Генетична диференціація культурного ячменю (hordeum vulgare l.) за альтернативними біохімічними ознаками - Автореферат

Одним з підходів, що дозволяє забезпечити успішне вирішення цих проблем є використання поліморфних систем білків та ізоферментів як маркерів цінних ознак у селекції, і який здатний значно прискорити отримання перспективних форм рослин (Созинов А.А., 1985). Описано використання поліморфізму кореневої супероксиддисмутази (локус Sod S) для підвищення продуктивності ячменю на грунтах з низькою кислотністю, та селекції на посухостійкість (Лінчевський А.А., 1996). Разом з тим, залишились нерозвязаними окремі проблеми генетичного контролю кількісних ознак, характеру їх успадкування, а також вивчення впливу кліматичних факторів на рівень прояву тих з них, що визначають продуктивність та пивоварну цінність ячменю. У звязку із вище вказаним залишається актуальною можливість застосування методів електрофорезу запасних білків і ізоферментів у поліакриламідному гелі для дослідження їх поліморфізму та пошуку спряженості білкових варіантів з рівнем прояву кількісних господарсько цінних ознак для подальшого їх використання як генетичних маркерів у селекції. Метою даної роботи було дослідити поліморфізм гордеїнів у разі їх розділення в кислому поліактиламідному гелі, вивчити поліморфізм a-і b-амілазних локусів у ярого ячменю, а також встановити звязки між поліморфними білками та господарсько цінними ознаками, що дозволило б розробити маркерні системи біохімічних ознак для пивоварної оцінки та використовувати їх надалі в селекційній практиці.Для встановлення генетичного контролю гордеїнів, глютелінів і а-амілази в ячменю аналізували поліморфні самозапилювані популяції старших поколінь (F®?), якими є сорти Красноуфімський 95, Дерибас, Productiv і Trebi, генетичні маркерні ліній - мутанти з пригніченим синтезом гордеїнів Riso 1508 і Riso 56, їх батьківські сорти Вомі та Carlsberg II відповідно, та деякі інші форми і лінії. Проте, ідентифікація алелів гордеїнів у даному випадку має ряд обмежень: не завжди вдається ідентифікувати варіанти F-гордеїнів, крім цього виникають труднощі щодо ідентифікації блоків, які відрізняються за рухливістю мінорних компонентів. На треку гордеїнів із ?-меркаптоетанолом у мутанта Riso 56, у якого не синтезуються В-гордеїни, не виявляються білки, які контролює локус Hrd B, як і на гелі етапу І, а гель етапу ІІ виявився порожнім. Позначені нами як Glu 1, Glu 2 i Glu 3 локуси виявляли по два алельні варіанти, що визначали зміни в рухливості пари компонентів (Glu 1), присутність двох або трьох рухливіших компоненів (Glu 2), або присутність одного чи двох компонентів (Glu 3) у відповідних ділянках спектру. Шляхом аналізу колекції сортів було виявлено 32 варіанти в локусі Hrd В, та 4 відомі в локусі Hrd F - F1, F2, F3, F0.Встановлено можливі звязки між алельними варіантами поліморфних білків (ізоферментів) та кількісними господарсько цінними ознаками в ячменю, що дозволяє використовувати їх як маркери в селекційній практиці. Встановлено зчеплення між проламіновими маркерами хромосоми 5 ячменю і двома, із трьох виявлених, локусами, які кодують глютеліни Glu 1, Glu 2 і Glu 3. Серед 173 зразків колекції ярого ячменю ідентифіковано 28 алелів у локусі Hrd Серед 212 сортів ярого ячменю знайдено дванадцять алелів у локусі Amy 1 та чотири - в локусі Amy 2. Генетичний поліморфізм ?-амілази (локус Bmy 1) в культурі ярого ячменю, за даними аналізу 557 сортів, складав три алельні варіанти BMY 1Ar, Br, Al.

Основний зміст роботи

У результаті виконаної роботи проведено диференціацію культурного ячменю за альтернативними біохімічними ознаками - запасними білками зерна та ізоферментами ?- і ?-амілаз. Встановлено можливі звязки між алельними варіантами поліморфних білків (ізоферментів) та кількісними господарсько цінними ознаками в ячменю, що дозволяє використовувати їх як маркери в селекційній практиці.

1. Показано, що поліакриламідний гель при РН 3,1 є оптимальним для ідентифікації алельних варіантів гордеїнів. Шляхом двоетапного одномірного електрофорезу в ПААГ, у мутантах із пригніченим синтезом проламінів Riso 56, Riso 1508 та їх батьківських сортах - Carlsberg II і Bomi, підтверджена приналежність компонентів цих білків до блоків A, B і F гордеїнів.

2. Встановлено зчеплення між проламіновими маркерами хромосоми 5 ячменю і двома, із трьох виявлених, локусами, які кодують глютеліни Glu 1, Glu 2 і Glu 3. Розташування локусів на генетичній карті хромосоми 5: (5S) Hrd B - Hrd A - Glu 1 - Glu 2 (5L). Аналіз двох самозапилених популяцій (F®?) показав, що рекомбінація між гордеїновими локусами Hrd A і Hrd B коливалась від 22,41±3,34% до 14,02±2,34%.

3. Серед 173 зразків колекції ярого ячменю ідентифіковано 28 алелів у локусі Hrd A і 32 - у локусі Hrd B. Пять варіантів HRD А і три варіанти HRD B раніше не описані. Виявлено чотири та два підваріанти в найбільш поширених алелях HRD А2 (58,1%) і HRD A1 (7,2%), відповідно.

4. Серед 212 сортів ярого ячменю знайдено дванадцять алелів у локусі Amy 1 та чотири - в локусі Amy 2. Генетичний поліморфізм ?-амілази (локус Bmy 1) в культурі ярого ячменю, за даними аналізу 557 сортів, складав три алельні варіанти BMY 1Ar, Br, Al. Варіанти AMY 1, AMY 2 і BMY 1 мають різну частоту зустрічання, що повязано з їх адаптивними властивостями.

5. На географічне розповсюдження варіантів ?-амілази в ярого ячменю основний вплив мають кліматичні характеристики регіону. На частоту зустрічання алелю BMY 1Br здебільшого впливає температурний фактор. Геногеографія алелю BMY 1Ar обумовлена дією двох кліматичних факторів - температури та вологозабезпеченості.

6. У селекції ярого пивоварного ячменю доцільно вести відбір на користь варіанту BMY 1Br, якому відповідають: низький вміст білка в зерні, висока амілолітична активність і, відповідно, більша екстрактивність солоду. В селекції кормового ячменю доцільніше вести відбір алелю BMY 1Ar.

7. В комбінації F7-8 Одеський 115 ? Гольф із використанням RAPD-маркерів і ізоферментів виявлено дві групи зчеплення 1S і 4L, які включали локуси Est 5 (Естераза 5) i Bmy 1 (?-?мілаза 1), відповідно. Знайдено молекулярний маркер тісно зчеплений з геном, що кодує ?-амілазу.

8. Виявлено звязок алелів у локусах Amy 2, Bmy 1, Sod S i Est 12 з наступними показниками технологічних властивостей зерна ячменю: вмістом білка, екстрактивністю, а-амілолітичною акивністю, плівчастістю та індексом пивоварної цінності.

9. Розбіжності в описі варіантів гордеїнів, ?- і ?-амілази в деякий сортів, що належать до різних колекцій, підтверджує необхідність реєстрації нових сортів ячменю за біохімічними молекулярними маркерами шляхом аналізу еталонних зразків, отриманих від селекціонерів. Така паспортизація нових сортів за біохімічними маркерами може бути реалізована в насінництві для контролю сортової чистоти.

Публікації за матеріалами дисертаційної роботи

1. Vronska O., Chaplya A. Relation of Hordeins Spectra with Genetic Resistance of Spring Barley to Powdery Mildew // Proc. International Conf. «Protection of Cereal Crops against Harmful Organisms» (Kromeriz, 1-4 July 1997). - Kromeriz (Nzech Rep.), 1997. - P. 77.

2. Chaplya A.E., Rybalka O.I. Two-step one-dimentional acid-page elctrophoresis of hordein - barley storage protein // Proc. Conf. on genetics and molecular biology for students and young scientists devoted to 100-th anniversary of genetics (Lviv, 20-22 Apr. 2000). - Lviv (Ukraine), 2000. - P. 115.

3. Kopchyk Z., Marukhnyak A., Kosylovich G., Chaplya A. Breeding development spring barley varieties in the Western Region of Ukraine // Proc. VIII-th International Barley Genet. Symp. (Barley Genetics VIII) (Adelaide, 22-27 Oct. 2000). - Adelaide (Australia), 2000. - Vol. 3. - P. 27-29.

(Особистий внесок здобувача - участь у проведенні досліджень, опрацювання та аналіз експериментальних даних, написання та оформлення тез доповіді).