WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Генетическое изучение признаков, определяющих морфологию колоса и структуру эндосперма зерновки пшеницы (triticum aestivum l.), интрогрессированных от aegilops speltoides tausсh. генетика –

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Симонов Александр Владимирович

Генетическое изучение признаков, ОПРЕДЕЛяющих морфологию колоса и структуру эндосперма зерновки пшеницы (Triticum aestivum L.), интрогрессированных от Aegilops speltoides Tausсh.

Генетика – 03.02.07

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата биологических наук

Новосибирск 2010

Работа выполнена в лаборатории хромосомной инженерии злаков Учреждения Российской академии наук Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Пшеничникова Т. А. Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Цильке Р. А. Новосибирский государственный аграрный университет, г. Новосибирск доктор сельскохозяйственных наук Стёпочкин П. И. Сибирский НИИ растениеводства и селекции, г. Новосибирск
Ведущее учреждение: ГНЦ РФ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства имени Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится "__24__" __ноября__ 2010 г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук (Д 003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу:

Проспект акад. Лаврентьева 10, г. Новосибирск, 630090.

Тел/факс: (383) 333-12-78, e-mail: dissov@bionet.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан "_____" ______________ 2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Хлебодарова Т. М.

Актуальность проблемы.

Мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) является аллогексаплоидным видом, сочетающим в себе три генома диких диплоидных злаков (AABBDD). Подобно мягкой пшенице такой же сложный геном имеют спельта (T. spelta L.), шарозёрная пшеница (T. sphaerococcum Perciv.) и пшеница компактум (T.compactum Host). Они являются ближайшими родственниками. Эти пшеницы были разделены на виды Карлом Линнеем благодаря некоторым признакам колоса (Гончаров, 2002). Современные исследования показали, что признаки, выбранные им для классификации, контролируются небольшим числом генов. В Каталоге генных символов пшеницы данные гены приведены в разделе «большой морфологии» (McIntosh et al., 2003). У шарозёрной пшеницы локализована полная серия ортологичных генов шарозёрности S в хромосомах третьей гомеологической группы (Maystrenko et al., 1998), картированных в прицентромерных районах (Salina et al., 2000). Ген C, вызывающий компактность колоса и низкорослость растения, локализован у различных образцов пшеницы компактум в хромосоме 2DL (McIntosh et al., 2003). Спельта характеризуется удлинённым рыхлым колосом с жёсткими колосковыми чешуями, плотно прилегающими к колосовому стержню, она трудно обмолачивается. У T. spelta известен лишь один локус Q в хромосоме 5AL, вызывающий образование характерного колоса. Таким образом, для признаков компактоидности и спельтоидности ещё предстоит найти недостающие ортологичные гены в гомеологичных хромосомах.

Благодаря лёгкому обмолоту колоса мягкая пшеница получила широчайшее распространение. Таким образом, ген, определяющий лёгкий обмолот, приобрёл доместикационное значение. Эту важную роль многие исследователи приписывают аллелю гена Q, который, помимо характера обмолота, плейотропно контролирует ряд других признаков: плотность и длину колоса, время колошения и цветения, высоту растения. Из недавних молекулярных работ известно, что ген Q относится к семейству генов APETALA2, найденных у большого числа растений и контролирующих развитие цветка (DeFaris et al., 2003).

В качестве метода обогащения генофонда мягкой пшеницы, например, по устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам, можно использовать отдалённую гибридизацию. Для передачи новых ценных признаков мягкой пшенице, а также для установления эволюционных взаимосвязей её с другими видами создаются линии с генетическим материалом других видов. Это могут быть линии с замещёнными или добавочными хромосомами, интрогрессивные линии с фрагментарными вставками участков хромосом разного размера. Источником ценных признаков может служить Aegilops speltoides Tausch – диплоидный злак, вероятный донор геномов B и G полиплоидных пшениц. С использованием этого донора создана серия интрогрессивных линий мягкой пшеницы «Арсенал» на основе сорта Родина (Лапочкина, Волкова, 1994). Образцы этой коллекции обладают устойчивостью к фитопатогенам, характеризуются новыми морфологическими и физиологическими чертами. В частности, у образцов данной коллекции найдены новые гены опушения листовой пластины Hl2, безвосковости колоса W2I, новые аллели окраски колоса Rg1 и запасных белков Gli-B1 (Пшеничникова и др., 2005).



Мягкую пшеницу в основном выращивают для продовольственных целей. Хлебопекарные свойства муки являются основными характеристиками, на основании которых сорта делятся на сильные, ценные, сорта-филлеры с посредственными свойствами, а также слабые. Из муки сильных и ценных сортов получается качественный дрожжевой хлеб. Перенося гены родственных видов, можно повысить содержание белка в зерне и передать другие ценные хлебопекарные свойства пшенице.

Целью работы стала характеристика генов, интрогрессированных в мягкую пшеницу от дикого диплоидного злака Ae. speltoides Tausch., определяющих морфологию колоса, тип развития и структуру эндосперма зерновки, а также выявление их взаимодействия с известными аналогичными генами мягкой пшеницы.

Для её достижения были поставлены следующие задачи:

  • установить характер генетического контроля спельтоидности и остистости колоса, а также озимости у интрогрессивной линии 84/98w в новой генотипической среде, используя гибридизацию с образцами мягкой пшеницы;
  • определить хромосомную локализацию интрогрессированных генов, контролирующих морфологию колоса и тип развития растения, в пределах генома мягкой пшеницы с помощью моносомного анализа;
  • изучить характер взаимодействия интрогрессированного гена, определяющего спельтоидную форму колоса, с известными аллелями гена Q, детерминирующего морфологию колоса мягкой пшеницы и T. spelta;
  • исследовать особенности конъюгации хромосом в мейозе у гибридов между линиями, имеющими интрогрессию от Ae. speltoides, образцами T. spelta, сортами и моносомными линиями мягкой пшеницы;
  • исследовать влияние интрогрессии от Ae. speltoides на структуру эндосперма зерновки мягкой пшеницы.

Научная новизна. В настоящей работе:

  • впервые найдены и охарактеризованы новые гомеоаллельные гены QS и Ha-Sp, интрогрессированные от Ae. speltoides, один из которых относится к «генам большой морфологии» злаков, а другой определяет структуру эндосперма зерновки пшеницы;
  • впервые обнаружено аддитивное действие генов гомеоаллельной серии Q (спельтоидности), отвечающих за морфологию колоса;
  • показана избирательность передачи рекомбинантных хромосом при образовании гамет в мейозе у гибридов F1, полученных от скрещивания интрогрессивной линиии 84/98w с образцами мягкой пшеницы и спельты;
  • охарактеризовано взаимодействие нового доминантного аллеля интрогрессивного гена мягкозёрности с известным рецессивным аллелем локуса Ha мягкой пшеницы, влияющего на структуру эндосперма.

Практическая значимость работы. Пополнение семейства ортологичных генов пшеницы позволяет создавать формы с более широкой градацией проявления признаков колоса и структуры эндосперма зерновки. Это позволяет увеличить генетическое разнообразие мягкой пшеницы по хозяйственно-ценным признакам и удовлетворить запросы селекционеров при отборе адекватно меняющимся условиям среды и требованиям сельскохозяйственного производства.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Гену Q, плейотропно влияющему на форму колоса, время цветения, длину колосоножки и характер обмолота, и относящемуся к генам «большой морфологии», свойственен множественный аллелизм. Это доказывается обнаружением гена QS, определяющего спельтоидную форму колоса, интрогрессированного от Ae. speltoides в мягкую пшеницу. Он эффективен в гетеро- и гемизиготном состоянии.
  2. Гены Q от T.spelta и QS от Ae. speltoides взаимодействуют по типу сверхдоминирования, проявляющегося в формировании у гетерозиготных растений суперспельтоидных колосьев с увеличенной длиной и числом колосков.
  3. Новый ген мягкозёрности Ha-Sp, интрогрессированный от Ae. speltoides в мягкую пшеницу, изменяет структуру эндосперма у твердозёрных сортов и позволяет создавать формы с промежуточным проявлением признака твердозёрности.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены постерным докладом на Международном совещании Европейского общесва по изучению генетики злаков (EWAC) (май 2007, Стамбул, Турция); постерным докладом на отчётной сессии ИЦиГ (февраль 2008, Новосибирск); устным докладом на Международной конференции «Научное наследие Н.И. Вавилова – фундамент развития отечественного и мирового сельского хозяйства» (ноябрь 2008, Москва); устным и постерным докладами на Германо-Российском форуме по биотехнологии (июнь 2009, Новосибирск), постерным докладом на Международной конференции «Генетика, геномика и биотехнология растений» (июнь 2010, Новосибирск).

Структура и объём работы. Диссертация содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение, заключение, выводы, список литературы. Работа изложена на 115 страницах, содержит 26 рисунков и 26 таблиц, список используемой литературы включает 83 ссылки, из них 22 на русскоязычные источники и 61 на зарубежные.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, из них 2 статьи – в научных журналах, в которых по требованию ВАК Минобразнауки России должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени доктора и кандидата по биологическим наукам.





Вклад автора. Основные результаты получены автором самостоятельно. Цитологический анализ моносомных гибридов проводился совместно с к.б.н. Пшеничниковой Т.А. и при научной поддержке к.б.н. Галиевой Э.Р. Микрофотографии получены в ЦКП микроскопического анализа биологических объектов при помощи Алёшиной Т.Е. Анализ мукомольных свойств зерна был выполнен в технологической группе ИЦиГ.

Благодарности. Выражаю благодарность Ермаковой М.Ф., Чистяковой А.К., Щукиной Л.В. и Морозовой Е.В. за активное содействие и обсуждение полученных данных, к.б.н. Галиевой Э.Р. за консультацию и обсуждение цитологических данных и Алёшиной Т.Е. за помощь в фотографировании цитологических препаратов. Выражаю признательность д.б.н. Цильке Р.А. к.б.н. Смирновой О.Г., к.б.н. Адониной И.Г. и к.б.н. Левитесу Е.В. за рецензирование данной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальная работа была выполнена в лаборатории хромосомной инженерии злаков ИЦиГ СО РАН.

Материал выращивался в условиях гидропонной теплицы ИЦиГ СО РАН (г. Новосибирск) в осеннюю и весеннюю вегетации 2005 - 2009 годов с соблюдением необходимого режима яровизации, а также при озимом посеве в НИИСХ ЦРНЗ (Немчиновка, Московская область) в 2005 и 2006 годах.

Линии мягкой пшеницы из коллекции «Арсенал» с интрогрессиями от Ae. speltoides были предоставлены их создателем – Лапочкиной Инной Фёдоровной (НИИСХ ЦРНЗ, Немчиновка). Объектом исследования послужила интрогрессивная линия 84/98w из коллекции «Арсенал». От реципиентного сорта Родина она отличается озимым типом развития, спельтоидным остистым колосом и полустекловидным эндоспермом зерновки. В качестве тестеров были использованы яровые (73/00i и 76/00i) и озимые (32/98w и 75/98w) линии из этой коллекции, а также образцы спельты, сорта мягкой пшеницы и их моносомные линии. Образец T. spelta k-24724 получен из коллекции ВИР. Образцы T. spelta 1220029 и Grey, а также замещённая линия CS/T.spelta 5A были предоставлены Энтони Ворландом из Центра Джона Иннеса (Норидж, Великобритания). Моносомные линии сортов Саратовская 29 и Диамант 2 (далее С29 и Дм2) поддерживаются в секторе генетики качества зерна ИЦиГ СО РАН.

Предметом исследования стали такие признаки, как форма колоса, остистость, тип развития и структура эндосперма, интрогрессированные в мягкую пшеницу от Ae. speltoides. У созревших колосьев определялись число колосков, длина колоса, длина самого длинного членика колоса (мм), а также вычислялся индекс плотности (отношение числа колосков к длине колоса, умноженное на 10). Фиксировались остистость/безостость растения, а также дата цветения, если таковое наступало в течение вегетации, иначе растение считалось озимым.

Для оценки результатов генетического анализа были использованы следующие статистические методы: оценка соответствия фактического расщепления на фенотипические классы теоретическому в F2 по критерию 2, двухфакторный дисперсионный анализ популяций F1 и достоверность корреляционных взаимодействий в F2 по Пирсону. Также изучено распределение фенотипов в F2. Для оценок использовался статистический пакет StatGraphics 5.0 и MS Excel.

Популяции гибридов изучались цитологически на временных давленых ацетокарминовых препаратах в метафазе I мейоза.

Для определения технологических качеств зерна, унаследованных от Ae. speltoides, были использованы цитологически проанализированные потомки F3 гибридов моносомных линий по хромосоме 5А твердозёрных сортов С29 и Дм2 с линией 84/98w. Мукомольные показатели изучали в соответствии с методиками, принятыми в России для сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1988). Изучали следующие параметры: массу 1000 зёрен (г), общую стекловидность (%), удельную поверхность частиц муки (см2/г) и диаметр частиц муки (мк). Для образца Ae. speltoides два последних параметра не определяли в связи с нехваткой нужного количестве зерна.

Результаты

Генетический анализ признаков, интрогрессированных от Aegilops speltoides Tausch в мягкую пшеницу и детерминируемых генами хромосомы 5А

Характерной особенностью линии 84/98w, отличающей её от сорта Родина, является спельтоидная форма колоса, а также остистость и озимый тип развития (рис. 1). Известно, что на хромосоме 5A мягкой пшеницы расположены гены, контролирующие эти признаки. Они картированы в длинном плече в следующем порядке от центромеры: ген яровости Vrn-A1, формы колоса Q и ингибитор остистости B1 (Kato et al, 1998). Есть примеры, когда замещение этой хромосомы привело к изменению фенотипа растения. Так, замещение хромосомы 5A у сорта Chinese Spring на гомологичную хромосому образца T.spelta Grey (Law et al., 1976) привело к появлению раннеспелой спельтоидной линии (рис. 1).

Сорт Родина имеет только один доминантный ген яровости Vrn-A1, но линия 84/98w унаследовала озимый аллель от Ae. speltoides. Это подтверждается расщеплением на яровые и озимые растения популяций F2 изучаемой озимой линии 84/98w с яровыми образцами. Так, расщепление F2 73/00i 84/98w по этому признаку составило 98 : 34 (3 : 1; 2=0,17; P>0,5).

Гибриды F1 спельтоидной линии 84/98w с сортом С29 и неспельтоидными линиями из коллекции «Арсенал» имели спельтоидную форму колоса. В таблице 1 представлены результаты расщепления по форме колоса в популяциях F2 при скрещивании её с неспельтоидными образцами пшеницы. Во всех случаях данные свидетельствуют о том, что спельтоидная форма определяется одним доминантным геном, интрогрессированным от Ae. speltoides.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.