Поліморфізм високомолекулярних глютенінів в селекції озимої м’якої пшениці на якість зерна для умов лісостепу України - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук Поліморфізм високомолекулярних глютенінів в селекції озимої мякої пшениці на якість зерна для умов лісостепу УкраїниРобота виконана в Інституті рослинництва ім. Науковий керівник - кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Панченко Іван Архипович, Інститут рослинництва ім. Офіційні опоненти: - доктор сільськогосподарських наук, професор Базалій Валерій Васильович, Херсонський державний аграрний університет, завідувач кафедри рослинництва, генетики, селекції та насінництва; кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Щипак Геннадій Васильович, Інститут рослинництва ім. Захист відбудеться "4" березня 2008 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 при Інституті рослинництва ім.Метою досліджень було визначення інформаційної цінності алельних варіантів високомолекулярних глютенінів для підвищення ефективності добору цінних генотипів в селекції озимої мякої пшениці на якість зерна та надійності ідентифікації і паспортизації генофонду. Для досягнення поставленої мети вирішували такі завдання: - виявити взаємозвязок між варіантами блоків високомолекулярного глютеніну і технолого-біохімічними показниками якості зерна озимої мякої пшениці; визначити характер успадкування алельних варіантів високомолекулярних глютенінів при внутрішньовидовій гібридизації озимої мякої пшениці; виявити прояв алельних варіантів високомолекулярних глютенінів у родоводі сортів озимої мякої пшениці, створених в селекційних установах України і Росії; охарактеризувати сорти світового генофонду озимої мякої пшениці за частотою зустрічальності алельних варіантів високомолекулярних глютенінів;Інформаційну цінність алельних варіантів високомолекулярних глютенінів вивчали на гібридному і лінійному матеріалі. З багатьох літературних джерел відомо, що склад субодиниць високомолекулярного глютеніну надійно маркує технолого-біохімічні показники якості зерна озимої мякої пшениці. Селекційну цінність алельних варіантів високомолекулярних глютенінів за технолого-біохімічними ознаками якості зерна ми вивчали на 12 створених нами лініях. Середній рівень ознаки (793 - 796 г/л) маркують алельні варіанти високомолекулярних глютенінів 1А1, 1В7 9, 1В17 18, 1В14 15. Вдосконалена шкала дозволяє більш достовірно визначати інформаційну цінність алельних варіантів високомолекулярних глютенінів, як генетичних маркерів високих і низьких показників якості зерна, що спрощує процес оцінки і добору необхідних генотипів і, в цілому, підвищує ефективність селекції озимої мякої пшениці на якість зерна.У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання, яке виявляється в визначенні інформаційної цінності алельних варіантів високомолекулярних глютенінів за якістю зерна, що підвищує ефективність добору цінних генотипів та надійність ідентифікації і паспортизації генофонду. Встановлено кодомінантний тип успадкування алельних варіантів високомолекулярних глютенінів у внутрішньовидових гібридів озимої мякої пшениці. На основі виявлених закономірностей фенотипового прояву технолого-біохімічних показників якості зерна та встановленого генотипового їх маркування алельними варіантами високомолекулярних глютенінів, доведено можливість створення цінного вихідного матеріалу з стабільно високим рівнем прояву цих ознак. Встановлено інформаційну цінність алельних варіантів високомолекулярних глютенінів за комплексом технолого-біохімічних ознак якості зерна озимої мякої пшениці. Перша, найбільша за обсягом група сортів має алельні варіанти 1А1, 1В7 9, 1D5 10; друга група - 1А2*, 1В7 9, 1D5 10; третя група - 1А Null; четверта група - 1 (2*), 7 8, 5 10; пята група пшениць - Null, 6 8, 5 10; шоста - девята групи включають іноземні сорти з новими для нашої зони алельними варіантами, які контролюються хромосомою В1 - 13 16, 17 18, 20, 14 15, до десятої групи віднесені сорти з алельним варіантом 2 12 хромосоми D1, одинадцяту групу склали поліморфні сорти.

Основний зміст роботи

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання, яке виявляється в визначенні інформаційної цінності алельних варіантів високомолекулярних глютенінів за якістю зерна, що підвищує ефективність добору цінних генотипів та надійність ідентифікації і паспортизації генофонду. Встановлено кодомінантний тип успадкування алельних варіантів високомолекулярних глютенінів у внутрішньовидових гібридів озимої мякої пшениці. На основі виявлених закономірностей фенотипового прояву технолого-біохімічних показників якості зерна та встановленого генотипового їх маркування алельними варіантами високомолекулярних глютенінів, доведено можливість створення цінного вихідного матеріалу з стабільно високим рівнем прояву цих ознак. Розроблені генетичні формули 1060 сортів світового генофонду озимих пшениць за алельними варіантами високомолекулярних глютенінів. Створений цінний вихідний матеріал, що має важливе значення для селекції озимої пшениці.

1. Встановлено інформаційну цінність алельних варіантів високомолекулярних глютенінів за комплексом технолого-біохімічних ознак якості зерна озимої мякої пшениці. Генетичними маркерами високого рівня прояву ознак є алельні варіанти 1А2*, 1В7 8, 1В17 18, 1В13 16, 1D5 10. Маркерами негативного впливу є алельні варіанти 1В6 8, 1В20, 1D2 12. Вплив алельних варіантів 1А1, 1ANULL, 1В7 9, 1В14 15 залежить від кліматичних умов року вирощування.

2. Вперше для умов Лісостепу України визначено інформаційну цінність нових для цієї зони трьох алельних варіантів високомолекулярних глютенінів: 1В13 16, 1В14 15 та 1В20. Внесок в генетичний потенціал якості складає 3 бали для 1В13 16 та по 1,5 бали для 1В14 15 і 1В20.

3. Експериментально підтверджено незалежність успадкування консистенції ендосперму, структури спектрів гліадину та високомолекулярного глютеніну. Консистенція ендосперму відіграє другорядну роль у визначенні показників якості зерна, в порівнянні з субодиницями високомолекулярних глютенінів та блоками гліадинів.

4. Проведено ранжування алельних варіантів блоків високомолекулярних глютенінів у відповідності з їх інформаційною цінністю і на цій основі удосконалена класифікація сортів озимої мякої пшениці за спадково обумовленим рівнем якості зерна, що спрощує процес визначення якісного потенціалу селекційного матеріалу та ідентифікацію і паспортизацію генофонду озимої мякої пшениці.

5. Встановлено кодомінантний тип успадкування алельних варіантів високомолекулярних глютенінів та показано широкий спектр поєднань їх варіантів у генотипах.

6. Аналіз розщеплення за глютеніновими субодиницями в F2 виявив монофакторний характер успадкування блоків компонентів високомолекулярних глютенінів за законами Менделя у співвідношенні 1:1:1:1.

7. Встановлено обмежену кількість субодиниць високомолекулярних глютенінових білків у сортів України і Росії (найбільшого поширення набули: (1А1, 1В7 9, 1D5 10), що свідчить про звужену генетичну основу генофонду озимої мякої пшениці у цих країнах.

8. За складом алельних варіантів високомолекулярних глютенінів сорти озимої мякої пшениці поділено на 11 груп. Перша, найбільша за обсягом група сортів має алельні варіанти 1А1, 1В7 9, 1D5 10; друга група - 1А2*, 1В7 9, 1D5 10; третя група - 1А Null; четверта група - 1 (2*), 7 8, 5 10; пята група пшениць - Null, 6 8, 5 10; шоста - девята групи включають іноземні сорти з новими для нашої зони алельними варіантами, які контролюються хромосомою В1 - 13 16, 17 18, 20, 14 15, до десятої групи віднесені сорти з алельним варіантом 2 12 хромосоми D1, одинадцяту групу склали поліморфні сорти.

9. Визначено значний поліморфізм світового генофонду пшениць за алельними варіантами високомолекулярних глютенінів. 18,3% вивчених сортозразків поліморфні за одним, двома, а в деяких випадках - трьома локусами.

10. За складом високомолекулярних глютенінових білків сорти розподілено на 3 кластери. До першого кластеру ввійшли сорти Росії, Болгарії, Югославії, Австрії, які характеризуються обмеженою кількістю алельних варіантів субодиниць Glu-1. До другого кластеру увійшли сорти більшості країн Європи, а також США і Канади, які характеризуються відносно високою частотою зустрічальності субодиниць хромосом А1, В1, D1. Третій кластер складають сорти озимої мякої пшениці, які мають у спектрі високомолекулярних глютенінів практично всі ідентифіковані варіанти. Ці сорти мають значну цінність з точки зору включення в селекційний процес з метою розширення генетичного різноманіття вихідного матеріалу.

11. Частота зустрічальності алельного варіанту високомолекулярних глютенінів 1А1 у сортів озимої мякої пшениці української і зарубіжної селекції вказує на можливість його використання як генетичного маркера високої адаптивності.

12. Сорти пшениць США, Мексики (SIMMYT), Франції, Італії, Індії, України, Румунії, Австралії несуть у спектрах високомолекулярних глютенінів асоціації алельних варіантів блоків, які маркують стабільно високий прояв комплексу технолого-біохімічних показників якості зерна. У більшості сортів Польщі, Чехії, Німеччини, Великобританії, Китаю алельні варіанти високомолекулярних глютенінів маркують прояв низького рівня цих ознак.

13. Методом внутрішньовидової гібридизації створено лінії (Еритроспермум 672-04, Лютесценс 683-04, Еритроспермум 687-04, Еритроспермум 690-04, Еритроспермум 692-04), які поєднують в собі комплекс господарсько цінних ознак: стійкість до вилягання, стійкість до основних хвороб на рівні стандарту, зимостійкість 8 балів, високу урожайність (0,52 - 0,748 кг/м2), якість зерна на рівні сильних пшениць. Ці лінії використовуються в селекційному процесі.

Пропозиції для селекційної практики

1. В селекції озимої мякої пшениці на якість зерна в умовах Лісостепу України проводити підбір пар для гібридизації, оцінку і добір селекційного матеріалу на основі встановленої нами інформаційної цінності алельних варіантів високомолекулярних глютенінів. За маркери високого рівня комплексу ознак якості зерна використовувати алельні варіанти 1А2*, 1В 7 8 (17 18, 13 16), 1 D5 10.

2. Запропоновано вдосконалену шкалу оцінки впливу алельних варіантів високомолекулярних глютенінів на технолого-біохімічні показники якості зерна. Внесок в генетичний потенціал якості алельних варіантів 1А1 та 1ANULL, який за міжнародною шкалою складає 3 і 1 бал відповідно, необхідно оцінювати на рівні 2-х балів для кожного з цих варіантів.

3. За джерела високої якості зерна використовувати створені нами лінії Лютесценс 683-04, Еритроспермум 687-04, Еритроспермум 668-04, Еритроспермум 670-04 та виділені з світового генофонду сортозразки: Панна, Скарбниця, Зразкова, Красуня, Зустріч, Куяльник, Херсонська безоста, Коломак 5, Боровик 5, Тарасовская 97, Селянка, Краснодарская 99, Малахит, Доіna-Boranka, Fundulea 85, CADRIL, KS 92WGRC 24, KS 92WGRC 23, KS 93U9, HALT, SWM 15172, SWM 17323, SAULESKI-43, SUNSTAR, CORELLA і ін.

4. За джерела підвищеної адаптивності до кліматичних умов зон вирощування використовувати сорти озимої мякої пшениці, які несуть у спектрі високомолекулярних глютенінів алельний варіант 1А1: Миронівська 28, Донецька 46, Донецька 48, Харківська 96, Вадимовка, Дубровчанка, Glira, Pegassos, Astron та ін.

5. Класифікацію сортів озимої мякої пшениці за якістю зерна проводити за удосконаленою нами системою на основі поєднання в генотипах відповідних алельних варіантів високомолекулярних глютенінів, блоків гліадинів та консистенції ендосперму.

1. Пархоменко Р.Г., Панченко І.А., Усова З.В. Поліморфізм високомолекулярних глютенінів і їх селекційна цінність як маркерів якості зерна // Селекція і насінництво. - Х., 1996. - Вип. 76. - С. 12-21 (авторство складає 40%, включає аналіз і узагальнення експериментальних результатів).

2. Усова З.В. Селекційна цінність за якістю деяких високомолекулярних глютенінових білків сортів озимої мякої пшениці // Селекція і насінництво. - Х., 1998. - Вип. 80. - С. 43-48.

3. Rabinovich S.V., Leonov O.Yu., Panchenko I.A., Parchomenko R.G., Usova Z.V., Kushcenko A.A. A history of the ancient and modern Ukrainian wheat cultivar used in breeding of the Krasnodar winter wheat cultivar and an analysis of the structure their high - molecular - weight glutenins // Annual wheat newsletter. Kansas State University. - Manhattan, 2000. - Vol. 46. - P. 144-156 (авторство складає 35%, включає виконання практичних досліджень, аналіз літературних i експериментальних даних).

4. Rabinovich S.V., Leonov O.Yu., Panchenko I.A., Parchomenko R.G., Usova Z.V. The history of winter wheat cultivar from the breeding and genetic institute of UAAN between 1912 - 2001: an analysis of their genealogy, HMW-glutenin composition, and ability for use in breeding new cultivars // Annual wheat newsletter. Kansas State University. - Manhattan, 2001. - Vol. 47. - P. 220-230 (авторство складає 35%, включає виконання практичних досліджень, аналіз літературних i експериментальних даних).

5. Лучной В.В., Панченко И.А., Усова З.В., Пархоменко Р.Г. Розповсюдження субодиниць гліадину і глютеніну серед сортів та ліній озимої пшениці // Селекція і насінництво. - Х., 2002. - Вип. 86. - С. 126-133 (авторство складає 40%, включає проведення аналізів та узагальнення літературних і експериментальних даних).

6. Рабинович С.В., Власенко В.А., Коломієць Л.А., Леонов О.Ю., Панченко І.А., Усова З.В., Діденко С.Ю., Пархоменко Р.Г. Історія селекції, родоводи і склад високомолекулярних глютенінів миронівських пшениць створених у 1929-2004 рр. та їх нащадки у різних країнах світу // Науково-техничний бюлетень Миронівського інституту пшениці ім. В.Н. Ремесла. - Київ: "Аграрна наука". - 2004. - Вип. 4. - С. 58-126 (авторство складає 25%, включає виконання практичних досліджень, аналіз експериментальних даних).

7. Звягін А.Ф., Діденко С.Ю., Усова З.В. Оцінка селекційного матеріалу озимої пшениці за морозостійкістю та якістю зерна методом електрофорезу запасних білків // Селекція і насінництво. - Х., 2006. - Вип. 93. - С. 138-151 (авторство складає 35%, включає виконання практичних досліджень, аналіз експериментальних і літературних даних).

8. Панченко І.А., Усова З.В., Притула Н.М., Лучной В.В., Росанкевич О.М., Буряк Л.І. Інформаційна цінність та успадкування алельних варіантів блоків високомолекулярних глютенінів в селекції озимої пшениці на якість зерна // Селекція і насінництво. - Х., 2007. - Вип. 94. - С. 115-128 (авторство складає 50%, включає аналіз і узагальнення літературних і експериментальних даних, написання статті).

9. Усова З.В. Редкие аллельные варианты блоков HMW глютенинов в оценке технологического качества зерна озимой пшеницы // Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоріччя: Тези доповідей VII конференції молодих вчених. Київ, 18-20 жовтня 2000 р. - К., 2000. - С. 109.

10. Усова З.В. HMW глютенины в селекции озимой пшеницы на адаптивность // Агроекологія як основа стабільності сільського господарства: Матеріали Всеукраїнської конференції молодих вчених. Харків, 11-13 жовтня 2000 р. - Х., 2000. - С. 45-46.

11. Усова З.В. Глютенінові білки як генетичні маркери якості озимої пшениці // Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений: Сборник тезисов международной конференции молодых ученых. Харьков, 2-7 июля 2001 г. - Х., 2001. - С. 71-72.