори специфічних алелів Glu-1- локусу, походженням як від сортів-донорів, так і створених нами інтрогресивних ліній.

Місцевий дикорослий егілопс Ae.cylindrica за нашими даними є одним з найбільш цінних та перспективних джерел генетичної варіабельності для поліпшення сортів пшениці за якістю та іншими селекційно-цінними ознаками.

Для швидкої ідентифікації генотипів пшениці ваксі (потрійних рецесивів за локусами Wx) рекомендуємо використовувати розроблений нами експрес-метод фарбування крохмалю в пробірці без використання мікроскопа.

В селекції пшениці на якість борошна та ефективну стійкість проти стеблової іржі рекомендуємо використовувати створений нами генетичний матеріал на базі проміжних рекомбінантних дітелосомних ліній dt1BL”(Gli-B1null + Glu-B1 77+8).

ПЕРЕЛІК НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Созинов А.А. Гибридологический и моносомный анализ глиадинов у сортов пшеницы / А.А. Созинов, А.Ф. Стельмах, А.И. Рыбалка // Генетика. - 1978. - Т.14. - №11. - С. 1955-1967 (особиста участь здобувача 40% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

2. Рыбалка А.И. Картирование локуса Глд-1В, контролирующего синтез запасных белков пшеницы / А.И. Рыбалка, А.А. Созинов // Цитология и генетика.- 1979. - Т.13. - № 4. - С. 276-282 (особиста участь здобувача 90% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

3. Рыбалка А.И. Генетический анализ бета-амилазы зерна пшеницы / А.И. Рыбалка, А.А. Созинов // Генетика. - 1980. - Т. 16. - № 6. - С. 1059-1067 (особиста участь здобувача 90% - виконання дослідів, аналіз результатів, написання статті).

4. Рыбалка А.И. R-глиадины - проламины ржи, синтезирующиеся в эндосперме пшеницы / А.И. Рыбалка, Д.Д. Казарда, А.А. Созинов // Сельскохозяйственная биология. - 1985. - № 2. - С. 34-42 (особиста участь здобувача 80% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

5. Наследование и картирование генов хромосомы 1А пшеницы, которые кодируют синтез запасных белков / Т.А. Собко, Ф.А. Попереля, А.А. Созинов, А.И. Рибалка // Цитология и генетика. -1986. - Т.20. - № 5. - С.372-376 (особиста участь здобувача 40% - методична допомога, аналіз результатів, підготовка рукопису).

6. Рыбалка А.И. Генетический анализ альфа-амилазы зерна пшеницы / А.И. Рыбалка, О.П. Боделан, Н.А. Литвиненко // Генетика. - 1989. - Т. 25. - № 12. - С. 2187-2198 (особиста участь здобувача 70% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

7. Рыбалка А.И. Цитогенетика гибридов F4 от скрещивания пшеницы сорта Обрий с амфиплоидом Авролата (ААВВUU, 2n = 42) / А.И. Рыбалка // Научно-технический бюллетень ВСГИ. - 1989. - Т.4. - № 74. - С. 22-25.

8. Рыбалка А.И. Хромосомная инженерия и проблема исходного материала для селекции пшеницы / А.И. Рыбалка // Сборник научных трудов ВСГИ „Генетико-физиологические основы селекции мягкой пшеницы” - 1991. - С. 30-39.

9. Интрогрессия генов, кодирующих биосинтез белков от отдаленных видов в пшеницу, и их влияние на качество пшеницы / А.И. Рыбалка, А.Н. Хохлов, С.В. Вовчук, О.П. Боделан // Цитология и генетика. - 1993. - Т. 27. - № 3. - С. 7-14 (особиста участь здобувача 70% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

10. Сиволап Ю.М. Молекулярно-генетический анализ интрогрессии чужеродного генетического материала в геном T. аestivum / Ю.М. Сиволап, С.В. Чеботарь, А.И. Рыбалка // Цитология и генетика. - 1995. - Т.29. - № 2. - С. 37-40 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, консультативна допомога).

11. Бабаянц Л.Т. Нове джерело стійкості пшениці до основних хвороб / Л.Т. Бабаянц, О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд // Збірник наукових праць СГІ. - 1996.- С. 110-116 (особиста участь 70% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, консультативна допомога, підготовка рукопису).

12. Створення гібридів озимої м'якої пшениці з Aegilops cylindrica, їх вивчення та перспективи використання / О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд, Ю.М. Карпюк, О.М. Хохлов, О.І. Нагуляк // Цитология и генетика. - 1997. - Т. 31. - № 4. - С. 45-51 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

13. Інтрогресивні лінії пшениці з генами від егілопсів і однозернянки та можливість їх використання в селекції / С.П. Лифенко, Т.М. Коваль, О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд // Цитология и генетика. - 1998. - Т. 32. - № 6. - С. 48-53 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, консультативна допомога, редагування рукопису).

14. Зібарова І.В. Аналіз виходу регенерантів при культивуванні пиляків інтрогресивних форм пшениці / І.В. Зібарова, C.О. Ігнатова, О.І. Рибалка // Цитология и генетика. - 1998. - Т. 32. - № 6. - С. 73-77 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, підготовка рукопису).

15. Коваль Т.М. Створення оригінальних генотипів озимої м'якої пшениці як вихідного матеріалу для селекції / Т.М. Коваль, Д.В. Аксельруд, О.І. Рибалка // Збірник наукових праць СГІ. - 1999. - Вип.1(41). - С.11-16 (участь здобувача 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, написання статті).

16. Ukrainian wheat pool / M. Litvinenko, S. Lyfenko, O. Rybalka, F. Poperelya, L. Babajantz, A. Palamartchuk // The World Wheat Book - A Hystory of Wheat Breeding. - Ed. A. Bonjean, W. Angus. - Limagrain. - 2001. - Р. 351-377 (особиста участь здобувача 70% - збір та систематизація матеріалу, підготовка рукопису, переклад на англійську мову, організаційна робота).

17. Гібриди Aegilops cylindrica Host. з Triticum durum Desf. та Triticum aestivum L. / В.І. Авсєнін, І.І. Моцний, В.І. Файт, О.І. Рибалка // Цитологія та генетика. - 2003. - Т. 37. - № 1. - С.11-17 (особиста участь здобувача 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

18. Нагуляк О.І. Морозостійкість ліній пшениці від віддалених схрещувань з різними генетичними формулами запасних білків / О.І. Нагуляк, О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд // Збірник наукових праць СГІ - НАЦ НАІС. - 2004. - Вип. 5(45). - С. 168-174 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

19. Рибалка О.І. Чи існує проблема хлібопікарського тритикале? / О.І. Рибалка, М.В. Червоніс, М.Г. Парфентьєв // Збірник наукових праць СГІ - НАЦ НАІС. - 2004. - Вип. 6 (46). - С. 239-246 (особиста участь здобувача 70% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, підготовка рукопису).

20. Рибалка О.І. Які характеристики повинно мати борошно для бісквітів? Вплив твердозерності та біохімічного складу борошна на якість бісквітів / О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд // Збірник наукових праць СГІ - НАЦ НАІС. - 2004. - Вип. 6 (46). - С. 247-253 (особиста участь здобувача 80% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, підготовка рукопису).

21. Молекулярно-генетичні й технологічні особливості озимого тритикале сорту Папсуєвське / Ю.М. Сиволап, О.В. Галаєв, О.І. Рибалка, В.Д. Тищенко // Вісник аграрної науки. - 2005. - №5. - С.43-46 (особиста участь здобувача 30% - виконання досліджень, аналіз результатів, редагування рукопису).

22. Рибалка О.І. Пшениці ваксі з унікальними властивостями крохмалю: можливі напрями її використання / О.І. Рибалка, М.В. Червоніс, І.Г. Топораш // Хранение и переработка зерна. - 2005. - №7. - С.24-28 (участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

23. Идентификация Wx-генотипов среди сортов озимой мягкой пшеницы / И.В. Петрова, С.В. Чеботарь, А.И. Рыбалка, Ю.М. Сиволап // Цитология и генетика. - 2007. - Т. 41. - № 6. - С.11-17 (особиста участь 40% - створення генетичного матеріалу, консультативна допомога, редагування рукопису).

24. Оптимізація електрофотометричного визначення вмісту амілози в зерновому крохмалі селекційного матеріалу пшениці / І.В. Петрова, С.В. Чоботар, О.І. Рибалка, Ю.М. Сиволап // Збірник наукових праць СГІ - НАЦ НАІС. - 2007. - Вип. 9(49). - С.140-149 (особиста участь здобувача 50% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редакція рукопису).

25. Рибалка О.І. Генетичне різноманіття пшениці у створенні сортів для виробництва біоетанолу / О.І. Рибалка, М.В. Червоніс, М.А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. - 2007. - № 9. - С.32-36 (особиста участь здобувача 80% - створення генетичного матеріалу, методична розробка, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка рукопису).

26. Рибалка О.І. Використання в селекції пшениці транслокації 1RS.1BL / О.І. Рибалка, М.А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. - 2007. - №12. - С.36-40 (особиста участь здобувача 90% - створення генетичного матеріалу, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка рукопису).

27. Рибалка О.І. Генетична гетерогенність сортів пшениці одеської селекції за алельним складом Gli/Glu-локусів / О.І. Рибалка, М.В. Червоніс, М.А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. - 2008. - № 2. - С.54-59 (особиста участь здобувача 70% - методична ідея, технічна розробка, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка матеріалу до опублікування).

28. Рибалка О.І. Чужорідна генетична варіабельність у поліпшенні якості зерна пшениці // Цитология и генетика.- 2008.- Т. 42. - № 4. - С.18-26.

29. Рибалка О.І. Хлібопекарська якість тритикале / О.І. Рибалка, М.А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. - 2008. - №.5 - С.29-33 (особиста участь здобувача 90% - створення генетичного матеріалу, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка рукопису).

30. Рибалка О.І. Генетичний поліморфізм клейковинних білків зерна, пов'язаних з якістю борошна пшениці: методи ідентифікації / О.І. Рибалка, М.В. Червоніс, З.В. Щербина // Збірник наукових праць СГІ - НЦ НС. - 2007. - Вип. 10(50). - С.52-71 (особиста участь здобувача 80% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

31. Рибалка О.І. Використання пшениці ваксі для селекції сортів пшениці нового покоління / О.І. Рибалка, М.А. Литвиненко // Вісник аграрної науки. - 2008. - №.7. - С. 34-38 (особиста участь здобувача 90% - створення генетичного матеріалу, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка рукопису).

32. Рибалка О.І. Якість зерна ячменю: генетична методологія селекції / О.І. Рибалка // Збірник наукових праць СГІ - НЦ НС. - 2008. - Вип. 12(52). - С.76-95.

33. Рыбалка А.И. Цито-генетический эффект ржано-пшеничной транслокации, детектированной с помощью биохимического хромосомного маркера / А.И. Рыбалка // Матер. VI ботанической конф., 4-5 жовтня. - Киев. - 1979. - С.160-163.

34. Рибалка А.И. Генетический эффект локусов бета-амилазы на показатели продуктивности пшеницы / А.И. Рибалка, С.Г. Мусатов // Матер. VII ботанич.конф. 11-12 вересня 1980.- Киев. - 1980. - С. 323 (участь здобувача 80% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

35. Рыбалка А.И. Генетическая изменчивость аллелей бета-амилазы у экологически разных сортов пшеницы: значение для селекции / А.И. Рыбалка, C.Г. Мусатов // Матер. Всесоюз. конф. по экологии и генетике растений и животных. - 15-17 квітня 1981.- Кишинев. - 1981. - С. 61-62 (особиста участь здобувача 80% - виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

36. Рыбалка А.И. Генетика бета-амилазы и корреляции с признаками пшеницы / А.И. Рыбалка, А.А. Созинов // Материалы III Украинского съезда генетиков и селекционеров, 17-19 вересня 1981. - Одесса. - 1981. - С.175-176 (особиста участь здобувача 80% - ідея, виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

37. Рыбалка А.И. Структурная гомология глиадинов, которые кодируются локусами хромосом 6А и 6В / А.И. Рыбалка, Д.Д. Казарда, А.А. Созинов // Молекулярные механизмы генетических процессов: матер. V Всесоюз. симпозиума, 14-15 березня 1983.- Москва. -1983.- С.115-116 (особиста участь здобувача 60% -виконання дослідів, узагальнення отриманих даних, підготовка рукопису).

38. Генетический контроль альфа-амилазы зерна пшеницы / А.И. Рыбалка, А.А. Созинов, А.Н. Хохлов, А.М. Хейфец // Матер. V съезда генетиков и селекционеров України. - Киев. - 1986. - С.37-38 (участь здобувача 60% - виконання дослідів, узагальнення результатів, підготовка рукопису).

39. Rybalka A. Seed proteins genetic variability of wild relatives as a source for wheat quality improvement / А. Rybalka // 1-st Int. Crop Science Congress - 14-22 July. - Ames, Iowa, USA. - 1992. - Р. 39-40.

40. Интрогрессия в пшеницу генов, кодирующих белки клейковины от эгилопсов цилиндрика и умбеллюлата и их влияние на качество пшеницы / А.И.Рыбалка, А.Н. Хохлов, С.В. Вовчук, О.П. Боделан // Регулируемая генетическая изменчивость культурных растений: матер. І-го Укр. симпозиума по генетической инженерии, 1-3 квітня 1992.- Ялта - 1992. - С. 73 (участь здобувача 40% - виконання дослідів, узагальнення отриманих даних, підготовка рукопису).

41. Sivolap Yu.M. PCR, RELP and storage protein polymorphism in Triticeae / Yu.M. Sivolap, S.V.Chebotar, A.I. Rybalka // Plant Biotechnol. and Genet. Engineering: Int. Symp. - Kyiv. - 1994. - Р. 35 (особиста участь здобувача 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

42. Sivolap Yu.M. Molecular genetic analysis of introgression of alien genome fragments into wheat T. aestivum / Yu.M. Sivolap, S.V.Chebotar, A.I. Rybalka // II Int. Crop Science Congress. On the Status of Plant Genome Research. - San Diego, USA. - 1994. - Р. 85 (участь здобувача 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

43. Sivolap Yu.M. Inter- and intraspecies genetic polymorphism of Triticeae / Yu.M. Sivolap, S.V.Chebotar, A.I. Rybalka // III Int. Crop Science Congress. Plant Genome. - San Diego, USA. - 1995. - Р.77 (участь здобувача 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів).

44. Рибалка О.І. Оригінальна генетична мінливість генів від диких та культурних видів-співродичів пшениці та перспективи її використання в селекції / О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд // Молекулярно-генетичні маркери рослин: матер. конф., 11-13 липня 1996.- Київ. -1996. - С. 10 (особиста участь здобувача 70% - ідея, виконання дослідів, аналіз результатів, підготовка рукопису).

45. Сиволап Ю.М. Использование трех типов молекулярных маркеров (ПДРФ, ПЦР, запасных белков) для анализа меж- и внутривидовой изменчивости злаков / Ю.М. Сиволап, С.В. Чеботарь, А.И. Рыбалка // Актуальные проблемы биотехнологии в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии: матер. международ. конф., 17-19 мая 1997 г.- Москва, 1996.- С. 89 (участь здобувача 30% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів).

46. Rybalka A. Wild relatives and amphiploids in pre-breeding program of Plant Breeding and Genetics Institute, Odesa / A. Rybalka // Proc. of “Wheat Pre-Breeding Meeting”, 5-6-th April, Limagrain Agro-Industry, France, 2001.- Р.100-103.

47. ПЛР-аналіз алельного стану Wx-генів у сортів пшениці / І.В. Петрова, С.В. Чоботар, О.І. Рибалка, Ю.М. Сиволап // Фактори експериментальної еволюції організмів: Українське товариство генетиків та селекціонерів ім. М.І. Вавілова. - 2006. - С.127-132 (особиста участь 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

48. Контроль Wx-генов в процессе селекции при создании форм мягкой пшеницы с нулевым и низким содержанием амилозы / І.В. Петрова, С.В.Чеботарь, А.И. Рыбалка, Ю.М. Сиволап // Досягнення і проблеми генетики, селекції та біотехнології: Українське товариство генетиків та селекціонерів ім. М.І. Вавілова.- Київ. - 2007. - 162-164 (особиста участь 40% - створення генетичного матеріалу, аналіз результатів, редагування рукопису).

49. А. с. 08101 Сорт озимої м'якої пшениці Оксана / О.І. Рибалка, Д.В. Аксельруд, О.П. Боделан, А. Бонжан.- № 01007013; заявл. 23.03.2001, опубл. 15.10.2001 (особиста участь здобувача 50% ).

50. А. с. 48580. Сорт озимой мягкой пшеницы Синтетик / И.В. Моторина, В.П. Нецветаев, А.И. Рыбалка, А.В. Петренко (Российская Федерация).- № 9705433; заявл. 25.11.2002; опубл. 14.09.2003 (особиста участь здобувача 25% ).

51. А. с. 49449. Сорт озимой мягкой пшеницы Богданка / Е.В. Коптева, В.П. Нецветаев, А.В. Петренко, А.И. Рыбалка, Л.Г. Смирнова (Российская Федерация).- № 9553372; заявл. 17.11.2004; опубл. 20.09.2005 (особиста участь здобувача 25% ).

52. Пат. 17023 Україна, МПК(2006) А01Н 1\04. Спосіб непрямої оцінки «сили» борошна - седиментація SDS-30 / О.І.Рибалка, М.В.Червоніс, М.Г. Парфентьєв, Д.В. Аксельруд; заявник і патентовласник Селекційно-генетичний інститут; заявл. 06.02.2006 р., опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9 від 15.09.2006 (особиста участь здобувача 70% - ідея, виконання досліджень, аналіз результатів, підготовка матеріалу до патентування).

53. Пат. 4185 Российская Федерация. Селекционное достижение. Пшениця мягкая озимая Синтетик / И.В. Моторина, В.П. Нецветаев, А.В. Петренко, А.И. Рыбалка; заявитель и патентообладатель Белгородский НИИСХ.- № 9705433; заявл. 25.11.2002; опубл. 01.08.2004, Бюл. 33 (особиста участь здобувача 25% ).

54. Пат. 4186 Российская Федерация. Селекционное достижение. Пшениця мягкая озимая Богданка / Е.В. Коптева, В.П. Нецветаев, А.В. Петренко, А.И. Рыбалка, Л.Г. Смирнова; заявитель и патентообладатель Белгородский НИИСХ, Белгородський государственный университет .- № 9553372; заявл. 17.11.2004 ; опубл. 01.08.2006, Бюл. 39 (ІІ ч.) (особиста участь здобувача 25% ).

Анотація

Рибалка О.І. „Генетичне поліпшення якості пшениці” - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика. - Селекційно-генетичний інститут - Національний центр насіннєзнавства та сортовивчення, Одеса, 2009.

Виконано комплекс генетичних, цитогенетичних, біохімічних, технологічних та польових дослідів для поглибленого вивчення генетичної природи ознаки якості зерна пшениці та можливості її поліпшення за рахунок впровадження в селекційний процес ще невикористаної генетичної мінливості на рівні хромосомних транслокацій, мутацій, рекомбінантних генотипів, чужорідних генів та трансгенних модифікацій.

Вперше виконано картування локусу Gli-B1 на хромосомі 1В пшениці з використанням оригінального телосомічного методу, чим було започатковано серію досліджень з картування множинних локусів Gli/Glu пшениці.

Здійснено характеристику індивідуальних білків за спектром пептидів та первинною N-термінальною послідовністю амінокислот.

Проведено широкомасштабні дослідження з інтрогресії в геном пшениці екзотичних Gli/Glu-алелів від дикоростучих співродичів пшениці та вперше отримано доказ можливості поліпшення показників якості борошна пшениці за рахунок генетичної плазми дикоростучих видів.

Досліджено ключові генетичні системи, які кодують синтез амілолітичних ферментів зерна, синтез крохмалю та контролюють консистенцію зерна пшениці. На цій основі створено новий генетичний матеріал для селекційного використання та започатковано нові напрями селекції сортів пшениці екстра-високої якості борошна, сортів кондитерського та технічного використання спирто-дистилятного напряму для виробництва біоетанолу.

Розроблено та впроваджено в практику селекційно-генетичних досліджень нові методи електрофоретичного аналізу та експрес-оцінки якості борошна генетичного та селекційного матеріалу пшениці.

Ключові слова: білки клейковини, Gli/Glu-алелі, якість борошна, інтрогресія, амілази, пшениця ваксі, трансгени, електрофорез.

Рыбалка А.И. „Генетическое улучшение качества пшеницы” - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Селекционно-генетический институт - Национальний центр семеноведения и сортоизучения, Одесса, 2009.

Выполнен комплекс генетических, цитогенетических, биохимических, технологических и полевых исследований, целью которых является углубленное изучение генетической природы признака качества зерна пшеницы и возможности его улучшения за счет включения в селекционный процесс ранее неиспользуемой генетической изменчивости на уровне хромосомных транслокаций, мутаций, рекомбинантных генотипов, чужеродных генов и трансгенных модификаций.

Впервые осуществлено картирование локуса Gli-B1 на хромосоме 1В пшеницы с использованием оригинального телосомного метода, что положило начало серии исследований по картированию множественных локусов Gli/Glu.

Охарактеризованы индивидуальные белки по спектрам пептидов и первичной N-термінальной последовательности аминокислот.

Проведены широкомасштабные исследования по интрогрессии в геном пшеницы экзотических Gli/Glu-аллелей от дикорастущих сородичей пшеницы и впервые получены доказательства возможности улучшения показателей качества муки пшеницы за счет генетической плазмы дикоростущих видов.

Изучены ключевые генетические системы, кодирующие синтез амилолитических ферментов зерна, синтез крахмала, консистенцию зерна пшеницы. На этой основе создан новый генетический материал для селекционного использования и предложены новые направления селекции сортов пшеницы екстра-высокого качества муки, сортов кондитерского и технического использования спирто-дистиллятного направления для производства биоэтанола.

В процессе работы разработаны и внедрены в практику селекционно-генетических исследований новые методы электрофоретического анализа и експресс-оценки качества муки генетического и селекционного материала пшеницы.

Ключевые слова: белки клейковины, электрофорез, Gli/Glu-аллели, качество муки, интрогрессии, амилазы, пшеница вакси, трансгены.

Оlexandr I. Rybalka “Genetic improvement of wheat quality” - Manuscript.

The thesis for scientific degree of Doctor of Biology by specialty 03.00.15 - genetics. - Plant Breeding and Genetics Institute - National Centеr of Seed and Cultivar Investigation, Odesa, 2009.

Experimental and theoretical materials concerning of genetics research of seed proteins related to quality in wheat are presented. Wheat grain storage proteins and enzymes were studied in terms of their genetic determination by multiple complex loci and their alleles.

Comprehensive genetic approaches like gene mapping, N-terminal amino acid single protein sequencing, gene recombinations, chromosome translocations, single point mutants, transgenes and wild species gene introgressions were used for wheat quality improvement in different ways of grain end-use: extra-strong wheat, biscuit wheat, black-wheat, waxy-wheat, industrial distillation for bioethanol production.

Here are several pioneer research such as Gli-B1 gene locus mapping on the short arm of chromosome 1B, single protein sequence coding for the “block” gene-clusters, original experimental base for the negative influence of rye storage proteins (locus Sec-1) on the translocated 1RS.1BL wheat varieties dough rheology, study of the efficiency of starch to bioethanol transformation in wheat were developed.

Two-dimensional (2D) electrophoresis of storage proteins was applied as an effective high resolution tool to reveal the genetic variability of Gli-1 and Gli-2 loci among the cultivated wheat varieties. 2D-electrophoresis allows us to discriminate as much as twice increased number of protein bands in comparison with one-dimensional electrophoresis. Many gliadin bands appeared as homogeneous under one-dimensional PAGE were split into several single bands under 2D-PAGE.

2D-PAGE approach for separation of gliadin protein of wheat cultivars possessed with 1RS.1BL centric translocation revealed that rye storage protein secalin, coded by the locus Sec-1, are readily dissolved from wheat flour just with water alone. Such a high solubility of rye storage proteins are being synthesized in wheat endosperm explains the reason of negative influence of rye storage proteins on wheat bread-making quality.

The new original genetic variability for the Gli/Glu-loci such as spontaneously over-expressed locus Glu-B1 77+8, single-point mutant locus Glu-A1 2*b, transgenic over-expression of the HMW-glutenin subunits 1Dx5 and 1Ax2*, the array of the original single Gli/Glu-locus introgressions from wild relatives to wheat genome, engineered 1RS.1BL centric wheat-rye translocation were studied or introduced to wheat breeding program of the Plant Breeding and Genetics Institute.

The chapter YIII presents the original research aimed on introgression of the exotic Gli/Glu-alleles from wild species like Ae. taushii, Ae. cylindrica, Ae. ventricosa and some other D-genome donors to cultivated wheat genome. The majority of the transferred to cultivated wheat exotic Gli/Glu-alleles were found with negative effects on bread-making quality. But some of them resulted in apparently positive, or even strong positive effects on bread-making properties.

The original allele of the Ha-locus transferred to wheat from Ae. tauschii has been released in wheat interspecific lines with extra-soft endosperm texture. One of the advanced extra-soft endosperm textured breeding line with excellent agronomic performance was involved into State wheat variety trials and listed in Ukraine as the first national extra-soft wheat standard of biscuit end-use.

Theoretical background of wide crosses aimed on cultivated wheat quality improvement by exotic Gli/Glu-alleles genetic manipulation was reviewed.

Several original approaches for wheat quality improvement were developed on the base of the use of Wx-genes and there combination with Gli/Glu-alleles of positive effect on bread-making quality, further recombination of the repaired 1RS.1BL wheat-rye centric translocation by the intermediate use of telosomic 1BL to introduce the strongest positive for bread-making quality allele Glu-B1 77+8 into the long 1BL chromosome arm.

The new advanced laboratory methods widely recognized as an important way of the progress in genetic studies. Several considerably modified or newly developed laboratory procedures were applied for quality related genetic research. The mini-SDS-PAGE and mini-Acid-PAGE were developed and applied for the large scale screening of plant populations from wild crosses. This approach allowed us to screen the large size (8000-10000 genotypes yearly) of wide crosses segregating hybrid populations. As a result to identify and select particularly rare segregating genotypes in hybrid population with desired exotic Gli/Glu-alleles derived from wild relatives of cultivated wheat.

The newly developed two-stage SDS-30 (SDS-30K) sedimentation procedure was found as the best and the most reliable way (in comparison with either Zeleny or SDS by Axford) for bread-making quality express-analysis of genetic and breeding lines of wheat. The SDS-30 (SDS-30K) procedure has been successfully applied into genetic research and wheat quality evaluation in breeding practice.

The genetic and breeding aspects of starch to bioethanol transformation in wheat were also studied to develop the genetic background for breeding of wheat cultivars with high fermentability for industrial bioethanol production end-use.

Some important genetic and breeding criteria such as starch quality parameters, starch granule size, determined by the Ha and Wx loci were found as critical for efficiency of starch to bioethanol transformation in wheat.

Key words: gluten proteins, electrophoresis, Gli/Glu-alleles, flour quality, introgression, amylases, waxy-wheat, transgenes.

Размещено на Allbest.ru