Перспективы использования разногеномных видов эгилопсов (диких родичей пшеницы) для расширения генетического потенциала продовольственной пшеницы

санто, устойчивая к гербициду раундапу не сохраняют генетическую стабильность после трансформации исходного растении, и, следовательно, является потенциально опасными для человека и среды его обитания.

При встраивании чужого гена в ДНК может быть «технический мусор», например ген устойчивости к антибиотикам, которые могут привести к нежелательным последствиям. Чужеродные гены могут вызывать аллергические реакции. Например, на обычную сою нет аллергической реакции, а на ГМ-сою -может быть аллергическая реакция.

Немецкий ученый -зоолог Ханц Хайнрих Каац на опытах доказал, что измененный ген масленичного турнепса проникает в живущие в желудке пчелы бактерии, и те начинают мутировать. Бактерии в организме человека также могут меняться под воздействием продуктов, содержащих инородные гены, - считает ученый. Трудно сказать, к чему это приведет. Может быть, к мутации....

Шотладский ученый из Авердена А. Пуштуи после тщательных исследований обнаружил изменения внутренних органов крыс, питавшихся генетически модифицированным картофелем. Российский координатор программы «Гринпис» Иван Блоков сообщает: «Уже доказано, что если питаться ГМ - картофелем несколько месяцев, то желудок начинает вырабатывать ферменты, нейтра-лизирующие действие антибиотиков группы канамицин» .

Все эти данные говорят о том, что ГМО являются источниками серьезных биологических и экологических рисков. Широкомаштабное использование ГМО и полученных из них продуктов питания допустимо лишь тогда, когда производитель предоставит исчерпывающие доказательства их полной биологической и экологической безопасности.

Чикида Н.Н*. Максимов И. В**., Давоян Р.О***.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗНОГЕНОМНЫХ ВИДОВ ЭГИЛОПСОВ (ДИКИХ РОДИЧЕЙ ПШЕНИЦЫ) ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ ПШЕНИЦЫ

* ГНУ ВИР Росселъхозакадемии, Санкт-Петербург, Россия, n.chikida@vir.nw.ru **Институт биохимии и генетики УНЦРАН, г. Уфа. Россия, phyto@anrb.ru ***Краснодарский НИИ сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко,

davoyanro@maile.ru

В становлении полиплоидных видов пшеницы участвовали три генома (Б,0,Э) рода Aegilops Ь. и лишь один геном ( А ) собственно пшеничный [Дорофеев и др., 1987; Конарев, 1995], что предполагает генетическую близость этих родов.

При производстве растениеводческой продукции фитопатогенные грибы представляют наиболее сложный и непредсказуемый стрессовый фактор. Установлено, что, например, при заражении возбудителями септориоза всхожесть се-

мян снижается до 4-24%, высота растений уменьшается до 35%, сокращается длина колоса, количество колосков и зерен. А при поражении растений головней, хлебороб рискует остаться вовсе без урожая.

Вовлечение в селекцию на болезнеустойчивость дикорастущих и примитивных форм пшениц, а также ее родичей позволяет выводить сорта с комплексной устойчивостью к ряду патогенов. Г еномная селекция имеет большие перспективы в создании высокоустойчивых сортов, обладающих хозяйственно-ценными признаками, и исследования генофонда родов TriticumL. и AegilopsL. по признаку устойчивости к фитопатогенным грибам позволят существенно расширить возможности селекции в борьбе с ними.

Одним из наиболее экологичных и перспективных направлений в борьбе с фитопатогенными грибами - получение форм культурной пшеницы с высокой урожайностью и устойчивостью к патогену. К сожалению, имеющиеся в современном арсенале селекционеров генофонд устойчивых к фитопатогенам сорто-образцов культурной мягкой и твердой пшеницы не может восполнить ущерб, причиняемый фитопатогенами, поскольку большинство из известных генов устойчивости к фитопатогенным грибам не обеспечивают устойчивость к тттиро-кому спектру фитопатогенов. В настоящее время селекция мягкой пшеницы достигла такого уровня, когда её потенциальная урожайность во многом зависит от устойчивости возделываемых сортов к неблагоприятным абиотическим и биотическим факторам внешней среды. Генетического материала самой мягкой пшеницы недостаточно для решения этой проблемы. К тому же, он был в значительной степени обеднен вследствие широкого распространения однотипных сортов с перекрывающимися родословными. В особенности это касается генов устойчивости к болезням, ограничение разнообразия которых является одним из основных лимитирующих факторов селекции. Неисчерпаемый резерв хозяйственно-ценных признаков для улучшения этой главной продовольственной культуры земного шара представляет собой генофонд многочисленных родственных мягкой пшенице видов и родов (Вавилов, 1935; Мигушова, 1973; Shepherd, Islam, 1988 Чикида Н. Н., 2000;) Многие из них были с успехом использованы для передачи полезных признаков в мягкую пшеницу (Ску-рыгина Н.А., 1979; Zeller and Hsam., 1983; Knott, 1987; Jiang et al., 1994). Так, в настоящее время значительная часть эффективных генов устойчивости к болезням происходит из этого генофонда (McIntosh et al., 1995, 1998).От Ae. tauschii в T. aestivum интрогрессированы гены устойчивости к бурой ржавчине Lr21, Lr22, Lr32, Lr33, Lr39, Lr41, Lr42, Lr43. Устойчивость к стеблевой ржавчине была обнаружена у Ae. Caudate. Самый высокий уровень устойчивости к цер-коспореллезу имеет сорт Roazon, который получен во Франции методом ин-трогрессивной гибридизации между T. aestivum Ae. Ventricosa. Dhaliwel обнаружил невысокую устойчивость к темно-бурой листовой пятнистости. Ранее Bailey выделил линию Ae. ovata с высокой устойчивостью к Bipolaris sorokinia-na.

В Селекционно - генетическом институте Украинской Академии Аграрных наук в результате скрещиваний культурной пшеницы с Ae. cylindrica созданы линии озимой мягкой пшеницы обладающие устойчивостью к мучнистой росе, бурой и стеблевой ржавчине, твердой и пыльной головне, фузариозу.

Поэтому первостепенной задачей является поддержание и всесторонняя оценка коллекций дикорастущих сородичей пшеницы и реликтовых форм. Однако, существует лишь небольшое число сородичей, чьи хромосомы способны конъюгировать с хромосомами пшеницы и, следовательно, чьи полезные гены могут быть переданы ей обычными селекционными методами. Для большинства же необходимо использование специальных приемов геномной и хромосомной инженерии с тем, чтобы их генетическое разнообразие преобразовать в форму, доступную для традиционной селекции (Sears, 1972; Feldman, Sears, 1981; Knott, 1987; Feldman, 1988). Для обогащения генофонда и создания принципиально новых сортов важнейшей задачей должно стать решение проблемы “конструирования” новых растений на основе методов генетической и хромосомной инженерии (Семенов, 2003). Генофонд диких сородичей - богатейший резерв хозяйственно-ценных признаков мягкой пшеницы. Лучшими по устойчивости к листовой, желтой ржавчинам и мучнистой росе являются виды Ae. speltoides (геном S) , Ae. triaristata (UMr), Ae. recta (UMrN), Ae. caudata (C). Результаты оценки в целом говорят о положительном влиянии на эти признаки геномов U, S и С, и отрицательном - генома D. Сегодня в мире в значительной степени виды эгилопсов используются в интрогрессивной гибридизации продовольственной пшеницы В Краснодарском НИИ им.П.П.Лукьяненко получены линии с большим полиморфизмом по хозяйственно-биологическим признакам., сочетающие комплексную устойчивость к болезням и хлебопекарными качествами Созданы новые сорта озимой мягкой пшеницы Жировка, Фишт, Восторг и Евгения с их характеристиками (устойчивость к болезням, сочетание высокой продуктивности с высокими технологическими свойствами зерна) подтверждают перспективность использования синтетических форм в качестве «мостиков» для передачи полезных признаков диких сородичей мягкой пшенице. Белорусскими учеными предложен и экспериментально проверен новый способ расширения и улучшения генофонда тритикале посредством интрогрес-сии генетического материала Aegilops L. в геном гексаплоидных тритикале. Впервые в качестве генетического мостика при переносе чужеродного материала эгилопса использовали геномно-замещенные формы пшеницы Авролата (AABBUU), Аврозис (AABBSshSsh) и Авротика (AABBM^1), у которых геном D мягкой пщеницы Аврора замещен соответственно на геномы Ae. umbellulata, Ae. sharonensis и Ae. mutica. Данные формы пшеницы были созданы Е.Г. Жировым в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко Среди признаков геномно-замещенных форм, определяющих их значение для селекции важное значение имели устойчивость к различным видам ржавчины, мучнистой росе, а также повышенное содержание белка и выполненную по всей длине соломину. Дан-

ные формы являются более удобным объектом для переноса генетического материала Aegilops £. в тритикале, так как в данном случае включение чужеродного материала в геном гексаплоидных тритикале происходит с большей вероятностью, чем при скрещивании непосредственно с дикими видами. Кроме того, для передачи генетического материала от геномно-замещенных форм можно исключить программу беккроссирования, необходимую при традиционных методах передач

КАЧЕСТВО ЗЕРНА И ПРОДУКТОВ ИЗ НЕГО

Зерно эгилопсов характеризуется высоким содержанием белка - от 19 до 34% на сухое вещество, превышая мягкую пшеницу в 1,5-2,5 раза. Показатель микроседиментации (БЭБ) варьирует от 1,8 до 9,5 мл при 4,1 мл у пшеницы. Хлебопекарные качества зерна мягкой пшеницы определяются сложным комплексом генов, локализованных в субгеноме Э, привнесенном в геном пшеницы от Ae.tauschii (Конарев,1980). В сущности пшеница стала хлебной культурой лишь после того как геном ее предковой формы соединился с геномом этого вида эгилопса. Практически все полиплоидные виды эгилопса, имеющие геном Э, также обладают хлебопекарными свойствами; ими обладают и синтетические амфидиплоиды, полученные с участием этого генома (Конарев,1993 и др.). Сущность положительного влияния генома Э на хлебопекарные свойства состоит в том, что он кодирует благоприятный состав проламинов, и особенно высокомолекулярных субъединиц глютенина. Хромосома 5Э кодирует выработку липопротеида, содержащего дигалактозилдиглицерид - наиболее эффективного фактора, обеспечивающего прочность и эластичность теста, его газоудерживающую способность, объем хлеба и т.д. Особенный интерес представляет характерный для генома Э дуплет медленных в электрофорезе компонентов омега-89 глиадина, контролируемый Ш хромосомой. Этому дуплету, как и, в целом, геному Э, сопутствуют эластичная клейковина и хлебопекарные качества муки. Все формы гексаплоидной пшеницы и виды эгилопса с геномом Э и омега-89 глиадинами обладает хлебопекарными свойствами.Дублет омега-89 обнаружен также у видов эгилопса Ae.umbellulata (геном и, 2п=14), Ae.comosa (геном М, 2п=14) и их полиплоидных производных. Предполагается, что этот дуплет маркирует в геномах И и М хромосому, гомеологичную хромосоме Ш, которая вносит главный вклад в проламины хлебопекарной муки.Состав клейковинных белков у Ae.tauschii и производных от него полиплоидных видов пшеницы и эгилопса обусловливает высокое содержание нерастворимой клейковинной фракции Р0, и пониженное содержания фракции Р2, богатой глиади-нами, благодаря чему отношение глиадин : глютенин низкое, близкое к мягкой пшенице. Подобные же показатели имеет клейковина видов Ae.sharonensis и Ae.longissma - предполагаемых доноров субгенома В пшеницы. Принадлежащий к той же секции Ae.speltoides (донор субгенома О подрода Boeoticum) имеет слабую клейковину, что связано с низким содержанием в ней нерастворимой фракции белка Ро (3,7%) и высоким содержанием фракции Р2. В целом клейко-

винные белки секции Sitopsis практически лишены альфа-глиадинов.(По Р.Л.Богуславскому и Голик 2006г.)Из всех диплоидных видов эгилопса самые высокие показатели агрегации клейковинных белков в слабых растворах уксусной кислоты при добавлении фосфатного буфера (pH 5,6), содержащего 2М NaCl, отмечены у Ae.tauschii, самые низкие у Ae.bicornis (Конарев с сотр. 1993г.).Вообще же практически все виды и формы рода Aegilops содержат клейковинные белки и дают хороший выход клейковины, что служит дополнительным свидетельством близости эгилопса и пшеницы. Из полиплоидных видов эгилопса особенно выделяется Ae.ventricosa (DN), унаследовавший высокое содержание белка в зерне, по-видимому, от Ae.uniaristata (геном Un), а качество клейковины от Ae.tauschii (Семенова, Мигушова, Девяткина 1973; Бочев, Дон-чева 1976).Учитывая изложенное, работами сотрудников ВИР (1973-2002), а также Р.О.Давояном( 2006), И.Ф.Лапочкиной (1997) установлено, что улучшения клейковины и хлебопекарных свойств мягкой пшеницы можно добиться переносом (путем гибридизации или генноинженерных манипуляций с ДНК в сочетании с аллополиплоидной селекцией) генов, кодирующих высокомолекулярные субъединицы, от некоторых видов эгилопса, в частности от Ae.umbellulata. От Ae. tauschii в T. aestivum интрогрессированы гены устойчивости к бурой ржавчине Lr21, Lr22, Lr32, Lr33, Lr39, Lr41, Lr42, Lr43. Устойчивость к стеблевой ржавчине была обнаружена у Ae. caudata.

Самый высокий уровень устойчивости к церкоспореллезу имеет сорт Roa-zon, который получен во Франции методом интрогрессивной гибридизации между T. aestivum Ae. Ventricosa Dhaliwel обнаружил невысокую устойчивость к темно-бурой листовой пятнистости. Ранее Bailey выделил линию Ae. ovata с высокой устойчивостью к Bipolaris sorokiniana.. В Селекционно - генетическом институте Украинской Академии Аграрных наук в результате скрещиваний культурной пшеницы с Ae. cylindrica созданы линии озимой мягкой пшеницы обладающие устойчивостью к мучнистой росе, бурой и стеблевой ржавчине, твердой и пыльной головне, фузариозу СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬ

Образцы в пределах Ae.tauschii различаются по солеустойчивости, причем эти различия передавались амфидиплоидам, синтезированным из устойчивых образцов Ae.tauschii и чувствительных сортов твердой пшеницы. В целом устойчивость амфидиплоидов была выше, чем исходной пшеницы (Schachtman, Lagudah, Munns 1992). Предполагается два механизма солевыносливости у Ae.tauschii: 1) низкое накопление ионов натрия, не зависящее от роста отдельных листьев и поэтому регулируемое корневой системой; 2) разделение ионов в листьях, повышающее способность выдерживать высокие концентрации ионов натрия в листьях (Schachtman, Munns 1992).

+В частности, предполагается, что геном D может обеспечивать растениям Aegilops L. более высокую солеустойчивость (Gorham, 1987).

Несмотря на то, что многие виды Aegilops L. произрастают на почвах с повышенным содержанием солей, практически отсутствуют данные о солеустойчи-вости этих растений. На территории между Кизилташским и Витязевским лиманом на побережье Соленого озера нами собраны образцы Ae.cylindrica, произрастающие на почвах, содержащих соли NaCl в огромной концентрации- 57% на 1л Н2О.

Из литературных источников известно, что образцы в пределах Ae.tauschii различаются по солеустойчивости, причем эти различия передавались амфидип-лоидам, синтезированным из устойчивых образцов Ae.tauschii и чувствительных сортов твердой пшеницы. В целом устойчивость амфидиплоидов была выше, чем исходной пшеницы (Schachtman, Lagudah, Munns 1992). Предполагается два механизма солевыносливости у Ae.tauschii: 1) низкое накопление ионов натрия, не зависящее от роста отдельных листьев и поэтому регулируемое корневой системой; 2) разделение ионов в листьях, повышающее способность выдерживать высокие концентрации ионов натрия в листьях (Schachtman, Munns 1992).

Высокой солеустойчивостью обладает Ae. cylindrica (2n=28, геном CD) , причем эта устойчивость успешно передана мягкой пшенице путем беккросов (Fa-rooq, Igbal, Asghar, Shah 1992). Положительное влияние генома D на солеустой-чивость эгилопсов подтверждается у полиплоидных видов, содержащих геном D: Ae. ventricosa (2n=28, геном DN), и Ae. crassa (2n=28, геном DM). Как солеустойчивые отмечены также Ae. kotschyi (2n=28, геном US) и Ae. sharonensis (2n=14, геном B ). Все эти виды рекомендуются в качестве источников соле-устойчивости для селекции (Xu X. et al. 1993). Из наших данных следует, что высокие концентрации NaCl (1%) снижали накопление биомассы по сравнению с контролем на 30%- 40% в образцах Ae. tauschii (k-674, 677), Ae. umbellulata (к-3338, 3287), Ae. cylindrica (k-676) Ae. aucheri (k-2283). В других образцах наблюдалось более значительное снижение биомассы, так для Ae. cylindrica к-1260 на 70 %, а для Ae. sharonensis (k-3258) к-3258 на 86%. Однако последующее увеличение NaCl в среде (3%) практически не вызывало дальнейшего ингибирования роста проростков. Во всех образцах содержание ионов Na+ в надземной части растений значительно увеличивалось по сравнению с контролем. в отличие от натрия, содержание ионов К+ в большинстве образцов возрастало, но в образцах - Ae. tauschii (k- 677), Ae. aucheri (k-2283) несколько снижалось, а в образце Ae. cylindrica (k-676) не изменялось по сравнению с контролем. Из результатов по изменению накопления биомассы и содержания ионов в образцах одного и того же вида следует, что для эгилопсов характерно внутривидовое разнообразие. Этот факт представляет значительные трудности для выявления устойчивого вида в целом. Тем не менее анализ полученных данных позволил нам выделить солеустойчивые образцы Ae. tauschii (k-674, 677), Ae. cylindrica (k-676), содержащие геном D, наименее устойчивым оказался образец Ae. sharonensis (k-3258).

Таким образом, подтверждается гипотеза Gorham J. о том, что наличие генома D может быть связано с более высокой солеустойчивостью Aegilops L. Как видно из вышеизложенного материала использование диких родичей пшеницы в селекционной работе современными методами позволит добиться значительных результатов в получении высококачественной продукции продовольственной пшеницы не прибегая к использованию ГМО что обеспечит высококачественную и экологически чистую продукцию для питания.

Л.И. Шашилова

РОЛЬ ЗЕЛЕННЫХ КУЛЬТУР В ПИТАНИИ И ПРОФИЛАКТИКЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ

ГНУ ВИР Росселъхозакадемии, Санкт-Петербург, Россия,

Lar_sh_2006@mail.ru

К зеленным культурам относят овощи выращиваемые на зелень - салат, укроп, шпинат. Хлорофилл, придающий зеленый цвет растениям, по химической структуре близок к гемоглобину крови и родство это не только химическое. Различные препараты хлорофилла, а также зеленные овощи богатые этим ферментом издавна применяли в медицине для усиления кроветворения. Все зеленные кроме пищевого имеют еще и лечебное свойство.

Салат-латук одно из самых древних культивируемых растений, получил свое название «латук», а его сок и сейчас называют млечным, так как густой белый сок латука напоминает по виду молоко (по латыни «Lac»). Г ликозид лактуцин, содержащийся в млечном соке, придает пикантную горечь, благотворно действует на нервную систему, улучшает сон, нормализует работу желудка и укрепляет стенки сосудов. О целебности этого сока, содержащегося в жилках листьев салата, врачи узнали еще до нашей эры. А в начале нашей эры римский врач Г ален писал: "Когда я начал стареть и хотел хорошенько выспаться, я мог себе доставить покой, только съедая на ночь порцию латука".Кроме лактуцина салат содержит углеводы, жиры, азотистые вещества, витамины - тиамин, каротин, аскорбиновую кислоту, рибофлавин, токоферол, а по наличию витаминов Е и К салат занимает первое место среди овощей. Кроме того, он богат минеральными веществами, в нем содержится более 50 химических элементов (от 7 до 19 % сухой массы, что является одним из самых высоких показателей среди овощей), среди них минеральные соли калия, железа, магния, соли фосфорной кислоты, йод. По содержанию железа он занимает третье место, уступая шнитт-луку и шпинату, а по содержанию магния - гороху и кольраби.

Шпинат огородный — это общеизвестное культурное овощное растение. В настоящее время он широко распространен в Западной Европе, Америке, Японии. К сожалению, у нас ему уделяют незаслуженно мало внимания. Шпинат воспринимается как лечебное растение и не без основания. Его листья являются носителями важных минеральных веществ: №, К, Са,Mg; витаминов