Использование электрофореза в селекции зерновых культур

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА В СЕЛЕКЦИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Л.Г. Юхневская

Аннотация. Дан краткий анализ использования электрофореза для идентификации генотипов сельскохозяйственных растений. Приведены результаты электрофореза индивидуальных зерновок тритикале у родительских форм и их гибридов, высказана возможность отбора ценных генотипов с гибридов первого поколения, что позволит ускорить селекционный процесс создания сортов зерновых культур.

Ключевые слова: тритикале, гибриды, электрофорез, проламины, отбор, селекционный процесс, идентификация, генотип.

Создание новых сортов сельскохозяйственных культур, отвечающих современным требованиям агропромышленного комплекса, обязывают селекционеров совершенствовать селекционный процесс. Существующие схемы предполагают начало отбора с гибридов второго поколения, в котором, согласно второго закона Г. Менделя начинается формообразовательный процесс. Индивидуальный отбор растений с гибридов первого поколения невозможен, т.к. согласно первого закона Г. Менделя они не различаются по фенотипу.

Нами доказана генетическая разнокачественность индивидуальных зерновок гибридных растений с помощью электрофореза и сделано предположение существования корреляционных связей компонентов электрофоретических спектров с отдельными свойствами и признаками растений. Изучение этих вопросов позволит начинать отбор ценных генотипов с гибридов первого поколения, что ускорит селекционный процесс, сделает его более предсказуемым и эффективным.

При работе с семенами электрофоретическому анализу подвергают белки семян. Существует четыре типа белков, но наиболее пригодные для идентификации сортов являются запасные белки.

а) альбумины, водорастворимые и включающие в себя в основном белки - ферменты;

б) глобулины, растворимые в разбавленных растворах солей и присутствующие в мембранно-связанных белковых телах, т.е. это запасные белки в строгом смысле этого слова;

в) проламины, растворимые в водно - спиртовых растворах и также являющиеся истинно запасными белками;

г) глютенины, растворимые кислых или щелочных растворах и являющиеся в основном структурными или запасными белками, хотя некоторые из них могут иметь метаболические функции.

Критериями в оценке спектра следующие:

- общее число типов спектра;

- качественный состав спектров, зарегистрированных в виде белковых формул и являющихся генетическими вариантами;

- количественное соотношение типов спектров, выделение среди них преобладающих по частоте.

Таким образом, анализируя научную информацию об использовании электрофореза, можно сделать вывод о том, что на основании электрофоретического спектра проламинов возможно достаточно точно установить внутрипопуляционный полиморфизм, генотипы растений и даже отдельных зерновок.

В данной работе приведены результаты наших исследований, посвященных изучению электрофоретического спектра проламинов тритикале, наиболее распространенных сортов и их гибридов, а также высказана возможность использования полученных результатов в селекции зерновых культур.

Для анализа использовали 1/3 зерновки без зародыша, оставшуюся часть зерновки можно использовать для посева.

Использованные сорта озимой гексаплоидной тритикале в качестве родительских форм Рондо и Союз различают по всем компонентам электрофоретического спектра, так у сорта Союз, использований в качестве отцовской формы присутствует компонент а 4, слабее представлен а 5 и интенсивнее а 7. В сравнении с сортом Рондо, использованные в качестве материнской формы. Четко просматриваются различия фракции в у используемых сортов в качестве родительских форм. У сорта Союз слабее представлены компоненты в 2 и в 3 в сравнении с сортом Рондо.

У исследуемых сортов компоненты в 5 представляют субкомпонентами разной подвижности: у сорта Рондо в 52, а у сорта Союз в 5, и в 53 . Значительные различия зоны 71 используемых сортов. У сорта Союз присутствуют компоненты у1 отсутствующий у Рондо. Компонент у 2, у сорта Союз представлен слабее, при этом отсутствуют компоненты у 22 и у 23, который достаточно интенсивно представлен у сорта Рондо.

Существенные различия электрофоретических спектров исследуемых сортов установлены по компоненту ю. У сорта Рондо присутствует юбь а у сорта Союз фракция ю представлена двумя субкомпонентами 62 и 63.

На основании чего можно сделать вывод о том, что используемые для половой гибридизации сорта, в качестве родительских форм существенно различаются по электрофоретическому спектру проламинов, а следовательно имеют различающуюся генетическую природу. В целом эталонный спектр проламинов имеет следующую структуру: а 1234567, в 12345, у 12345, ю 12345678910. По фракции а меньшей интенсивностью отмечались зерновки V и VI, несмотря на то, что обе родительские формы представлены одинаковой интенсивностью компонента а 2, а также в этих зерновках отсутствовал компонент а 6. В остальных зерновках компонент а 6 проявлялся с разной степенью интенсивности: в зернах II интенсивно; 111,^,^1 слабо, VIII очень слабо. У обеих родительских форм компонент а6 представлен одинаковой, очень слабой интенсивностью.

По компоненту а 5 исследуемые генотипы различались только по степени интенсивности, зерновки Ц^УШ-интенсивные компоненты, как у материнского сорта Рондо, и зерновки ШДУ^У^УЛ со слабой интенсивностью, как у отцовского сорта Союз.

Компонент по позиции а 7 представлен двумя суб-компонентами^ и 72, при этом зерновки I и II имели слабую интенсивность по субкомпоненту 71, как у материнской формы, остальные зерновки соответствовали компоненту а7 отцовского сорта Союз.

По фракции в установлена значительная разница интенсивности компонентов у гибридных зерновок, как в пределах гибридов Б1, так и в сравнении с родительскими формами. Компонент 1 у родительских форм представлен одинаково интенсивно. У зерновых !,П слабо, а у VI зерновки очень слабо проявлялся компонент 1. По компоненту 2 зерновки I,П,ШДV,VT соответствовали отцовской форме, а зерновки V,VП,VШ были идентичны с материнским сортом Рондо.

По компоненту в полученные генотипы также значительно различались. Зерновки I и II имели субкомпоненты 3Ь 32, 33, зерновки Ш,IV,V,VI, субкомпоненты З1 32, зерновка 7 компонент 3 2, а восьмая зерновка компоненты 31 и 32.

Компонент 4 представлен одинаково у зерновых Ц^Ш^ГУ^УШ и соответствовал обеим родительским формам. Зерновка 6 отличалась присутствием субкомпонента 41 и 42, а зерновка VII имела субкомпонент 42.

Анализируя в целом фракцию в, установлено, что она наиболее полно представлена у использованных нами родительских форм при гибридизации и у полученных гибридных зерновок первого поколения в сравнении с эталонным спектром проламина.

Спектр проламина в фракции существенно различался у индивидуальных гибридных зерновок по компонентам и степени интенсивности. Компонент 1 присутствовал у всех исследуемых зерновых гибридов первого поколения, а интенсивность была высокой у IV и УГГГ зерновок, слабое проявление у ГДЦП,УШ зерновок и очень слабое у V и VI зерновок. Сравнения с родительскими формами показывают, что компонент 1 отсутствовал у материнской формы сорта Рондо и интенсивно проявлялся у отцовской формы сорта Союз. Компонент 2 присутствовал у обеих родительских форм и у всех зерновок, при этом у материнского сорта Рондо этот компонент представлен субкомпонентами 21, 22, 23, а у отцовского сорта Союз субкомпонентом 2. У гибридного потомства компонент 2 представлен у трех зерновок субкомпонентами 21, 22 , 23 - это I,П,VП зерновки.

Три зерновки имели компонент, 23-ШДV,VШ зерновки. Двумя субкомпонентами (22 и 23) представлены 2 зерновки - V и VI.

Компоненты 3 и 5 одинаково предоставлены у материнских и отцовских формах и незначительно различался у индивидуальной зерновки F1.

Фракция ю представлена у гибридов и у родительских форм одинаковыми компонентами 1,2,3,42,5,72,92 и лишь незначительно различались по их интенсивности. Это свидетельствует о том, что степень генетического различия индивидуальных зерновок гибридных растений первого поколения определяется генетической раз-нокачественностью родительских форм. Компонент 6 у Г,П,Ш,ГV,V,VГ,VП зерновок был одинаков и соответствовал компоненту материнского сорта Рондо. У восьмой зерновки этот компонент представлен субкомпонентами 61 и 62. Субкомпонент 63, имеющий у отцовского сорта Союз не проявлялся. Компонент 8 одинаков проявился у I,П,VШ зерновок, он также был представлен у обеих родительских формах. У зерновок Ш,ГV,V,VГ,VП компонент 8 представлен субкомпонентами 81 и 82, несмотря на то, что субкомпонент 81 отсутствовал у родительских форм

Полученные гибриды первого поколения F1, растения которых по фенотипу ничем не отличались, в колосьях которых сформировались зерновки, с индивидуальной генетической природой, которая существенно отличалась не только в сравнении с родительскими формами, но и между собой. Это наглядно подтверждено цифровым изложением электрофоретического спектра индивидуальных зерновок с растений гибридов первых поколений.

У индивидуальных зерновок с растений гибридов первого поколения, выявлено широкое разнообразие типов электрофоретического спектра проламина. Оно создается за счет общего числа компонентов и их различного сочетания, как в отдельных зонах, так и в целом спектре, а также за счет степени интенсивности одинаковых по электрофоретической подвижности компонентов.

Фракции а, в, Т, ю и определенные компоненты этих фракций в спектрах сортов индивидуальных зерновок представлены отчетливо и хорошо идентифицированы. Из восьми проанализированных зерновок гибридной комбинации Рондо х Союз на долю основ-

ного типа спектра по фракции а, пришлось 6 штук, что указывает на не широкое разнообразие.

Идентификация компонентов электрофоретического спектра проланина индивидуальных зерновок растений гибридов первого поколения доказала их генетическую разнокачественность. Несмотря на то, что это мнение существовало априори (из предшествующих значений), впервые в цифровом формате установлено их генетическое различие. Этот вывод позволит, при установлении корреляционной связи отдельных компонентов и степенью их выражения с ценными свойствами сделать селекционный процесс более управляемым и предсказуемым путем начала отбора ценных генотипов индивидуальных зерновок с гибридов первого поколения (Fj).

Список использованных источников

1 Методика проведения лабораторного сортового контроля по группам сельскохозяйственных растений. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004.-95 с.

2 Малько А.М. Новый национальный стандарт России на семена сельскохозяйственных растений // Селекция и семеноводство. - 2005. - №1. - С.25-28.

3 Созинов А.А., Попереля Ф.А., Копусь М.М. Генетически обусловленные различия компонентного состава глиа-дина сортов Безостая 1 и днепровская 521 и их роль в определении качества муки // Доклады ВАСХНИЛ. - 1975. - №11. -С. 10-14.

4 Копусь М.М. Полифорфизм белков зерна и селекция озимых пшеницы: автореферат на соиск. уч. степ. д-ра биологических наук. - Краснодар, 1998. - 54с.

5 Пенева Т.И., Мережко А.Ф., Конарев А.В. Изменение состава спектров глиадина в процессе создания сорта яровой тритикале Золотой Гребешок / Тритикале России. -Ростов-на-Дону, 2008.-С.156-165.

6 Иванов Ю.А., Шепелова В.М. Озимый трехродовый гибрид №125 // Всесоюзное совещание: Роль отдаленной гибридизации в эволюции и селекции пшеницы. - Тбилиси, 1985. - С.71-72.

7 Молекулярно-биологические аспекты прикладной ботаники, генетики и селекции. Теоретические основы селекции / В.Г. Конарев, И.П. Гаврилюк и др. - Т.1. - М.: Колос, 1993. - 447 с.

8 Конарев В.Г., Пенева Т.И. Белковые маркеры в анализе тритикале // Вестник сельскохозяйственной науки. -1977. - №10. - С.60-68.

9 Пенева Т.И., Кудрякова Н.В., Конарев В.Г. Идентификация, регистрация и оценка генетической структуры тритикале. В кн. Молекулярно генетические аспекты прикладной ботаники, генетики и селекции. - М.: Колос, 1993. - С.175-192.

10 Электрофорез запасных белков как метод сортового контроля у ярового ячменя / А.А. Поморцев, Е.В. Лялина, Л.А. Животовский и др. // Селекция и семеноводство. - 2004. -№3. - С.20-23.

Информация об авторе

Юхневская Л.Г., ассистент ФГБОУ ВПО «Брянская ГСХА», e-mail: L.Yukhnevskaya@yandex. ru, тел. 8-953-270-8649.