Компонентный состав запасных белков образцов диких таксонов гороха

УДК 582.736.3:57.063.7:577.11

Т.Н. Селихова, кандидат биологических наук С.В. Бобков, кандидат сельскохозяйственных наук Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур

КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ ОБРАЗЦОВ ДИКИХ ТАКСОНОВ ГОРОХА

Исследованы электрофоретические спектры запасных белков диких таксонов гороха. Описан компонентный состав спектров, необходимый для идентификации биохимических маркеров интрогрессивных аллелей хозяйственно-ценных признаков. По методу UPMGA проведен кластерный анализ и построена дендрограмма. На дендрограмме с высоким уровнем индекса бутстрепа (ИБ=99,3%) выделились два кластера. Распределение образцов P. fulvum И609881, И609885 и 2523, а также 6070 по разным кластерам указывало на гетерогенност вида и возможност древних межвидовых интрогрессий. Различия между образцами P. fulvum необходимо учитывать при проведении межвидовой гибридизации. Ключевые слова: горох, Pisum L., дикий таксон, Р. sativum, P. fulvum, вид, подвид, образец, запасные белки, электрофорез, белковый компонент, кластерный анализ, UPMGA.

В настоящее время электрофорез запасных белков применяют, в основном, для идентификации генотипов и изучения исходного селекционного материала культивируемого подвида гороха [1, 2]. Однако дикие таксоны гороха характеризуются значительной генетической вариабельностью и могут служить источниками новых хозяйственно-ценных аллелей.

Род Pisum L. состоит из 2 видов: Р. sativum L. -горох посевной, Р. fulvum Sibth. et Smith - горох красно-желтый. Вид Р. sativum L. представлен 6 подвидами: elatius (Bieb.) Schmalh., syriacum (Boiss. et Noe) Berger, abyssinicum (A. Br.) Berger, transcaucasicum Makash., asiaticum Govorov и sativum [3].

Повышенным интересом у исследователей пользу$тся вид P. fulvum. Образцы P. fulvum активно вовл$кают в программы гибридизации с культивиру$мым видом гороха Р. sativum для получ$ния интрогр$ссивных линий, устойчивых к патогенам и неблагоприятным факторам среды [4, 5, 6]. Интерес к диким подвидам Р. sativum как источнику хозяйств$нно-ц$нных признаков м$н$$ выраж$н. В сравнит$льных иссл$дованиях таксонов по составу компон$нтов запасных б$лков используют огранич$нно$ число образцов диких подвидов Р. sativum [7]. Генетическое разнообразие диких таксонов гороха практич$ски н$ использу$тся в с$л$кционном проц$сс$. Изуч$ни$ компон$нтного состава запасных б$лков диких образцов н$обходимо для ид$нтификации биохимич$ских марк$ров, которые послужат мощным инструментом в селекции гороха.

Цель исследований состояла в изучении эл$ктрофор$тич$ских сп$ктров запасных б$лков дикого вида P. fulvum и 5 диких подвидов гороха Р. sativum.

Electrophoretic spectra of storage proteins in wild taxa of pea were studied. Composition of protein bands necessary for identification of new alleles with agronomic value was described. Cluster analysis was conducted with use of UPMGA algorithm. Two clusters were determined on dendrogram with high (99.3%) level of bootstrap. Accessions of P. fulvum И609881, И609885 and 2523, 6070 were placed on different clusters. This fact pointed out on heterogeneity of species P. fulvum and probability of ancient interspecific introgressions. Differences between accessions have to take into consideration by conducting of interspecific hybridization.

Key words: pea, Pisum L., wild taxa, P. sativum, P. fulvum, species, subspecies, accession, storage proteins, electrophoresis, protein band, cluster analysis, UPMGA.

Матер иал и методика исследований

Объектом исследования служили образцы коллекции ВИР вида гороха P. fulvum (И609881, И609885, 2523, 6070) и подвидов P. sativum L. - elatius (1851, 2524, 3115, 4014), transcaucasicum (296, 2365, 2376, 3249, 3980), asiaticum (1923, 1974, 1975, 2645, 5322, 1915), abyssinicum (2759), syriacum (2521) - табл.

1. Исследовали запасные белки сортов и линий культивируемого подвида гороха sativum: Стабил (усатый тип листа, af), 102b (усатый тип листа, af), ПАП (многократно непарноперистый морфотип, aftl), ВИ 9402 (акациевидный морфотип, tl). Проводили изучение электрофоретических спектров запасных белков линии Рас-тип [8].

Экстрагировали и анализировали белки из 50 индивидуальных с$мян каждого пр$дставит$ля вида и подвида гороха.

Таблица 1 - Образцы дикого гороха коллекции ВИР

Вид, подвид Образец

Pisum sativum ssp.

transcaucasicum 296, 2365, 2376, 3249

elatius 1851, 2524, 2173, 3115, 3370, 4014

asiaticum 1915, 1923, 1974, 1975, 2645, 5322

syriacum 2521

abyssinicum 2759

Pisum fulvum 2523, 6070

Использован стандартный арбитражный метод ISTA для выделения и электрофоретического разделения белков семян двудольных [9].

Экстракция белков из муки индивидуальных семян проведена в течении 20 часов при температуре 3-4°С с помощью электродного буфера (Tris, глицин,

SDS), рН=8,3. После центрифугирования 10 мкл экстракта перенесили в ячейки планшеток для смешивания с равным объемом буфера нанесения (SDS, Tris-HCl, глицерин, Р-меркаптоэтанол, бромфеноловый синий). Концентрация разделяющего геля - 12,5%, концентрирующего - 5%. Для

проведения исследований использовали камеру для вертикального электрофореза белков VE-4 фирмы «Хеликон» и реактивы для SDS-PAGE электрофореза.

Анализ относительной подвижности компонентов образцов гороха проведен с использованием спектра сои сорта Ланцетная. В эксперименте использовали маркеры молекулярного веса фирмы SIGMA. Окраску компонентов спектра оценивали как: 1 - слабую, 2 -интенсивную и 3 - очень интенсивную.

Класт$рный анализ проводили с использовани$м программы TREECON по методу UPMGA [10]. В кач$ств$ вн$шн$й группы был использован сорт сои Ланцетная. Индексы бутстрепа (ИБ) рассчитывали для 1000 реплик.

Результаты и их обсуждение

При анализ$ с$мян иссл$дованных образцов из коллекции ВИР обнаружено большое число типов сп$ктров, различны$ по составу и инт$нсивности окрашивания компон$нтов. Во вс$х типах эл$ктрофор$тич$ских сп$ктров компон$нты

распределялись по 76 позициям «соевой» шкалы (от 5 до 104). Молекулярная масса компонентов варьировала от 17,5 до 97,4 xDa (рис. 1, рис. 2).

Рисунок 1 - Электрофоретический спектр белков образцов P. sativum L. подвидов: 1, 2 - elatius (2524); 3, 4 - asiaticum (2645); 5, 6 - abyssinicum (2759); 7, 8 - elatius (3115);

9, 10 - transcaucasicum (3249); 11, 12 - elatius (4014);

13, 14 - asiaticum

Рисунок 2 - Электрофоретический спектр белков образцов P. sativum L. подвидов: 1, 2 - transcaucasicum (296); 3, 4 -elatius (1851); 5, 6 - asiaticum (1915); 7, 8 - asiaticum (1923);

9, 10 - asiaticum

Образцы из коллекции ВИР И609881, И609885, 2523, 6070, 3115, 3980, 296, 1851, 1915, 1923, 1974, 1975, 2173, 2365, 2524, 2645, 2759, 3115, 3249, 4014, 5322, 2376, 2521 имели 26 одинаковых белковых компонентов. Они различались по

наличию/отсутствию 26-ти и интенсивности

окрашивания 16-ти компонентов (табл. 2).

Таблица 2 - Полиморфные компоненты запасных белков у образцов диких таксонов гороха

Тип полиморфизма Полиморфные компоненты

наличие/отсутствие 9 10 12 18 19 20 24 26 29 30 31 35 38 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 68 69 71

интенсивность окрашивания 5 6 7 8 13 14 15 16 21 22 23 27 28 32 33 54

Образцы P. fulvum 2523 и 6070 коллекции ВИР имели 57 одинаковых белковых компонентов и различались по наличию/отсутствию 6-го компонента и интенсивности окрашивания компонента 23. Следует отметить, что образцы 6070 и 2523 характеризовались наличием маркерных компонентов 18, 19.

Образцы P. sativum ssp. elatius (4014, 3115, 2524, 2173, 1851) имели 52 общих компонента и

различались по наличию/отсутствию 13-ти и инт$нсивности окрашивания 8-го и 48-го компонентов. В спектрах образцов подвидов asiaticum (1975) и abyssinicum (2759) вс$го ид$нтифицировано 58 компон$нтов разной инт$нсивности окрашивания. Образцы подвида asiaticum (1923, 1974, 2645, 5322, 1915) имели 51 одинаковый компонент и различались по наличию/отсутствию 8-го компон$нта и инт$нсивности окрашивания компон$нтов 31, 32, 33. В спектрах образца 2521 подвида syriacum ид$нтифицировано 63 б$лковых компон$нта. Образцы transcaucasicum (296, 2365, 2376, 3249, 3980) им$ли 44 одинаковых компон$нта и различались по наличию/отсутствию 17-ти и инт$нсивности окрашивания 5-ти компонентов (6, 7, 8, 21, 46).

В р$зультат$ обработки данных

эл$ктрофор$тич$ского разд$л$ния запасных б$лков по наличию/отсутствию компон$нтов была постро$на дендрограмма (рис. 3). На дендрограмме выделились два основных кластера. Устойчивость кластеров подтв$ржд$на высоким уровн$м инд$кса бутстр$па (ИБ=99,3%). Кластер культивируемых сортов и линий дополнили образцы вида P. fulvum И609881, И609885 и подвидов elatius 3115, transcaucasicum 3980, syriacum 2521. Второй обширный кластер сформировали образцы подвидов elatius, abyssinicum, transcaucasicum, asiaticum и дикого вида P. fulvum 2523 и 6070. Распределение образцов P. fulvum по разным класт$рам указывало на г$т$рог$нность вида и возможность древних межвидовых интрогрессий.

- Дендрограмма различий образцов диких таксонов P. sativum L. по компонентному составу запасных белков

Рисунок 3

Выводы

1. Исследованы электрофоретические спектры запасных белков диких таксонов гороха. Описан компон$нтный состав сп$ктров в $диницах относительной подвижности реперных компонентов спектра сои, необходимый для идентификации биохимических маркеров интрогрессивных аллелей хозяйственно-ценных признаков у гибридов гороха.

2. В результате обработки данных эл$ктрофор$тич$ского разд$л$ния запасных б$лков была построена дендрограмма. На дендрограмме с высоким уровнем индекса бутстрепа (ИБ=99,3%) выделились два кластера. Распределение образцов P. fulvum И609881, И609885, а также 2523 и 6070 по разным класт$рам указывало на г$т$рог$нность вида и возможность др$вних м$жвидовых интрогр$ссий. Различия между образцами P. fulvum необходимо учитывать при пров$д$нии м$жвидовой гибридизации.

Литер атур а

1. Gupta, A.J. Seed protein profiles and cultivar identification in garden pea (Pisum sativum L.) /

A.J. Gupta, Y.V. Singh, H.H. Ram // The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. - 2008. - V. 8. - № 3. -P. 283-287.

2. Nisar, M. First proteomic assay of Pakistani Pisum sativum L. germplasm relation to geographic pattern / M. Nisar, A. Ghafoor, M.R. Khan [et al.] // Генетика. - 2009. - T. 45. - № 7. - C. 920-925.

3. Макашева, Р.Х. Зерновые бобовые культуры / Р.Х. Макашева // Культурная флора СССР. - СПб.: Колос, 1979. - С. 45-49.

4. Fondevilla, S. Response of Micosphaerella pinodes in a germplasm collection of Pisum ssp. / S. Fondevilla, Avila C.M., Cubero J.I. [et al.] // Plant Breeding. - 2005. - V. 124. - P. 313-315.

5. Byrne, O.M. Genetic analysis of pod and seed resistance to pea weevil in a Pisum sativum x P. fulvum

interspecific cross / O.M. Byrne, D.C. Hardie, T.N. Khan [et al.] // Austral. J. Agricult. Res. - 2008. - V. 59. -P. 854-862.

6. Fondevilla, S. Confirmation that the Er3 gene, conferring resistance to Erysiphe pisi in pea, is a different gene from er1 and er2 genes / S. Fondevilla, J.I. Cubero, D. Rubiales // Plant Breeding. 2010.

7. Jha, S.S. Comparative study of seed protein profiles in the genus Pisum / S.S. Jha, D. Ohri // Biologia Plantarum. - 2002. - V. 45. - № 4. - P. 529-532.

8. Зеленов, А.Н. Паспорта доноров и источники селекционно-ценных признаков сельскохозяйственных культур. Горох (Pisum sativum L.). Формы с измененной архитектоникой листа / А.Н. Зеленов, В.Ю. Щетинин, И.В. Кондыков, В.Н. Уваров, А.М. Задорин, Г.А. Борзенкова, Е.Ф. Азарова, Т.С. Наумкина, С.В. Бобков, О.В. Уварова // Паспорта доноров и источники селекционно ценных признаков сельскохозяйствен-ных культур. Выпуск 9. - Орел. -2011. - 25 с.

9. Ид$нтификация сортов и р$гистрация г$нофонда культурных раст$ний по б$лкам с$мян /

В.Г. Конарев [и др.]; под ред. В.Г. Конарева. - СПб.: ВИР, 2000. - 186 с.

10. Van de Peer Y. TREECON for Windows: a software package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment / Y. Van de Peer, Y. De Wachter // Comput. Applic. Biosci. - 1994. - V. 10. - P. 569-570.

Вестник ОрелГ Ay

июнь

№3

2012

Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году

Учредитель и издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный Университет»_______________________________________________________

Редакционный совет:

Парахин Н.В. (председатель) Амелин А.В. (зам. председателя) Астахов С.М.

Белкин Б.Л.

Блажнов А.А.

Буяров В.С.

Гуляева Т.И.

Гу рин А.Г.

Дегтярев М.Г.

Зотиков В.И.

Иващук О.А.

Козлов А.С.

Кузнецов Ю.А.

Лобков В.Т.

Лысенко Н.Н.

Ляшук Р.Н.

Мамаев А.В.

Масалов В.Н.

Новикова Н.Е.

Павловская Н.Е.

Попова О.В.

Прока Н.И.

Савкин В.И.

Степанова Л.П.

Плы1гун С. А.

Адрес редакции:

302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69.

Тел.: +7 (4862) 45-40-37 Факс: +7 (4862) 45-40-64 E-mail: nichоgau@yandex.m Сайт журнала: http://ej.orelsau.ru Свидетельство о регистрации ПИ <ФС77-21514 от 11.07.2005 г.

Специалист регионального методического центра по УДК: Служеникина А.М. Технический редактор: Мосина А.И.

Сдано в набор 4.06.2012 г. Подписано в п$чать 25.06.2012 г. Формат 60x84/8. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Объём 17 усл. печ. л.

Тираж 300 экз. Издат$льство Ор$л ГАУ, 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР <021325 от 23.02.1999 г.

Журнал рекомендован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное сод$ржани$ кандидатских и докторских дисс$ртаций

Содержание номера

Научное обеспечение развития селекции сельскохозяйственных культу р Парахин Н.В., Петрова С.Н. Растительно-микробные взаимодействия как фактор

энергосбережения в растениеводстве (обзор).................................................. 2

Шпилев Н.С., Кулагина Н.А., Лебедько Л.В., Юхневская Л.В. Селекция как инновация в

сельскохозяйственном производстве........................................................... 8

Амелин А.В. Морфофизиологические достоинства и недостатки современных сортов. Дальнейшие

пути их совершенствования у зернобобовых и крупяных культур................................. 10

Сандухадзе Б.И., Кочетьыгов Г.В., Рыбакова М.И., Буг рова В.В., Mo розов А.А., Сандухадзе Э.К., Ко ровушкина М.С., Гусева Н.Ю. Сортимент озимой мягкой пшеницы для центрального

региона России с повышенным потенциалом продуктивности и качества........................... 16

Новикова Н.Е., Ага ркова С.Н., Беляева Р.В., Головина Е.В., Цуканова З.Р., Сулимова Н.Н., Митькина Н.И. Влияние интрогрессии мутантных генов на формирование урожайности сортов

гороха...................................................................................... 20

Чекалин Е.И., Амелин А.В., Кондьыков И.В. Морфофизиологические параметры перспективного

зернового сорта гороха полевого для центральных регионов России............................. 27

Бобков С.В., Сучкова Т.Н. Аминокислотный состав запасных белков у диких подвидов гороха

PISUM SATIVUM L............................................................................. 30

Соку р ова Л.Х. Исходный материал для селекции проса на высокую продуктивность в условиях

степной зоны Кабардино-Балкарской Республики................................................ 33

Ковтун В.И., Ковтун Л.Н. Высокопродуктивная сильная озимая пшеница универсального типа

Нива Ставрополья............................................................................ 36

Зверева Н.А., Терехин М.В., Рукосуев Р.В., Мищенко Л.Н., Манзюк О.В. Сравнительная характеристика технологических, биохимических качеств зерна яровой пшеницы дальневосточной

селекции.................................................................................... 38

Фесенко А.Н., Би рюкова О.В., Шипулин О.А., Фесенко И.Н. Перспективы использования

мутации DETERMINATE FLORET CLUSTER в селекции гречихи....................................... 41

Зуба рева К.Ю., Павловская Н.Е. Связь устойчивости гороха PISUM SATIVUM L. к гороховой

зерновке BRUCHUS PISORUM L. с содержанием фенольных соединений.............. 44

Лихачёв Б.С., Якушева А.С., Новик Н.В. Перспективы развития проростковой селекции

люпина...................................................................................... 47

Стебакова Е.Н., Амелин А.В. Морфофизиологические параметры перспективного сорта бобов для

ЦЧР РФ как цели селекции.................................................................... 51

Ко рниенко Н.Н., Бобков С.В., Кондьыков И.В., Бутр имова Н.А. Компонентный состав запасных

белков линий гороха с многоцветковым апикальным цветоносом.................................. 56

Селихова Т.Н., Бобков С.В. Компонентный состав запасных белков образцов диких таксонов

гороха...................................................................................... 59

Ага р кова С.Н., Беляева Ж.А., Головина Е.В., Беляева Р.В., Коломейченко А.С., Коломейченко В.В. Эколого-генетический контроль формирования корневой системы и надземных

органов различных морфотипов люпина узколистного............................................ 62

Би рюкова О.В., Фесенко А.Н., Шипулин О.А., Фесенко И.Н. Потенциал ремонтантности и

плодообразования сортов гречихи различного морфотипа........................................ 65

Петр ова С.Н., Моисеенко Ю.В. Эффективность взаимодействия сортов люпина узколистного с

полезной почвенной микрофлорой.............................................................. 69

Князев С.Д., Зарубин А.Н, Анд рианова А.Ю. Динамика обновления и направления

совершенствования сортимента чёрной смородины в России................................. 72

Седов Е.Н., Макаркина М.А., Серова З.М. Производственно-биологическая характеристика

иммунных к парше сортов яблони ВНИИСПК...................................................... 78

Ко рнеева С.А., Седов Е.Н. Выращивание колонновидных сортов яблони при различных

технологиях................................................................................. 82

К расова Н.Г., Галашева А.М., Гольышкина Л.В., Янчук Т.В. Влияние низких температур на

некоторые физиолого-биохимические показатели сортов яблони различной зимостойкости.......... 86

Долженко Т.В. Метаболиты актиномицетов для защиты сада от вредителей........................ 91

Азаматов М.А. Результаты сортоизучения айвы в степной зоне Кабардино-Балкарии............... 94

Леоничева Е.В., Ветрова О.А., Мотьылёва С.М., Мертвищева М.Е. Сортовые особенности накопления свинца и никеля растениями )емляники садовой в условиях техногенного

загрязнения................................................................................. 97

Экономические аспекты р азвития аг ра рного п роизводства Попова И.В. Современное состояние и проблемы развития малых форм хозяйствования Иркутской

области..................................................................................... 101

Жаравина О.М. Методика оценки результативности руководителей в сельскохозяйственных

организациях (на примере Кировской области)................................................. 108

Тита р енко В.В., Звягинцева Ю.А. Стратегическое управление техническим развитием

предприятий АПК............................................................................. 112

Логвинская Н.М. Экономическое содержание и особенности составления учетной политики

коммерческого банка......................................................................... 116

Соловьев Д.П. Совершенствование отчета о движении денежных средств в сельскохозяйственных

организациях в соответствии с МСФО.......................................................... 121

Бо р исов М.Ю., Новикова Н.Н. Состояние и тенденции развития рынков сельскохозяйственной

продукции на основе математических моделей.................................................. 124

Де рунова Е.А. Развитие планирования и координации фундаментальных и прикладных научных

исследований в аграрном секторе экономики................................................... 126

Мамаева Г.Н. Влияние законодательных новаций на современное состояние рынка аудиторских услуг в России............................................................................ 131

© ФГБОУ ВПО Орел ГАУ, 2012