Компонентный состав запасных белков пшеницы, произрастающей при действии разных климатических факторов

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №2_

БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581. 19: 633. 1

Член-корреспондент АН Республики Таджикистан А.Абдуллаев, Г.Ф.Касымова , И.А.Сабоиев,

Н.А.Маниязова

КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ ПШЕНИЦЫ, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ РАЗНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ

ФАКТОРОВ

Институт ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан, Институт химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

С целью выявления изменения белкового состава пшеницы двух перспективных сортов Зафар и Алекс, произрастающей при действии разных климатических факторов, проведено электрофоре-тическое разделение в полиакриламидном геле запасных белков зерна глиадинов. Установлено, что сорта Зафар и Алекс имеют свои специфические белковые спектры, что может быть использовано при идентификации и систематике сортов.

Ключевые слова: пшеница - сорт - запасные белки семян - электрофорез - белковые компоненты -полиакриламидный гель.

Среди методов изучения и оценки селекционного материала перспективным является использование запасных белков пшеницы в качестве белковых генетических маркеров хозяйственно ценных свойств генотипов, разделяемых с помощью электрофореза в крахмальном или полиакриламидном гелях [1].

Изучение глиадинов мягкой пшеницы показало, что их полиморфизм обусловлен множественным аллелизмом мультигенных локусов кластерного типа, расположенных в коротких плечах первой и шестой гомеологических групп хромосом. Аллели кластеров глиадин-кодирующих генов мягкой пшеницы оказались эффективными генетическими маркерами, используемыми как для создания генетических карт, так и для изучения сопряжённых с ними комплексов генов хозяйственно ценных признаков: устойчивости к болезням и вредителям, к неблагоприятным факторам среды, продуктивности и качества зерна мягкой пшеницы [2]. Большая работа проведена по идентификации аллелей глиадин-кодирующих локусов и их геногеографии в сортах мягкой и яровой твёрдой пшеницы [3]. Однако к настоящему времени влияние разных климатических факторов на компонентный состав запасных белков пшеницы в условиях Таджиикистана не исследован, что явилось целью данной работы.

Материал и методы исследований

Объектами исследования служили сорта пшеницы Зафар и Алекс. Эти сорта отличаются как по происхождению, так и по некоторым морфофизиологическим особенностям. Сорт Зафар выведен

Адрес для корреспонденции: Сабоиев Изатшо Айналишоевич. Республика Таджикистан, г. Душанбе, 734017, ул. Карамова, 27, Институт ботаники, физиологии и генетики растений АНРТ. E-mail: izatsho@mail.ru

и районирован в Таджикистане, а сорт Алекс имеет европейское происхождение, и по результатам госиспытания оба сорта включены в список сортов пшеницы, разрешённых к посеву на территории Республики Таджикистан [4].

Белки выделяли из тонкоизмельчённой муки семян по методу Осборна [5] последовательной экстракцией вначале легкорастворимых фракций - альбуминов и глобулинов, а затем труднорастворимой - глиадинов. Для этого 0.5 г муки заливали 5 мл 1М №С1 в 0.1М фосфатном буфере и на магнитной мешалке при 4°С экстрагировали легкорастворимые фракции в течение одного ч. Процедуру повторяли дважды, экстракты объединяли, центрифугировали при 6000 об./мин 20 мин и ставили на диализ против дистиллированной воды. Фракцию альбуминов отделяли от глобулинов центрифугированием и осаждали ацетоном. Осадок после отделения легкорастворимых фракций промывали дважды холодной дистиллированной водой, заливали 5 мл 70% этанола и экстрагировали спирторас-творимые белки - глиадины на магнитной мешалке при комнатной температуре в течение одного часа. Экстракцию повторяли дважды, экстракты объединяли и ставили на диализ против воды. Надо-садочную жидкость, содержащую глиадины, центрифугировали, растворитель упаривали на роторном испарителе и высушивали при комнатной температуре. Выделенные фракции использовали для проведения электрофореза.

Для определения компонентного состава глиадинов пшеницы использовали электрофорез в присутствии мочевины при рН 3.1. В данном случае белки сохраняют свою индивидуальность и их состав полнее отражает биологическую специфичность.

Электрофорез глиадинов проводили в 6.5% ПААГ при напряжении 580 В в течение шести ч. Электродным буфером служила 0.013 Н уксусная кислота (рН 3.1). Для предотвращения агрегации белков перед разделением в ПААГ белки растворяли в буфере, содержащем 2М мочевину с 6% акри-ламидом. Гели после завершения электрофореза окрашивали в смеси 0.25% водного раствора Кумас-си и 12% трихлоруксусной кислоты в соотношении 1:20.

Результаты и их обсуждение

Как показали наши исследования, электрофоретический метод разделения и идентификации белков в полиакриламидном геле (ПААГ), позволяет выявлять пределы изменчивости белкового состава каждого генотипа. В этом плане определённый интерес представляют глиадины пшеницы, которые как генетически полиморфные белки позволяют раскрыть внутривидовую и внутрисортовую изменчивость сортов. Исходя из этого, цель настоящей части работы заключалась в электрофорети-ческом исследовании компонентного состава глиадинов семян пшеницы, произрастающей в различных условиях: в полевых условиях, при поливе и засухе; и под воздействием: температуры выше оптимальной на 10 С°; О3, выше оптимальной в два-три раза, СО2 выше оптимальной в пять раз и при их совместном воздействии (температуры, О3 и СО2 ) выше оптимального режима.

На рис.1 представлена электрофореграмма глиадинов 12 исследуемых образцов пшеницы сорта Зафар, выращенной в разных условиях, а в табл.1 - их компонентный состав.

1234 56789 10 11 12

Рис.1. Электрофореграмма глиадинов пшеницы сорта Зафар: № 1-4 - в полевых условиях; № 5-8 - при поливе;

№ 9-12 - в условиях засухи.

Таблица 1

Компонентный состав глиадинов семян сорта пшеницы Зафар, выращенной в условиях:

поля

Зоны Компоненты №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 №11 №12

Y 1 + + ++ + + + + + + + - -

2 ++ ++ +++ +++ ++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++

3 ++ ++ +++ +++ ++ +++ ++ ++ +++ ++ ++ ++

4 + + + + + + + + + + + +

5 +++ ++ ++++ ++++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++

6 ++ +++ ++++ ++++ ++ +++ +++ ++ - - + ++

7 ++ ++ +++ ++++ - +++ ++ +++ - + + +

8 ++ +++ - ++++ - +++ +++ + - - - +

ß 1 ++ ++ +++ ++ ++ ++ ++ + + + + +

2 +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++

3 +++ +++ +++

4 +++ +++ +++ +++ +++

5 ++ ++ +++ +++ - +++ +++ + - - - -

6 ++ ++ + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++

7 ++ ++ +++ +++ +++ +++

а 1 ++ ++ +++ ++ ++

2 - - ++ ++ + + + + - - - -

3 +++ +++ ++++ +++ ++++ +++ ++ +++ +++ +++ +++ +++

4 + ++ +++ ++++ ++ ++ ++ ++ - - - +

5 ++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ + + ++ +

6 - - ++ ++ - - - - ++ ++ - -

(-) - отсутствие компонента, (++) - слабая интенсивность, (+++) - средняя интенсивность, (++++) - большая интенсивность, 1-4 - условия произрастания.

Для сравнительной оценки внутрисортовой изменчивости пшеницы, произрастающей в указанных условиях под воздействием высокой температуры, повышенного содержания озона, СО2 и их совместного воздействия, электрофоретические спектры были разделены на зоны - Y, в и а.

Из данных рис.1 и табл.3 следует, что компонентный состав сорта Зафар заметно изменился в зависимости от условий возделывания не только по интенсивности, но и по присутствию или отсутствию отдельных компонентов. Наименьшее число компонентов присутствовало в образце, произра-

ставшем в условиях засухи, при воздействии высоких температур и озона (15 из 21). Так, при указанных условиях наблюдалось отсутствие компонентов 6, 7 и 8 в Y - зоне спектра, полностью отсутствовали компоненты 5 в ß- и 4 в а-зонах. Наибольшие изменения, независимо от условий произрастания, имеют место при воздействии температуры и озона. При совместном воздействии высокой температуры, повышенного содержания СО2 и О3 спектр глиадинов изменялся незначительно. Наблюдаемые изменения, возможно, связаны с тем, что в более жёстких условиях произрастания действуют факторы приспособления растений к конкретным условиям.

На рис.2 представлена электрофореграмма глиадинов 10 образцов пшеницы сорта Алекс, а в табл.2 их компонентный состав.

1 234 567 8 9 10

Рис.2. Электрофореграмма глиадинов пшеницы сорта Алекс: № 1-3 - в полевых условиях; № 4-6 - при поливе; № 7-10 - в условиях засухи.

Таблица 2

Компонентный состав глиадинов 10 образцов пшеницы сорта Алекс,

выращенной в полевых условиях

Зоны Компоненты №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10

Y 1 ++ ++ + ++ + + + + + +

2 +++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++

3 ++ +++ +++ +++ - - + ++ ++ ++

4 - + + + - + - - ++ ++

5 ++ ++ ++ ++ + ++ ++ +++

6 ++ ++++ ++++ ++ + + - +++ +++ +++

7 + + ++++ - - - - + + +

8 +++ ++ +++ +++ - - + +++ +++ +++

ß 1 ++ + ++ + + + + +++ +++ +++

2 - - + - - - - - - ++

3 +++ +++ +++ ++ +++

4 + + ++ - + + +++ +++ ++++ ++++

5 ++ ++ ++ + - + ++ +++ ++ +++

6 +++ ++ +++ +++ ++ ++ + +++ +++ +++

7 +++ +++ +++

а 1 ++ ++ ++ - + + + +++ +++ +++

2 +++ ++ ++ + ++ ++ +++ +++ +++ +++

3 +++ ++++ +++ + ++ + +++ +++ +++ +++

Зоны Компоненты №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10

а 4 + + ++ + - - + ++ ++ ++

5 +++ ++ ++ +++

6 + - + - - - + + - -

(-) - отсутствие компонента, (++) - слабая интенсивность, (+++) - средняя интенсивность, (++++) - большая интенсивность, 1-4 - условия произрастания.

Из представленных данных следует, что во всех спектрах отмечалась внутрисортовая изменчивость в зависимости от воздействия внешних факторов. Наиболее стабильными оказались компоненты с большей интенсивностью во всех трёх зонах спектра. Так же, как и у сорта Зафар, глиадины в данном сорте представлены меньшим числом компонентов (13 из 21). Разнообразие спектров, в общем, проявлялось в результате отсутствия ряда компонентов в зонах или изменчивостью их интенсивности.

Компонентный состав глиадинов у изученных сортов пшеницы изменялся в зависимости от условий выращивания пшеницы. Полученные результаты позволяют на основании анализа компонентного состава глиадинов оценить особенности сортов, связанные с их происхождением и условиями возделывания.

Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра (Проект Т-1635).

Поступило 14.12.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

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

2. Конарев В.Г. - Тр. по прикл. бот. ген.и селекции. - М., 1973, т. 49, с. 46-48.

3. Harsch S., Gunther T., Kling CH.L., Rozynek B., Hesemann C.U. - Theor. Appl. Genet., 1997, v. 94, pp. 52-60.

4. Государственный реестр сортов и гибридов растений, допущенных к использованию на территории Республики Таджикистан. - Душанбе, 2007, 45 с.

5. Sidorova V.V.,Timofeeva G.I., Konarev V.G. - Protein Markers. - L., 1987, рp. 61-75.

6. Thomas J.O., Kornberg R.D. - Proc. Acad. Sci. USA, 1975, v. 72 , № 7, pp. 2626-2630.

А.Абдуллоев, Г.Ф.^осимова*, И.А.Сабоиев, Н.А.Маниёзова СОХТИ ТАРКИБИИ САФЕДА^ОИ ЗАХИРАВИИ ГАНДУМ ДАР ШАРОИТИ ТАЪСИРИ ОМИЛ^ОИ ИЦЛИМИИ ГУНОГУН ПАРВАРИШ КАРДА ШУДА

Институти ботаника, физиология ва генетикаи растании Академияи илм^ои Цум^урииТоцикистон, *Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урииТоцикистон

Бо максади ошкор намудани тагйирёбии таркиби сафедавии ду навъи ояндадори Зафар ва Алекс, ки дар шароити хушкии хок ва дар шароити мукаррарй парвариш карда шудаанд, таксимкунии электрофоретикии сафедах,ои захиравии дон глиадинх,о дар гели полиакриламидй

гузаронида шуд. Мукаррар карда шудааст, ки навъи Зафар ва Алекс дорои спектри ба худ хос мебошад ва онро хднгоми идентификатсия ва систематикаи навъх,о истифода бурдан мумкин аст.

Калима^ои калиди: гандум - навъ - сафеда^ои захирави - электрофорез - цузь^ои сафедавй - гели полиакрамиди.

A.Abdullaev, G.F.Kasimova*, I.A.Saboiev, N.A.Maniyazova COMPONENT COMPOSITION OF STORE PROTEINS OF WHEAT GROWING IN ACTION OF DIFFERENT CLIMATIC CONDITIONS

Institute of Botany, Plant Physiology and Genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, *V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan In order to identify changes in protein composition of wheat of two perspective varieties of Zafar and Alex, growing in different climatic conditions, it is spent electrophoretic division in polyacrylamide gel electrophoresis of grain storage proteins gliadin. Established, that the sorts Zafar and Alex have their own specific protein spectra, that can be used for identification and systematization of varieties. Key words: wheat - cultivar - storage proteins - electrophoresis - protein components - polyacrylamide

gel.