Отбор стрессоустойчивых растений пшеницы (Triticum aestivum L. ) на основе малатдегидрогеназного комплекса

Известия ТСХА, выпуск 4, 2008 год

УДК: 633.11.111.:631.147

ОТБОР СТРЕССОУСТОЙЧИВЫХ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ НА ОСНОВЕ МАЛАТДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА

С.С. БЕККУЖИНА, к. б. н.; Е.А. КАЛАШНИКОВА, д. б. н.

Анализ малатдигидрогеназного комплекса использовали для отбора гибридных комбинаций на стрессоустойчивость яровой мягкой пшеницы в ранних поколениях. При гибридизации в качестве одной из родительских форм использовали дигаплоидную линию, полученную в результате селекции на уровне гамет в культуре пыльников. Выявлены формы с большим содержанием ферментного комплекса по сравнению с двумя родительскими формами.

В обзорном материале В.А. Пухаль-ского [8] рассматриваются проблемы использования биотехнологических методов в решении прикладных аспектов селекции. Известный ученый не очень высоко оценивает биотехнологии в решении селекционных задач и, по мнению автора, только гаплоидные технологии на сегодня дают значимые результаты: «Наш опыт показывает, что действенным приложением усилий биотехнологов селекционному процессу есть и будет получение дигаплоидов на основе гибридного материала селекционера».

Гаметная селекция во время роста мужского гаметофита могла бы иметь позитивный эффект на появляющуюся в результате спорофитную генерацию. Такую пыльцевую селекцию путем выживания также считали важным эволюционным процессом в ходе прогрессивного развития покрытосеменных. Повышение устойчивости генотипов в результате отбора пыльцы объясняется частичной экспрессией одних и тех же генов на гаплоидной и диплоидной фазах жизненного цикла растений. «...Гаметофитное поколение в жизненном цикле растений не только обеспечивает перенос генов, но и

участвует в адаптивном процессе...» (цитируется по М.Д. Маковей [5]).

Внедрение культуры пыльников в селекционные программы сталкивается со значительными трудностями. Выход зеленых гаплоидных растений в мировой практике не очень высокий. Кроме того, далеко не каждый генотип или гибридная популяция обладает способностью к андрогенезу in vitro, что снижает эффективность получения и использования удвоенных гаплоидов.

Селекция на гены, появляющаяся в мужской гаплоидной фазе, могла бы способствовать повышению успеха спорофита, поэтому нами в ранних работах проведена селекция на уровне гамет на солетолерантность и в результате отобрана дигаплоидная линия [1].

Известно, что ферментный комплекс МДГ-ГОАТ (малатдегидрогеназа-глюта-мат-оксалоацетат аминотрансфераза) может служить хорошим инструментом для отбора ценных линий на устойчивость к абиотическому стрессу [2].

В обзорной статье A.B. Конарева и др. [4] довольно подробно обсуждается роль белковых и ДНК-маркеров в расширении генетического базиса растений, в частности, их использование в селекции важнейших зерновых куль-

* Казахский государственный агротехнический университет имени С.С. Сей-фуллина.

тур. Должное внимание уделяется поиску и отбору ценных генотипов по белковому маркеру, контролю за включением желаемых генотипов в процесс селекции, определению гибридности семян, предсказанию скрещиваемости и степени гетерозиса, а также прочим задачам селекции.

Главная функция малатдегидроге-назной системы — поддержание внутренних физиологических условий в клетках при стрессовом воздействии [7]. МДГ-ГОАТ — один из ферментных комплексов, чётко реагирующих на физиологическое состояние растений и потребности организма. В состав данного комплекса входят четыре дегид-рогеназы, две из которых обладают оксидоредуктазной активностью, а две другие — декарбоксилирующей [3].

Цель данной работы — отбор яровой мягкой пшеницы на стрессоустой-

чивость из гибридов F3 по белковым маркерам и включение перспективных форм в селекционный процесс.

Материалы и методы

Известно, что гаплоидные технологии позволяют не только значительно сократить сроки селекции новых высокоурожайных сортов и линий растений, но и способствуют проявлению рецессивных признаков, что облегчает отбор полезных генов. При этом вероятность получения желаемой генной комбинации у гаплоидов выше, чем у диплоидов [9, 10, 11].

Для проведения исследований использовали гибриды F3, где одной из родительских форм была линия Ю 580 R, отобранная в культуре пыльников в результате гаметной селекции на со-летолерантность из сорта Целинная Юбилейная. Селекционерами НПЦ ЗХ

Анализ малатдигидрогеназной системы у гибридов Fi

Образец

Над + Малат

+Глютамат

Над+ Малат+ Глютамат

Р (Лют. 580 R) 0,027 0,275 0,260

Р К-6506 0,025 0,279 0,256

F3 К-6506 х Ю 580 R 0,022 0,242 0,224

Р Grapp (Франция) 0,027 0,275 0,260

F3Grapp х Ю 580 R 0,025 0,230 0,226

Р Cardinal (Германия) 0,032 0,382 0,360

F3 Cardinal х Ю 580 R 0,050 0,290 0,272

Р WW 17260 (Швеция) 0,028 0,134 0,248

F3 WW 17260 х Ю 580 R 0,039 0,264 0,237

РЛ-16 ячменно-пшеничная линия (Новосибирская обл.) .0,045 0,172 0,183

* РэЛ 16 ячмень., пшеница линия х Ю 580 R 0,061 0,220 0,204 Р Акмола 40 0,036 0,217 0,198 *F3 (Шортандинский 25 х Акмола 40) х Ю 580 0,420 0,201 0,237 Р1 Кенжегали - 0,033 0,189 0,122 Р2 Скала 0,042 0,189 0,258

**F3 (Кенжегали х Скала) х Ю 580 R 0,058 0,268 0,281 Р Шортандинская 125 0,068 0,145 0,090 *F3 (Шортандинский 125 х Омская 18) х Ю 580 R 0,044 0,213 0,238 Р Fason (Германия) 0,038 0,083 0,110

* F3 Fason (Германия) х Ю 580 R 0,048 0,087 0,126 Р Cardinal (Германия) 0,080 0,363 0,395 F3 Cardinal (Германия) х Ю 580 R 0,090 0,277 0,395 Р К-54975 (США) 0,044 0,220 0,288

' ** F3I0580R х К-54975 (США) 0,068 0,337 0,363

Примечание. В буквенном обозначении приведены родители Р и гибриды F; * гибридные комбинации с эффектом по сравнению с одним родителем; ** гибридные комбинации с эффектом по сравнению с двумя родителями.

имени AM. Бараева в результате ре-ципрокных скрещиваний с линией-ре-генерантом Ю 580 R (солетолерантная дигаплоидная линия) получено 13 гибридных комбинаций. В следующей серии экспериментов изменение активности ключевых ферментов азотного обмена в стрессовых условиях определялась качеством белковых маркеров на стресс-устойчивость.

Биохимический анализ ферментного комплекса МДГ-ГОАТ (малатдегидро-геназа-глутомат-оксалоацетат аминот-рансфераза) семян гибридных линии пшеницы F3 проводили в институте молекулярной биологии имени М.А. Айт-хожина. Анализ МДГ-ГОАТ проводили по Ермакову [6].

Результаты и их обсуждение

Для отбора перспективных форм в ранних поколениях проведён анализ ферментного комплекса МДГ-ГОАТ семян гибридных линий пшеницы F3 с участием дигаплоидной линии Ю 580 R.

В результате экспериментальных исследований выявлены комбинации с большим содержанием МДГ-ГОАТ по сравнению с родительскими формами: JI 16 ячменно-пшеничная линия х Ю 580 R, (Шортандинский 25 х Акмола 40) х х Ю 580 R, (Шортандинский 125 х Омская 18) х Ю 580 R, Ю 580 R х Fasan. Необходимо особо отметить комбинации (Кенжегали х Скала) х Ю 580, Ю 580 R х хК — 54975, где в гибридах активность МДГ-ГОАТ больше по сравнению с двумя родителями.

Выводы

1. Дигаплоидная линия, полученная в культуре пыльников, использовалась в качестве одной из родительских форм при про-

ведении гибридизации и отборе форм на стрессоустойчивость.

2. Сделана попытка предсказать степень гетерозиса с помощью белковых маркеров на стрессоустойчивость.

3. Желаемые генотипы в константной форме переданы в селекционный центр для включения их в селекционный процесс.

Библиографический список

1. Беккужина С.С. Использование DH-ме-тода для проведения гаметной селекции. 7-я Пущинская школа-конференция молодых ученых. 14-18 апреля // Сб. тезисов. М., 2003. — 2. Епринцев А.Т., Федорина О.С. Функционирование малатдегидрогеназной системы в мезофилле и обкладке листьев кукурузы в условиях солевого стресса // Физиология растений, 2007. Т. 54. №6. С. 820-807. — 3. Ива-нищев В.В., Курганов В.И. Ферменты метаболизма малата: характеристика, регуляция активности и биологическая роль // Биохимия, 1992. Т. 57. С. 653-661. — 4. Конарев A.B., Конарев В.Г., Губарева Н.К., Пенева Т.И. Белки семян как маркеры в решении проблем генетических ресурсов растений, селекции и семеноводства // Цитология и генетика, 2000. Т34. №2. С. 91-103. — 5. Маковей М.Д. Применение метода пыльцевой оценки в селекции тепличного томата на устойчивость к стрессовым абиотическим факторам: Автореф. канд. дисс. М., 1992. — 6. Методы биохимического исследования растений. Сб. под ред. А.И. Ермакова. М.: Колос, 1972. — 7. Пиней-ру de Карвалъю М.А.А., Землянухин A.A., Епринцев А.Т. Малатдегидрогеназа высших растений. Издательство ВГУ, 1991. — 8. Пухалъ-ский В.А. Проблемы генетической теории селекции растений // Вестник ВОГиС, 2005. Т.

9, №3 С.-306-316. — 9. Gémes Juhasz. A., Venc-zel. G., Sagt. Z.S. et al. Production Of Doubled Haploid Breeding Lines In Case Of Paprika, Spice Paprika, Eggplant, Cucumber, Zucchini And Onion. Acta Hort., 2006. 725:845-854. —

10. Jain M., Sopory S.K., Veüleux R.E. (eds) // Kluwer Acad Press In virto. 1996. Vol. 2. Pp.l-429. —11. Xu L., Najeeb U., Tang GX. et al. Haploid Technology Advances in Botanical Research, 2007. Vol. 45. P. 181-216.

Рецензент — д. б. н. A.A. Соловьев

SUMMARY

Analysis of dehydrogenated malat complex for the selection of hybrid combinations to stress-steadiness of soft spring wheat in early generations was used. During hybridization dihaploid line as a one form among parental which was received in the result of selection on the level of gametes in the culture of anthers was used. Forms with a big substance of enzymatic complex comparing with two parental forms were discovered.